SHINE: Swiss Hybrid Inverter

Ausgangslage

Eine der dringendsten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts ist ein sauberes, effizientes und zuverlässiges Verkehrssystem. Derzeit liegt die Ziele im Mobilitätsbereich gegenüber der Energiestrategie 2050 stark zurück. Elektrofahrzeuge (EV), die mit künstlicher Intelligenz, fortschrittlicher Steuerung und Kommunikation ausgestattet sind, können die Energieeffizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie die Kosteneffizienz verbessern. Das Projekt soll im Individualverkehr einen Beitrag  zur Reduzierung des CO2-Ausstosses leisten, die Energieeffizienz und Zuverlässigkeit von EV / HEV verbessern und gleichzeitig die Kosten senken. Damit wird die Einführung von EV in grossem Massstab gefördert. Im Rahmen dieser Vision konzentrieren wir unsere Forschung auf die Entwicklung eines Konverters der nächsten Generation für EV: einen Si IGBT / SiC MOSFET-Kreuzhybridschalters Konverter.

Abbildung 1: Ein ganzheitliches Konzept auf Systemebene von den Halbleitern bis zu deren Betrieb und Diagnose

Ziele

• Entwurfsregeln für den Hybrid-Wechselrichter basierend auf den Anforderungen aus einem grossen Spektrum von Elektrofahrzeugen mit breitem Leistungsbereich.
• Steuerungen für den optimalen Betrieb des Hybridkonverters.
• Entwicklung von Simulationsplattformen, um die Leistungsoptimierung zu ermöglichen und Ausfallmechanismen des leistungselektronischen Hybridwechselrichtersystems zu verstehen.
• Entwicklung digitalisierter In-situ- und Ex-situ-Fehlererkennungsmethoden zur Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des leistungselektronischen Systems.

Ergebnisse

• Modulare Simulationsplattformen des Antriebsstrangs von der Hardware bis zur Systemebene.
• Digitalisiertes Diagnosesystem für die Leistungselektronik.
• Steuerregeln für den Hybridwechselrichter.
• 1200 V XS-Cross-Hybrid-Wechselrichterprototyp.

Abbildung 2: Gerät zur Änderung von Strom / Temperatur und Bedienoberfläche zeigen die verschiedenen Betriebszustände.

Abbildung 3: Hybridschalter und seine Kennlinie ( Ref M. Rahimo et al., "Characterization of a Silicon IGBT and Silicon Carbide MOSFET Cross-Switch Hybrid," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 9, pp. 4638-4642, Sept. 2015, doi: 10.1109/TPEL.2015.2402595.)

Abbildung 4: Vorläufige Ergebnisse: Effizienzsteigerung bei reduzierten Kosten