Künstliche Intelligenz
Multilevel-Umrichter für E-Autos: Das Effizienzwunder, das niemand in Serie baut
Traktionsbatterien liefern Gleichstrom. E-Motoren in Autos funktionieren dagegen praktisch alle mit Drehstrom. Daher kommen zwischen diesen beiden Teilen Umrichter zum Einsatz. Der Stand der Technik im Autobau sind 2-Level-Umrichter. Sie schalten auf drei Phasen in hohen Frequenzen zwischen der Nennspannung der Batterie und dem Bezugspotenzial (im Auto: Masseleiter) hin und her. Die für die Wechselspannung typische Sinuskurve erzeugen die Geräte näherungsweise über Pulsweitenmodulation (PWM). Mittlerweile gibt es die ersten Zulieferer-Vorschläge von 3-Level-Umrichtern. Was aber, wenn man auf noch deutlich mehr Ebenen schalten würde, bis auf die Ebene Modul oder gar Zelle herunter?
Auf dieser Idee bauen Multilevel-Umrichter auf (Multi Level Inverters, MLI). Sie verschalten ad hoc Module oder Zellen so, dass die jeweils nötige Spannung herauskommt – näherungsweise gestuft, mit der Auflösung der Zell- oder Modulspannung. Das hat eine ganze Reihe von Vorteilen, aber auch einige Nachteile, auf die wir gleich näher eingehen. Porsche Engineering, Porsche-Tochter und internationaler Ingenieurdienstleister, hat zur Demonstration kürzlich ein MLI-System in einem Prototypenfahrzeug integriert.
- Multilevel-Umrichter zeigen seit Jahrzehnten in allen Studien große Vorteile bei der Effizienz.
- Gebaut wurden sie bisher trotzdem nicht in Serie.
- Porsche Engineering zeigte nun einen weiteren vielversprechenden Prototypen.
- Ungeachtet der Multilevel-Technik ist die Schalt-Hardware mit auf dem SoC integrierten FPGA besonders interessant.
Dieser Artikel beschreibt die Idee des Entwickler-Teams bei Porsche Engineering, setzt sie in Bezug zu vorherigen Designs und dem Serien-Elektroautobau und arbeitet so Potenziale sowie Vor- und Nachteile heraus. Interessanterweise sitzt der Teil des Aufbaus, der es am ehesten in Serienautos schaffen könnte, in einer sehr interessanten SoC-Konstruktion der Steuerungsplatine.
Das war die Leseprobe unseres heise-Plus-Artikels „Multilevel-Umrichter für E-Autos: Das Effizienzwunder, das niemand in Serie baut“.
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