Projektvorhaben
Fahrzeugbatterien der Elektromobilität bieten die Chance zur Flexibilisierung des Energiesystems und die damit verbundene Reduzierung von CO2-Emissionen. Dies erfordert eine Systemintegration durch kostengünstige, bidirektionale Ladesysteme zwischen: Batterien, Netz, lokalen Erzeugern und Verbrauchern, mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte. Erste bidirektionale DC-Wallboxen mittlerer Leistung (3-phasig, 11 kW) für Batterien bis 800 V nutzen teure 1200 V Siliziumkarbid-Halbleiter (SiC), oder eine höhere Anzahl kaskadierter 650 V Transistoren. Damit in der breiten Masse die vorhandenen Batteriespeicher bidirektional integriert werden, müssen die Kosten deutlich reduziert werden. Galliumnitrid-Transistoren auf Silizium (GaN-on-Si) sind kostengünstig, aber noch auf 650 V Spannungsfestigkeit limitiert. Die daraus folgende komplexe Schaltungstechnik erreicht keine Kostenreduktion. Gesamtziel des Vorhabens ist es mit neuen Halbleiter-, Bauelement und Systemtechnologien intelligente, kostengünstige und bidirektionale Ladesysteme zu demonstrieren. Einerseits wird ein off-Board DC Ladekabel niedriger Leistung (1-phasig, 3,4 kW) produktnah demonstriert. Andererseits werden bidirektionale Bauteilkonzepte explorativ für On-Board Ladegeräte (bis 3-phasig, 11 kW) untersucht. Ein neuer GaN Halbleitertechnologie-Ansatz mit alternativen hochisolierenden Trägersubstraten (Saphir oder QST®) soll kostengünstige 1200 V Bauelemente ermöglichen, für Batteriespannungen bis 800 V. Außerdem soll ein bidirektional sperrfähiger GaN-Leistungsschalter realisiert werden, der effiziente, einfache und kostengünstige bidirektionale Ladesysteme ermöglicht. Erhöhte Betriebszeiten bei V2H und V2G von >60.000 h werden hinsichtlich Zuverlässigkeit bewertet. Das Innovationspotential der Technologien wird aufgezeigt, indem Kostenvorteile bei gleichzeitig gesteigerter Energieeffizienz gegenüber 1200 V SiC für bidirektionale On-/Off-Board Ladekabel und Ladegeräte demonstriert werden.
Projektpartner
Laufzeit
Juni 2023 - Juni 2026
Förderrahmen
Teilvorhaben ILH
Im Teilvorhaben des Institutes für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) der Universität Stuttgart liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung, der Modellierung und des Entwurfes von bidirektionalen Ladeschaltungen in Hochvolt-GaN-Technologie. Dabei sollen neue Charakterisierungsmethodiken für bidirektionale Leistungsschalter untersucht werden und ein lebensdauerorientierter Entwurf für DC-Ladeschaltungen erstellt werden.
News
Kontakt
Dominik Koch
M.Sc.Gruppenleiter Leistungselektronik / Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Jeremy Nuzzo
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Ingmar Kallfass
Prof. Dr.-Ing.Direktor und Institutsleiter