Konzept für einen hocheffizienten 800 V Achsantrieb

Autoren

Dr. G. Rösel, P. Moenius, N. Daun, Dr.-Ing. S. Spas, Dr.-Ing. W. Hackmann,B. Schmitt, A. Reich, Vitesco Technologies, Regensburg / Nürnberg / Berlin

Jahr

2020

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 813

Zusammenfassung

Die weltweite Elektrifizierung des Transportbereiches erfordert die Entwicklung hocheffizienter und kostenoptimierter Lösungen für die elektrische Antriebstechnik. Mit einer Spannungslage von 800 V im Traktionssystem werden die Vorteile durch schnelleres Laden nutzbar bzw. es lassen sich die Querschnitte der Leitungen im Traktionssystem reduzieren. Da die Batterie unverändert den größten Kostenblock in einem Elektroantrieb verursacht, ist es für die Reichweite entscheidend, möglichst viel von der dort gespeicherten Energie für die Traktion nutzen zu können. Entwicklungsrelevant ist also der Wirkungsgrad der Umsetzung von elektrischer Energie in mechanische Energie. Um diese Effizienz weiter zu steigern, gilt es, die Verluste im System zu reduzieren. Zum einen müssen die Verluste im Inverter niedrig gehalten werden, zum anderen geht es darum, die Oberschwingungsverluste im Elektromotor zu senken.
Speziell der Übergang zu einer höheren Spannungslage von 800 V bietet die Möglichkeit, beide Ansatzpunkte zu optimieren, wenn dafür die Siliziumkarbid-Technologie (SiC) im Inverter genutzt wird. Bedingt durch die günstigeren elektrischen Eigenschaften des Halbleiterwerkstoffes ist ein SiC-Inverter durch geringere Leitungsverluste grundsätzlich effektiver als ein Si Inverter. Außerdem ermöglicht SiC-Technologie höhere Schaltfrequenzen, was durch verringerte Oberschwingungsverluste zusätzlich die Effizienz des Elektromotors steigert. Im Zusammenspiel der Siliziumkarbid-Halbleitereigenschaften, einem auf Effizienz optimierten Moduldesign sowie der betriebspunktabhängigen Steuerung mit zusätzlichen freien Parametern wird ein hocheffizientes Gesamtsystem aus Inverter und elektrischem Motor realisiert. Bei entsprechender Auslegung steigt damit die Gesamteffizienz des Antriebs auf Systemebene um voraussichtlich 4-8 % im WLTP-Zyklus. Dabei müssen die steigenden elektrischen Belastungen des Motors genau analysiert werden, um die Lebensdauer des Antriebs optimieren und zuverlässig vorhersagen zu können. Vitesco Technologies wird mit einem erweiterten modularen Konzept für einen 800-V-Achsantrieb einen substantiellen Beitrag zu noch höheren Effizienzgraden im elektrischen Antrieb leisten können.