Die Leistungsdichte ist eine wichtige Kennzahl in der Leistungselektronik. Sie gibt in Kilowatt pro Liter an, wieviel Bauraum die Leistungselektronik benötigt, um eine bestimmte Leistung umzuwandeln. Je höher die Leistungsdichte, desto kompakter die Stromrichter und desto energie- und kosteneffizienter das Gerät.
Kompaktheit für eine effiziente Energieumwandlung der Zukunft
Grundsätzlich geht eine hohe Leistungsdichte und Kompaktheit mit niedrigeren Energiekosten einher, da höchste Effizienz und geringe Verluste Voraussetzung sind, um die Baugröße von Leistungselektronikkomponenten immer weiter zu verringern. Das bedeutet, dass die Zahl der Bauteile so gering wie möglich gehalten und jedes Bauteil bestmöglich ausgenutzt wird. Ebenso muss das thermomechanische Design optimiert werden und die Abstrahlung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern innerhalb einer Baugruppe so gering wie möglich sein.
Optimierte leistungselektronische Systeme sowie deren Kompaktheit und höchste Effizienz sind daher wichtige Themen, um den pro-Kopf Energieverbrauch gezielt zu verringern – und damit auch die Auswirkungen auf unseren Planeten langfristig zu reduzieren.
Christian Mentin über seinen Forschungsbereich: „Hochkompakte integrierte Leistungselektronik macht eine saubere und grüne Energieumwandlung der Zukunft möglich. Effizienz in der Energieumwandlung, beispielsweise beim Laden des E-Autos oder auch beim Betrieb eines Kühlschranks ist immer wichtiger, wird im schonenden Umgang mit Energie und dem Ziel, CO2-neutral zu werden, immer wichtiger.“
Tiny Power Box: optimierte Leistungsdichte in E-Auto Ladegeräten
Im Projekt „Tiny Power Box“, geleitet von Christian Mentin, liegt der Fokus auf der Optimierung der Leistungsdichte und Effizienz von eingebauten Ladegeräten in E-Autos, sogenannten On-Board-Chargern. Ziel ist es, die Umweltverträglichkeit zu erhöhen, indem Gewicht reduziert, Bauteile und Platz gespart werden und die höchste Effizienz beim Laden zu Hause erreicht wird. Schließlich soll der Strom aus der Steckdose zu 100 % in der Autobatterie gespeichert werden, und nicht beim Ladevorgang in den Leistungselektronikkomponenten verloren gehen.
Die so entstandenen Ladegeräte mit 7- und 11-kw-Leistungen sind nicht nur hochkompakt, sondern auch bidirektional. Das bedeutet, beim Laden des E-Autos wird der Wechselstrom aus der Steckdose nicht nur in für Autobatterien notwendigen Gleichstrom umgewandelt, sondern das Prinzip funktioniert auch in die andere Richtung. So kann Strom aus der Batterie im Auto als haushaltsüblicher Wechselstrom ins Haus geladen und dort verwendet werden. Damit sind die Batterien quasi fahrende Energiespeicher, welche tagsüber mit Sonnenenergie befüllt werden und in der Nacht zu Hause den eigenen Kühlschrank mit dem gespeicherten Sonnenstrom versorgen können. So wird die grüne Energiewende Wirklichkeit.
