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DESIGN&ELEKTRONIK 06 2020 33 Alle Bilder Mersen Zwischenkreiskondensator passive bauelemente Mehr Reichweite Im Rahmen des Forschungsprojekts H3Top hat FTCAP einen Zwischenkreiskondensator für einen Antriebsumrichter entwickelt der zusammen mit dem Kühlkörper und dem Gehäuse eine integrierte mechanische Einheit bildet Dies steigert den Wirkungsgrad des Antriebs und damit die Reichweite der Autos André Tausche Geschäftsführer von FTCAP Fischer & Tausche H 3Top ist ein gemeinsames Forschungsprojekt von Robert Bosch Infineon Technologies Daimler FTCAP sowie der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Das Vorhaben setzt auf neuartige Wechselrichter großes Bild um die Leistungsfähigkeit und Reichweite von batterieelektrischen Fahrzeugen weiter zu steigern 3-Level-Umrichter können in Fahrzeugen mit hohen Betriebsspannungen von 800 Vstatt der regulären 400 Veingesetzt werden Dadurch lässt sich die Strombelastung von Leistungselektronik und elektrischer Maschine reduzieren die internen Leistungsverluste sinken um 20 Prozent Ein Kernelement ist der Zwischenkreiskondensator den FTCAP zum Projekt beisteuerte Das Bauteil hat eine sehr niedrige Streuinduktivität und ist für eine sehr hohe Stromtragfähigkeit ausgelegt Zudem handelt es sich um eine integrierte Lösung denn der Kondensator ist direkt an den Kühlkörper angebunden an dem wiederum alle Bohrungen und Befestigungen für die restliche Elektronik angebracht sind Bild 1 Dadurch fällt der Aufbau nicht nur besonders kompakt aus sondern auch der Kühlkörper lässt sich effizient nutzen Er nimmt gleichzeitig auch die Verlustwärme der Leistungshalbleiter auf die auf der integrierten Kondensatoreneinheit oben aufliegen Als Standard im Automobilbereich galt lange Zeit ein Spannungspegel von ca 400 Vwas im Wesentlichen auf die verfügbaren IGBTs zurückzuführen war Um den Wirkungsgrad zu verbessern ohne dass dafür noch höhere Ströme erforderlich sind musste die Spannung auf 800 Verhöht werden Das ermöglicht eine neue 3-LevelTopologie durch das Zusammenschalten von bewährten Leistungshalbleitern Die verfügbaren Kondensatoren konnten nicht alle Anforderungen in der Elektromobilität erfüllen Dieser Anwendungsbereich fordert kostenoptimierte Komponenten die zugleich besonders niederinduktiv und schwingungsfest sein müssen Also durfte der Kondensator nicht als separate Komponente sondern als Teil des gesamten Aufbaus betrachtet werden Denn nur so ließen sich die elektrischen Verluste verringern die Schaltfrequenzen einhalten und nicht zuletzt kostengünstige Lösungen realisieren Im Bereich der Elektromobilität ist der 3-Level-Umrichter neu aber er wird bei Bahnanwendungen eingesetzt für die FTCAP bereits Kondensatoren entwickelt und produziert hat ■ Anforderungen an die Kondensatoren Das Grundprinzip war also bekannt gleichwohl unterschieden sich die Anforderungen und Entwicklungsziele beim Projekt H3Top deutlich von den bis dahin bekannten Anwendungen Daher musste FTCAP den Kondensator komplett neu entwickeln Benötigt wurde eine Kapazität in Serie von 2×630 µF und einer nominalen Eingangsspannung von 2×450 V Zwölf Anschlussterminals für Leistungsmodule ein direkt gekoppelter Kühlkörper die Verteilung der DC-Spannung über interne Stromschienen und ein minimales Bauvolumen bzw Gewicht waren weitere Anforderungen Zusätzlich sollte sich der Kondensator mittels eines modularen Aufbaus an unterschiedliche Leistungsklassen anpassen lassen HKR_DE_06 pdf S 1 Format 45 00 x 65 17 mm 15 May 2020 12 13 58 Anzeige www designelektronik de