Alternative Antriebsarten

© Fraunhofer ISIT

 

Für eine nachhaltige Mobilität mit dem Ziel, die Emissionen im Verkehr bis 2030 um mindestens 40 Prozent zu senken, bedarf es vor allem alternativer Antriebsarten. Neben Erdgas (CNG, LNG, LPG) oder Wasserstoff ermöglicht vor allem der Elektroantrieb einen umweltfreundlichen Einsatz von Nutzfahrzeugen. Zwar stieg der Marktanteil von Elektro- und Hybridfahrzeugen bereits erheblich, die begrenzte Reichweite, hohe Anschaffungskosten und regional bedingte Lücken in der Ladeinfrastruktur erfordern aber weitergehende technische Innovationen und neue wissenschaftliche Ansätze.

 

 

Effizient, kompakt, robust, zuverlässig, hoch integriert, rohstoff- und kostenoptimiert

Die Liste der Anforderungen an elektrische Antriebe ist lang und stellt angesichts des globalen Rennens um die Zukunftsmärkte der Elektromobilität die Automobilhersteller und Zulieferer vor große Aufgaben. Damit E-Fahrzeuge größere Strecken bewältigen können, reicht es nicht, nur die Batterien zu optimieren. Vielmehr muss der ganze Antriebsstrang verbessert werden, um eine Optimierung der Fahrdynamik und Energieeffizienz sowie eine verbesserte Integration von Leistungselektronikkomponenten zu erreichen.

 

Forschungsbereiche:

  • Batteriesysteme
  • Antriebsstränge
  • Wechselrichter
  • Antriebsumrichter

Projektbeispiele

Zuverlässige elektrische Verbindungen für die Antriebstechnik mit Fraunhofer EMFT

Das Forschungsvorhaben wird von der AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V. gefördert (IGF-Antrags-Nr.: N 09826/16, FVA-Nr. 618 II »Raffungsmodelle II«).

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Zuverlässigkeit von Leistungselektronik/Modulen in Elektrofahrzeugen @ Fraunhofer ENAS

Ausgewählte Beispiele und Anwendungsszenarien: Kanarienstrukturen basierend auf SMD-Bauelemente mit reduzierten Lotbreiten für PHM, Hochintegrierte Industriemotoransteuerung mit Selbstlern-Fähigkeiten und EMV-gerechtem Design, »Design for Reliability« in der Hochfrequenzelektronik mit alternativen Verbindungstechnologien für die intelligente Mobilität der Zukunft, Optische in situ Analyse von Leistungsbauelementen unter aktiver Lastwechselbelastung, Aktive und passive Temperaturwechseltests für Automobilanwendungen, »Design für Zuverlässigkeit« in der Leistungselektronik mit neuen Interconnect-Technologien für zukünftige Smart Mobility und Smart Energy Lösungen, Zuverlässigkeitsbewertung und Optimierung einer Smart Drive Einheit, TRACE: Technologiebereitschaft für die Nutzung von Consumerelektronik in Automobilanwendungen, Profiloptimierung von Multilayer-PCBs in Simulation und Deformationsmessung.

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Abschätzung der Systemzuverlässigkeit aus Komponentenverhalten @ Fraunhofer ENAS

Typische elektronische Systeme bestehen aus Modulen mit Leiterplatten, auf denen Komponenten in Form aktiver und passiver Bauelemente aufgelötet sind. Die Einsatzgebiete dieser Systeme werden sich in den kommenden Jahren noch einmal deutlich ausweiten, wobei insbesondere Anwendungen mit rauen Betriebsbedingungen und gleichzeitig hohen Zuverlässigkeitsanforderungen hinzukommen.

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Forschungsgebiet Lebensdauertest und Modellierung @ Fraunhofer ENAS

Das Abschätzen der charakteristischen System-Lebensdauer aus dem Zuverlässigkeitsverhalten der kritischen Komponenten des Systems macht dies möglich. Das Prüfen des Komponentenverhaltens unter systemrelevanten Bedingungen liefert dazu die erforderlichen Informationen, welche nachfolgend geeignet verknüpft und bewertet werden.

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PROPOWER mit Fraunhofer ENAS und Fraunhofer IISB

»Design für Zuverlässigkeit« in der Leistungselektronik mit neuen Interconnect-Technologien für zukünftige Smart Mobility und Smart Energy Lösungen.

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Effiziente und kompakte Spannungswandler für die Elektromobilität @ Fraunhofer IAF

Die weltweit erste monolithisch integrierte GaN-Halbbrücke für Netzspannungen.

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Batteriesysteme @ Fraunhofer IISB

Die Gruppe Batteriesysteme begegnet der steigenden Nachfrage mit der Entwicklung innovativer Lösungen für wiederaufladbare elektrische Energiespeichersysteme, wie Lithium-Ionen- oder Redox-Flow-Batterien in mobilen oder stationären Anwendungen. 

