Ricardo entwickelt die nächste Generation von Elektrofahrzeug-Traktionswechselrichtern

Ricardo fungiert als Hauptpartner in einer 10 Millionen Pfund schweren, von der britischen Regierung unterstützten Forschungsinitiative, die sich auf die Integration von Energietechnologien für eine erschwingliche und nachhaltige Elektromobilität konzentriert. Unter der Leitung von Ingenieuren des Nissan Technical Centre Europe (NTCE) kombiniert das Projekt SUITE (Smart Use of Integrated Technologies for EVs) On-Board-Solarzellen, intelligente Ladesysteme, Galliumnitrid-Halbleiter (GaN) und künstliche Intelligenz, um die Energieausnutzung von Elektrofahrzeugen zu optimieren, die Ladekosten zu senken und die Stabilität des Stromnetzes zu unterstützen.

Entwicklung und Leistungsdaten des GaN-Traktionswechselrichters
Im Rahmen des Projekts arbeitet Ricardo mit RAM Innovations zusammen, um einen fortschrittlichen, kostengünstigen Galliumnitrid-Traktionswechselrichter zu entwickeln und herzustellen. Das Leistungsumwandlungssystem wird in zwei Leistungskonfigurationen – 50 kW und 150 kW – entwickelt, um den Anforderungen gängiger PKW-Plattformen, einschließlich der völlig neuen Nissan LEAF-Plattform, gerecht zu werden.

Die dreijährige Entwicklungsinitiative ist Teil des 4 Milliarden Pfund schweren DRIVE35-Programms der britischen Regierung, das vom Department for Business and Trade zusammen mit dem Advanced Propulsion Centre UK (APC) und Innovate UK verwaltet wird.

Leistungsmodul-Architektur und Zuverlässigkeitstests
Jüngste Entwicklungen in der Galliumnitrid-Halbleitertechnologie haben höhere Strombelastbarkeiten ermöglicht, die für hochdynamische Traktionsanwendungen im Automobilbereich erforderlich sind. Das Design des Leistungsmoduls ist so aufgebaut, dass es höhere elektrische Schaltfrequenzen nutzt und gleichzeitig geringe Durchlass- und Schaltverluste aufweist, was zu niedrigeren Bauteilkosten im Vergleich zu Siliziumkarbid-Halbleitern (SiC) führt. Diese Betriebseigenschaften bieten einen höheren Gesamtsystemwirkungsgrad und senken die Grundkosten für die Herstellung des Wechselrichters.

Die GaN-Leistungsmodule werden in den Laboren der University of Bristol nach etablierten Standards der Automobilindustrie getestet. Gleichzeitig arbeitet Ricardo mit weeteq zusammen, um Steuerungs- und Zustandsüberwachungsalgorithmen auf Basis künstlicher Intelligenz in die Wechselrichtersteuerung zu integrieren, um die langfristige Zuverlässigkeit der Komponenten zu verbessern. Die resultierende Antriebsstrangtechnologie eignet sich für Hochleistungs-PKWs, Motorsportanwendungen und militärische Verteidigungsplattformen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt erläutert technische Spezifikationen, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten waren.

Galliumnitrid (GaN) ist ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke (Wide-Bandgap / WBG), das eine deutlich höhere Elektronenbeweglichkeit und Durchbruchfeldstärke als herkömmliches Silizium aufweist. In Traktionswechselrichtern für Elektrofahrzeuge ermöglichen diese Materialeigenschaften HEMT-Transistoren (High-Electron-Mobility Transistors), mit wesentlich höheren Frequenzen zu schalten – oft im Bereich von hunderten Kilohertz – während die Schaltverluste gering bleiben.

Durch die Erhöhung der Betriebsschaltfrequenz reduziert der Wechselrichter drastisch die erforderlichen Induktivitäts- und Kapazitätswerte seiner passiven Filterkomponenten. Diese bauliche Verringerung ermöglicht es Ingenieuren, das physische Volumen und die Masse interner Induktivitäten, Kondensatoren und EMV-Filter zu reduzieren, was zu einer höheren Leistungsdichte pro Liter führt. Darüber hinaus weisen GaN-Bauelemente geringere Sperrverzugsladungen während hochfrequenter Schaltzyklen auf, was die interne Wärmeentwicklung reduziert, die Anforderungen an das Thermomanagement lockert und den Wirkungsgrad der DC-AC-Leistungsumwandlung im städtischen Fahrzyklus verbessert.

Bearbeitet von Romila DSilva, Induportals-Redakteurin, mit KI-Unterstützung.