Entwicklungsteam im Reinraum von Corbetta Plant. ©Bild: Marelli

Fraunhofer IZM: Entwickelt mit Marelli reines SiC-Umrichtermodul für elektrische Hochleistungsantriebe - kleiner, leichter, effizienter

(IZM) Einer der weltweit führenden Automobilzulieferer, Marelli, hat das erste Leistungsmodul für elektrische und hybride Traktionsanwendungen im Motorsport auf den Markt gebracht. Das neue Modul wurde zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelt. Das vollständig auf Silizium-Carbid basierende Modul ermöglicht höhere Umwandlungswirkungsgrade, ist kleiner und leichter – ein Erfolg nicht nur für den Motorsport, sondern auch für Fahrzeuge im Allgemeinen.


Motorsport steht für hohe Geschwindigkeiten, agile und leichte Fahrzeuge, aber auch immer mehr für alternative und umweltfreundliche Rennen. Die Formel E ist bei den Fans genauso beliebt wie die Formel 1. Pionier für Motorsport-Technologien ist einer der weltweit führenden Automobilzulieferer, Marelli. Auf der Rennstrecke setzt er nun aber nicht mehr nur auf Benzin, sondern fördert den elektrischen Antrieb sowie den Einsatz von Silizium-Carbid-Technologien. Das Halbleitermaterial, kurz  SiC genannt, welches alle Bedingungen eines schnellen, aber energieeffizienten Autos durch einen höheren Wirkungsgrad und eine kompaktere Baugrösse erfüllt, ist hier die Grundlage.

Strassenfahrzeuge von morgen
Riccardo De Filippi, Senior Vice President und CEO von Marelli Motorsport, sagt: "Als Marelli Motorsport ist es unsere Aufgabe, technologische Fortschritte zu fördern, die vor allem auf der Rennstrecke entscheidend sein können und gleichzeitig Technologien der nächsten Generation auch für die Strassenfahrzeuge von morgen zu ermöglichen.“

Enhanced Direct-cooling Inverter
Das Fraunhofer IZM arbeitet schon seit vielen Jahren an der Verbesserung der SiC-Technologien. Zusammen mit Marelli haben sie nun ein neues Modul entwickelt, das die Bezeichnung EDI (Enhanced Direct-cooling Inverter) trägt.

Strukturelles Design ohne Basisplatte
Das Besondere: Es handelt sich um ein innovatives strukturelles Design ohne Basisplatte, das den thermischen Widerstand zwischen den SiC-Komponenten und der Kühlflüssigkeit drastisch reduziert. Das Ergebnis ist eine extrem kompakte Leistungsstufe, die den Wirkungsgradvorteil von Silizium-Carbid nutzen kann und in puncto Design mehr Flexibilität beim Packaging und bei den Kühlsystemen zulässt. Im Vergleich zu einem Silizium-basierten Aufbau gleicher Leistung ermöglicht die neue Technologie einen Umwandlungswirkungsgrad von bis zu 99,5 Prozent, reduziert Gewicht und Grösse um die Hälfte und besitzt eine um 50 Prozent höhere Wärmeableitung in das Kühlsystem.

Kleinere, leichtere und effizientere Lösungen
In den letzten Jahren hat sich Silizium-Carbid als Technologie der Wahl für Hochspannungs- und Hochtemperatur-Leistungselektronik-Bauteile wie z. B. Wechselrichter bewährt, da es in der Lage ist, hervorragende Leistungen in Hybrid- und vollelektrischen Anwendungen zu erzielen. Die Verwendung von SiC-Mosfets ermöglicht kleinere, leichtere und effizientere Lösungen. Diese Eigenschaften werden noch wichtiger, wenn es um den Motorsport geht, wo Grösse, Gewicht und Effizienz wichtige Designfaktoren sind.

Das im Reinraum des Marelli-Werks in Corbetta (Italien) hergestellte EDI-Leistungsmodul hat bereits eine Reihe von Zuverlässigkeitstests für Motorsport-Einsatzprofile durchlaufen. Dabei wurde die Robustheit des Designs bei elektrischen und mechanischen Zuverlässigkeitstests für sehr gut befunden. Mit dem neuen Umrichtermodul kann Marelli nun sein Angebot im Bereich der elektrischen Antriebe sowohl für Motorsport als auch für Strassenfahrzeuganwendungen vervollständigen.

Text: Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

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