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Antriebsumrichter und Mechatronik @ Fraunhofer IISB

High Performance Integrated e-Drive, Integrated Drive Inverter for Wheel Hub Motors, Hybrid Traction Unit, COSIVU – Integrated 1200 V SiC-Inverter for Commercial Vehicles, Electric Drive Technology Platform, Inverter Building Block, Ultrakompakter Brems-Chopper (dt.), ECPE Demonstrator Projekt (dt.), Erster mechatronisch integrierter Umrichtermotor für einen Kfz-Hybridantrieb (dt.), Re-Engineering Toyota HSD-Leistungselektronik (dt.).

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Batterieladegeräte @ Fraunhofer IISB

On-Board-Batterieladegeräte (AC/DC-Wandler) im Bereich von 3,7 bis 22 kW für Plug-in und reine Elektrofahrzeuge sowie DC-Ladegeräte (DC/DC-Wandler) im Bereich von 3 kW und mehr für ultraschnelle Hochleistungsanwendungen.

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Induktive Energieübertragung @ Fraunhofer IISB

Von der FEM-Simulation über die Leistungselektronikanalyse/Simulation und der mechanischen Integration bis zur Realisierung kompletter Prototypen.

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foxBMS® 2 @ Fraunhofer IISB

Zertifizierungsfähiges Open-Source-Batteriemanagementsystem.

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Kundenspezifische DC-DC-Wandler für die Automobilbranche, Luftfahrzeuge und stationäre Anwendungen @ Fraunhofer IISB

Fraunhofer IISB stellt kundenspezifische DC/DC-Wandler für die Automobilbranche, Luftfahrzeuge und stationäre Anwendungen zur Verfügung.

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SiC-Services, u. a. für (Hybrid-)Elektrofahrzeuge @ Fraunhofer IISB

Das Fraunhofer IISB ist Deutschlands Hotspot für die Fertigung von Siliziumkarbid-Leistungsbauelementen in einer 150-mm-SiC-Linie. Basierend auf unserer langjährigen Projekterfahrung mit Partnern aus Industrie und Forschung bietet das Institut verschiedene Bauelemente-Prototypen für die Märkte der Zukunft an. 

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Testzentrum Elektrofahrzeuge @ Fraunhofer IISB

Einzigartige Infrastruktur, in der einzelne Komponenten von Elektrofahrzeugen bis hin zu Gesamtfahrzeugen vermessen und optimiert werden können. Das Testzentrum umfaßt Prüfstände für elektrische Antriebe, Energiespeicher, elektrisch-thermische Zuverlässigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit.

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Luftfahrtelektronik @ Fraunhofer IISB

Als anwendungsorientiertes Forschungsinstitut entwickelt das Fraunhofer IISB die nächste Generation von Leistungselektroniksystemen mit höchsten Leistungsdichten. Dabei kommen modernste Technologien wie SiC- und GaN-Wide-Band-Gap (WBG)-Bauelemente zum Einsatz.

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Bauteilcharakterisierung @ Fraunhofer IISB

Mit seinen umfangreichen Testmöglichkeiten evaluieret das Fraunhofer IISB in enger Abstimmung mit Ihnen das Potenzial neuer Technologien für Ihre Anwendung. 

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SiC/GaN-Konverter @ Fraunhofer IISB

Da neuartige Power Devices aus der Forschung zur Industrie übergehen, ist die Charakterisierung dieser neuartigen Geräte sowie ihre Anwendung in Leistungselektronik-Wandlern unerlässlich, um das zukünftige Potenzial zu beurteilen. 

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Elektromagnetische Verträglichkeit – EMV Labor @ Fraunhofer IISB

Das EMV-Labor am Fraunhofer IISB ermöglicht präzise Messungen während des Entwicklungsprozesses von Prototypen-Systemen sowie Messungen für die Komponenten der Industriepartner. 

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Ultradünne Bauelemente und Schaltkreise @ Fraunhofer IISB

Dünnschicht-Transistoren und -Sensoren zur Direktanwendung in Industrie, Fahrzeugelektronik, Energieelektronik und zum Einsatz beim Endnutzer.

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Zuverlässigkeit von Leistungselektronik/Modulen in Elektrofahrzeugen mit Fraunhofer IAF

Monolithisch integrierte GaN-Leistungsschaltungen u. a. für Mobilität.

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GaN Niedervolt-Designs ermöglichen kompakten 3- Phasen Motorinverter IC @ Fraunhofer IAF

Ob akkubetriebene Anwendungen wie E-Bikes, Robotik oder Drohnen, Antriebs- und Boardsysteme in der Mobilität, oder IT-Infrastrukturen – all diese Bereiche sind auf kostengünstige, effiziente, kompakte Elektronik angewiesen. Damit dieser Bedarf gedeckt werden kann, forscht das Fraunhofer IAF an GaN-basierten Schaltungen für Leistungselektronikanwendungen auch bei kleinen Spannungen bis zu 48 V.

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GaNIAL – Integrierte, hocheffiziente Leistungselektronik auf der Basis von Galliumnitrid mit Fraunhofer IAF

Im Projekt »GaNIAL« werden erstmals Strom- und Temperatursensorik, Leistungstransistoren der 600 V-Klasse mit intrinsischen Freilaufioden und Gate-Treiber in einem GaN Power IC vereint.

