Zur Optimierung der Leistungsdichte und Effizienz unterschiedlicher leistungselektronischer Wandler, die in Antriebssträngen von Elektrofahrzeugen Verwendung finden, werden unterschiedliche technische, strukturelle und methodische Ansätze entwickelt, theoretisch analysiert und im Rahmen von prototypischen Aufbauten praktisch erprobt. Zu den verfolgten Ansätzen gehören der Einsatz von Siliziumkarbidleistungshalbleitern, eine besonders kompakte Anordnung zur Laststrommessung, Schaltungstopologien mit versetzt schaltenden Halbleitern (Interleaving) sowie intelligente Treiberstufenkonzepte. Weiterhin werden Vorschläge für Struktur und Spannungslage zukünftiger Bordnetze, hochintegrierte Hochvolt-Systeme, eine flexible Verlustleistungsberechnungsmethode sowie Optimierungsansätze für die Vermessung schnell schaltender Leistungshalbleiter dargelegt. Erprobt werden alle Ansätze in einem bidirektionalen Gleichstromsteller (100 kW), einem kompakten Onboard-Ladegerät (22 kW) und einem leistungsfähigen Antriebswechselrichter (250 kW).
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die Verwendung von Wide Band Gap-Halbleitern stellt Anforderungen an die Verlustmessung und die Entwärmung einer Schaltung, welche mit herkömmlicher Technik nur unzureichend zu erfüllen sind. In dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt, die eine Abschätzung des relativen Fehlers der Strommessung im Doppelpulstest ermöglicht. Mit ihr werden anschließend verfügbare Sensoren untersucht und eine neue Variante vorgeschlagen. Außerdem wird eine Entscheidungshilfe erstellt, mit der die Auswahl eines geeigneten Stromsensors vereinfacht wird, sofern für die geplante Anwendung überhaupt eine Option existiert. Weiterhin wird ein Prüfstand entwickelt, mit dem die Wärmeleitfähigkeit
thermischer Interface-Materialien präzise bestimmt werden kann. Eine detaillierte Fehlerbetrachtung stellt dabei relative Messfehler in Aussicht, die mit gängigen Standardmethoden nicht erreicht werden können. Abschließend wird untersucht, wie weit sich die Miniaturisierung leistungselektronischer Systeme durch die Anwendung dieser Ergebnisse voran treiben lässt und wo die absehbaren Grenzen liegen.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Bedingt durch die deutliche Steigerung der Schaltgeschwindigkeit von Siliziumcarbid-Leistungshalbleitern ergibt sich ein höheres Potenzial von leitungsgebundenen Störaussendungen, die mit weiteren Komponenten im Antriebsstrang wechselwirken. Die vorliegende Dissertation untersucht daher zwei verschiedene Ausgangsfilter als Entstörmaßnahme, deren Dimensionierung und Charakterisierung beschrieben wird. Beide Filter werden in einem Antriebssystem zum Beispiel hinsichtlich der Einfügungsdämpfung, der erreichbaren Wirkungsgrade sowie des Bauraumes verglichen. Auch erfolgt eine Modellierung der Wechselwirkungen mit der angeschlossenen Last, die mit dem Sinusfilter signifikant reduziert werden können. Darüber hinaus umfasst die Arbeit eine detaillierte Betrachtung der Rückwirkung des Sinusfilters auf die Schaltverlustenergien in den Leistungshalbleitern, welche unter anderem mit verlustarmen weichen Schaltvorgängen herausgearbeitet werden.
Aktualisiert: 2021-02-03
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Bedingt durch die deutliche Steigerung der Schaltgeschwindigkeit von Siliziumcarbid-Leistungshalbleitern ergibt sich ein höheres Potenzial von leitungsgebundenen Störaussendungen, die mit weiteren Komponenten im Antriebsstrang wechselwirken. Die vorliegende Dissertation untersucht daher zwei verschiedene Ausgangsfilter als Entstörmaßnahme, deren Dimensionierung und Charakterisierung beschrieben wird. Beide Filter werden in einem Antriebssystem zum Beispiel hinsichtlich der Einfügungsdämpfung, der erreichbaren Wirkungsgrade sowie des Bauraumes verglichen. Auch erfolgt eine Modellierung der Wechselwirkungen mit der angeschlossenen Last, die mit dem Sinusfilter signifikant reduziert werden können. Darüber hinaus umfasst die Arbeit eine detaillierte Betrachtung der Rückwirkung des Sinusfilters auf die Schaltverlustenergien in den Leistungshalbleitern, welche unter anderem mit verlustarmen weichen Schaltvorgängen herausgearbeitet werden.
Aktualisiert: 2021-02-04
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