Angestrebt wird der Entwurf mehrerer Technologiedemonstratoren zur Erprobung von neuen PFC & DCDC Konzepten sowie die Systemintegration aller Komponenten zur Realisierung eines hochkompakten Onboard-Ladegeräts:
Das finale Ziel ist die Realisierung eines 11kW on-board chargers, welcher 3-phasigen Betrieb als auch einphasigen 7kW Betrieb ermöglicht und gleichzeitig einen DC/DC Konverter mit 48V Ausgang integriert. Um in allen Betriebsmodi möglichst effizient (>96%) und bidirektional zu arbeiten, jedoch gleichzeitig eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, werden Topologie, passive Komponenten und ein mechanisch/thermisches System in eng verzahnten Simulationsworkflows gemeinsam optimiert. Gleichzeitig wird im Projekt mit realisierten Demonstratoren auch ein Vergleich von isolierten und nicht-isolierten Ladegeräten gezogen, um die Auswirkungen einer Isolationsbarriere auf die Leistungsdichte des Systems anhand dieses on-board charger Demonstrators dazustellen. Die Erkenntnisse und Ergebnisse aus diesem Projekt sind insbesondere für viele weitere Leistungselektronik Anwendungen abseits eines on-board chargers relevant, da ein eng verzahnter Optimierungs- & Simulationsworkflow von elektrisch, thermisch und mechanischen Eigenschaften, nicht nur auf Komponenten-, sondern auch auf Systemebene, die Voraussetzung ist, um optimierte und hocheffiziente Leistungselektroniksysteme realisieren zu können.
Die wichtigsten Herausforderungen und Forschungsthemen sind:
Entwicklung einer Kombination aus Schaltungsdesign, Topologie- und Komponentenoptimierung sowie Systemintegration aller Komponenten, bei gleichzeitiger Einhaltung industrieller Standards und relevanter Limitierungen durch industrielle Fertigungstechnik.
Aufbau eines Demonstrators unter Verwendung neuerster Komponenten und Integrationstechnologien, basierend auf der Kompetenz unserer industriellen Projektpartner, welche die gesamte Wertschöpfungskette der Leistungselektronik repräsentieren.
Die neue simulationsbasierte Entwicklungsmethodik soll noch vorhandene Lücken in der Systemsimulation füllen, indem thermische und mechanische Effekte im Systemaufbau gezielt optimiert werden und dadurch eine bestmögliche Kühlung der Einzelkomponenten erreicht werden kann.
Das Projekt findet in Zusammenarbeit mit den österreichischen Leitbetrieben Infineon, Fronius, AVL List und TDK Electronics sowie Infineon Deutschland und dem on-board charger Hersteller METASYTEM aus Italien statt. Zusätzlich zu den Industriebetrieben begleitet die Technische Universität Graz als stark involvierter wissenschaftlicher Partner dieses Projekt. Gemeinsam wird an der Optimierung der Leistungsdichte von Leistungselektroniksystemen gearbeitet.