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GaNTraction – Fraktale GaN-Module für effiziente und kompakte 48V-Antriebsinverter mit Fraunhofer IAF

Im Projekt »GaNTraction« soll dieser Leistungsdichte-Gewinn der monolithischen Integration einer GaN-Halbbrücke auf Bauteil- sowie auf Modulebene erstmals zur Geltung kommen.

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IKEBA – Optimierte Software und Hardware von Managementsystemen, die Lithium-Ionen-Batterien überwachen mit Fraunhofer IIS/EAS und Fraunhofer IZM

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die Förderung ist Teil der Maßnahme »Energieeffiziente und sichere Elektromobilität« (STROM 2) im Programm »IKT 2020 – Forschung für Innovation«.

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Elektronische Energiesysteme @ Fraunhofer IISB

Aktive Zuverlässigkeit mit Integration von Sensoren, Lebensdauermessung, zuverlässigkeitsgesteuerte Kontrolle, Multichip-Leistungsmodule, Hybridnetze mit Mittelspannungs-DC-Anwendungen, neue Komponenten, Netzbildender Stromrichter, Batterieintegration mit Ladestationen, Netzunterstützung, Bidirektionale Stromübertragung.

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Projekt Ultimo mit Fraunhofer IISB, Fraunhofer ISIT und Fraunhofer IZM

Ultrakompaktes Leistungsmodul höchster Zuverlässigkeit. Fördermittelgeber VDI Technologiezentrum GmbH (BMBF).

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Emissionsfreie Mobilität @ Fraunhofer IMS

Fraunhofer IMS leistet seinen Beitrag zum Forschungsfeld der emissionsfreien Mobilität. Das Institut unterstützt mit seinen Technologien die Reduzierung der CO2 Emissionen und die Entwicklung emissionsfreier Mobilitätslösungen. 

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Prädiktive Ausfallerkennung von Brennstoffzellen @ Fraunhofer IMS

Das Fraunhofer IMS bietet Kompetenzen im Bereich der Merkmalsextraktion und AIfES an, um stromsparende, kleine und schnelle Systeme zur Überwachung der Brennstoffzelle zu realisieren. 

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Batteriesysteme für Spezialanwendungen @ Fraunhofer ISIT

Das Geschäftsfeld Leistungselektronik des Fraunhofer ISIT entwickelt und fertigt innovative aktive und passive Leistungshalbleiterbauelemente auf Basis von Silizium und Galliumnitrid, entwickelt daraus leistungselektronische Systeme und integriert diese mit leistungsfähigen Batteriespeichern für Spezialanwendungen zu Hochleistungsspeichersystemen.

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Energieeffizienter und umweltfreundlicher Herstellungsprozess für Elektrodenfolien in Lithium-Polymer Akkus @ Fraunhofer ISIT

Das neue, vom ISIT patentierte, lösungsmittelfreie Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Li-Ionen-Batterieelektroden ist vielversprechend. 

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Miniaturisierte und hocheffiziente Null-Totzeit-Treiber für Si-, SiC- und GaN-Anwendungen @ Fraunhofer IZM

Projekt-Partner und Fördermittelgeber ist ECPE European Center for Power Electronics e.V.

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Embedded SiC Power-Modul @ Fraunhofer IZM

Höchste Integration von On-Board-Funktionen: Gedämpfter DC-Link, Gate-Stromversorgung, Gate-Treiber, 2 Temperatursensoren (einer pro Schalter), eingebetteter Stromsensor, schnelle analoge Kurzschlusserkennung, Signalisolierung und -digitalisierung.

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Ultra Low Inductive Multilayer Ceramic SIC Power Module @ Fraunhofer IZM

Um die hervorragenden Eigenschaften von Wide Band Gap (WBG)-Halbleitern zu nutzen, werden Leistungsmodule mit optimierten parasitären elektromagnetischen Eigenschaften und hoher Temperaturtauglichkeit benötigt.

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ForMikro-LeitBAN – leistungsstarke Bauelemente für den digitalen Wandel mit Fraunhofer IISB und Leibniz FBH

Hocheffiziente Leistungshalbleiter sollen die Voraussetzungen für vielfältige neue Anwendungen schaffen – von der Elektromobilität bis hin zur künstlichen Intelligenz. Darauf zielt das kürzlich gestartete Verbundprojekt „Leistungstransistoren auf Basis von AlN (ForMikro-LeitBAN)“, das vom Ferdinand-Braun-Institut koordiniert wird.

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Projekt ForMikro-GoNext – Halbleitermaterial Beta-Galliumoxid mit Lebniz FBH

Das kürzlich gestartete Verbundprojekt „ForMikro-GoNext“ beschäftigt sich mit Beta-Galliumoxid. Dieses Halbleitermaterial untersuchen die Projektpartner in einer neuen vertikalen Bauelementarchitektur, um dessen herausragende Eigenschaften für Transistoren noch besser nutzen zu können.

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