Elektrisch betriebene Autos, Boote und Flugzeuge werden den CO2-Fußabdruck unserer Transportsysteme in den kommenden Jahren deutlich verringern. Damit das reibungslos klappt, müssen die Reichweiten und Ladegeschwindigkeiten der Akkus Spitzenwerte erreichen, die nur mit hohen Spannungen und Stromstärken zu erzielen sind. Die höhere elektrische Leistung bringt konventionelle Regeltechnik aber rasch an ihre Grenzen. Die innovativen Power-Embedding-Technologien des österreichischen Mikroelektronikherstellers AT&S lösen dieses Problem nachhaltig.
Der Traum vom Elektroauto, das in zehn Minuten vollständig geladen ist und dann 1000 Kilometer Reichweite liefert, ist nicht länger unrealistisch. Moderne Akkus, Schnell-Ladestationen mit entsprechender Leistung und effiziente Elektronik auf Halbleiterbasis, um die hohen Spannungen und Stromstärken zu managen, haben in den vergangenen Jahren dafür gesorgt, dass Elektroautos auch in Sachen Reisekomfort immer konkurrenzfähiger geworden sind. Um hier weitere Verbesserungen zu erzielen, sind allerdings grundlegende Veränderungen an der Leistungselektronik erforderlich.
„Der Wechselstrom aus dem Netz wird mit Umrichtern in Gleichstrom verwandelt, der in den Akkus gespeichert werden kann. Je höher die elektrische Leistung ist, die das System aufnehmen kann, desto schneller kann ich ein E-Auto laden. Das erfordert aber Leistungselektronik, die mit hohen Stromstärken und Spannungen umgehen kann. Derzeitige Umrichter nutzen Halbleiterschaltungen, die mit Drahtbonding-Technologie angeschlossen werden, deren Lebensdauer sinkt, wenn die geforderten Leistungen weiter steigen. Wir haben Lösungen entwickelt, die es den Automobilherstellern erlauben, die nächsten Generationen ihrer Schnell-Ladetechnologien zu verwirklichen“, sagt AT&S-CTO Peter Griehsnig.
Leichter, widerstandsfähiger und grüner
AT&S kombiniert alternative Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid mit innovativer Power-Embedding-Technologie, um Schalter für Umrichter zu produzieren, die kleiner, langlebiger und effizienter sind als bestehende Modelle. „Unsere eingebetteten Halbleiterchips vertragen bis zu 1500 Volt und bis zu 200 Ampere. Umrichter mit unserer Embedding-Technologie brauchen weniger Platz, sparen Gewicht und sind flexibel im Design. Zahlreiche Autohersteller zeigen deshalb bereits Interesse und arbeiten mit uns in mehreren EU-Forschungsprojekten wie „HiEfficient“ und „HiPower 5.0“ an zukünftigen Entwicklungen“, erklärt Mike Morianz, Program Manager bei AT&S.
Module mit Halbleitern aus Galliumnitrid und Siliziumkarbid werden derzeit mit Drahtbonding-Technologie hergestellt. AT&S schafft es mit seinem Power Embedding, mehrere Halbleiterchips parallel mit Microvia-Verbindungstechnologie und Sinterlaminierung nach vorgegebenen Designs einzubetten. „Dadurch lassen sich Effizienz und Zuverlässigkeit deutlich steigern. Die Verluste sind geringer, die Lösung nimmt nur halb so viel Platz in Anspruch und überdauert im Vergleich zu herkömmlicher Technologie zehnmal so viele Schaltzyklen“, sagt Morianz.
Nicht nur in Elektroautos werden Reichweite und Schnell-Ladetechniken immer wichtiger. In Skandinavien werden derzeit bereits akkubetriebene Fähren getestet, die innerhalb der kurzen Anlegezeiten in nur wenigen Minuten geladen werden können. Auch in diesem Bereich kann AT&S Partnern helfen, die Verkehrs- und Transportinfrastruktur von morgen langlebiger und nachhaltiger zu gestalten.
Quelle: Gerald Reischl,ATS, MR/LF
