Bordnetzwandler

Demonstrator aus dem BMWi-Projekt GETpower2

• HV-Spannung: 540 V bis 840 V
• 12/24/48 V Versionen
• max. 11.2 kW / 400 A @ 28 V
• ca. 4 dm³ Bauvolumen / ca. 7 kg.
• Design für Luftfahrtbereich: z. B. Faktor 2 Spannungsreserve für HV SiC MOSFETs, erhöhte Luft- und Kriechstrecken, spezielles Gehäuse für Schutzglasfüllung

• Zwei Eingangsspannungs- und drei Ausgangsspannungsversionen für 12 V, 24 V oder 48 V Hilfsstromversorgung
• Volldigitale Steuerung
• Kommunikation über CAN
• 85 °C max. Kühlmitteltemperatur
• Die seriell anschließbaren Phasen auf der Primärseite ermöglichen den Einsatz von kostengünstigen Halbleitern mit nur 600 V Blockierspannung bis zu d800 V DC-Zwischenkreisspannung

Der kundenspezifische On-Board-DC/DC-Wandler verfügt über drei unabhängige bidirektionale Ports zum Anschluss aller zukünftig verfügbaren Bordnetze: HV, 48 V und 12 V. Mit dem Wandler können komplexe Aufgaben des automobilen Energiemanagements erfüllt werden, wie z.B. das Boosten von Energie zwischen dem 48-V- und 12-V-Netz, die Verkleinerung der 12-V-Batterie, der Ersatz durch Supercaps oder die Übertragung von Energie zwischen dem Hochspannungsnetz und den Niederspannungsnetzen. Aus Sicherheitsgründen sind sowohl der 12-V- als auch der 48-V-Anschluss galvanisch vom HV-Anschluss getrennt. Der Konverter kann vollständig über CAN gesteuert werden und zeichnet sich durch seine extrem geringe Bauhöhe von nur 49 mm aus. Durch die gut gewählte Schaltungstopologie und das fortschrittliche Design und Packaging wird eine sehr hohe Leistungsdichte für einen Wandler mit der beschriebenen hohen Funktionalität erreicht.

Merkmale

• Drei unabhängige, bidirektionale Anschlüsse (H V, 48 V, 12 V)
• Alle drei Ports gleichzeitig nutzbar
• Galvanische Trennung zwischen HV und 48 V
• Galvanische Trennung zwischen HV und 12 V
• Große Eingangs-/Ausgangsspannungsbereiche
• Überspannungs-/Stromschutz/Temperaturkontrolle
• Spannungs- und Stromsteuerungsmodi für alle Ports
• Hoher Teillastwirkungsgrad durch Phasenabschaltung
• CAN-Kommunikation
• Wasserkühlung
• Hohe Leistungsdichte
• Extrem niedriges Profil
• Ohne Elektrolytkondensatoren
• Geeignet für verschiedene elektrische Energiespeicher (LiIo-Batterien, Bleibatterien, Supercaps)

Um mit Forschung und Entwicklung zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks digitaler Technologien beizutragen, bauen die in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) kooperierenden Fraunhofer- und Leibniz-Institute gemeinsam ein standortübergreifendes Kompetenzzentrum für eine ressourcenbewusste Informations- und Kommunikationstechnik, genannt Green ICT @ FMD, auf. Das BMBF unterstützt das am 1. August 2022 gestartete Vorhaben mit einer Fördersumme von 34 Millionen Euro im Rahmen der Initiative Green ICT, die Bestandteil des Klimaschutzprogramms 2030 der Bundesregierung ist.

An den Standorten Erlangen, Dresden und Berlin werden neue anwendungs- und systemorientierte Green-ICT-Hubs als Ergänzung bereits existierender Forschungsaktivitäten der FMD-Institute und als Grundlage für weitere Forschungsarbeiten eröffnet. Die Hubs bieten Projektpartnern aus Industrie und Wissenschaft die Möglichkeit, in dezidierten Testbeds Systeme und Subsysteme, Demonstratoren und Prototypen im Hinblick auf die besonderen Anforderungen an umweltgerechte Produkte zu evaluieren und ggf. optimieren zu lassen. Das Fraunhofer IISB ist an zwei der Green-ICT-Hubs mit folgenden Aktivitäten beteiligt:

Green-ICT-Hub für Sensor-Edge-Cloud-Systeme

• Weiterentwicklung und Anpassung energieeffizienter DC/DC-Spannungswandler für den Einsatz in Rechenzentren
• Weiterentwicklung, Anpassung, Implementierung und Nutzung von Sensorsystemen für die energieeffiziente Steuerung von Fertigungsprozessen
• Implementierung und Nutzung von Simulation und KI-gestützten Optimierungsverfahren zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Halbleiterfertigung

Green-ICT-Hub für ressourcenoptimierte Elektronikproduktion

• Implementierung und Einsatz eines integrierten Energiemanagement-Systems sowie Etablierung intelligenter Betriebsstrategien für die energetische Reinrauminfrastruktur und für Prozessanlagen entlang der Herstellungskette am Beispiel eines Prozesstools aus dem Bereich der Nasschemie
• Einsatz von Verfahren der künstlichen Intelligenz zur Erhöhung der Kompaktheit durch optimale Komponentenplatzierung auf z.B. PCBs
• Optimierung in der Fertigung leistungselektronischer Packages
• Ersatz anderer Metalle durch Kupfer zur Verbesserung der Umweltbilanz bei der Herstellung und dem Recycling leistungselektronischer Verbindungsstrukturen