Forschungsprojekt HotPowCon

Leistungsbaugruppen im E-Mobil vertragen jetzt bis zu 300 °C

08.10.14 | Redakteur: Thomas Kuther

Bessere Leistungselektronik für E-Fahrzeuge: Im Rahmen des nun erfolgreich abgeschlossenen Projekts HotPowCon wurde danach gesucht.
Bessere Leistungselektronik für E-Fahrzeuge: Im Rahmen des nun erfolgreich abgeschlossenen Projekts HotPowCon wurde danach gesucht. (Bild: Bosch)

Im Rahmen eines Forschungsprojekts HotPowCon wurde eine Technik entwickelt, mit der sich elektronische Leistungsbaugruppen für E-Fahrzeuge fertigen lassen, die auch bei 300 °C funktionieren.

Eine neue Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) ermöglicht die Fertigung von elektronischen Leistungsbaugruppen, die auch bei Spitzentemperaturen von bis zu 300 °C zuverlässig funktionieren. Die neue AVT ist das Ergebnis des Forschungsprojektes Hot-Power-Connection, kurz HotPowCon, das mit Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung nach drei Jahren erfolgreich abgeschlossen wurde. Weil die Steuerelektronik vor allem in Hybrid- und Elektrofahrzeugen sehr hohen Betriebstemperaturen standhalten muss, ist die neue AVT eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung der Elektromobilität in Deutschland.

Neue Leistungselektronik für
Betriebstemperaturen bis 300 °C

Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Neue Leistungselektronik für Betriebstemperaturen bis 300 °C

05.03.12 - Forscher arbeiten an der Aufbautechnik von Leistungselektronik für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Noch fehlen bleifreie, zuverlässige und kostengünstige Techniken, die den Anforderungen entsprechen. lesen

Energie und Kosten sparen

Elektronische Leistungsbaugruppen – z.B. Inverter, Gleichspannungswandler und Batterieladegerät – sind Schlüsselkomponenten der Elektrofahrzeuge. Um die Elektromobilität voranzutreiben, braucht die Automobilindustrie möglichst günstige, energieeffiziente und kompakte Leistungsbaugruppen. Zudem muss es möglich sein, Logikelemente wie zum Beispiel Mikroprozessoren in die Baugruppen zu integrieren, um deren Funktionalität zu steigern. Für solche kombinierten Logik- und Leistungsbaugruppen gab es bisher keine bleifreie, zuverlässige und kostengünstige AVT, die hohen Betriebstemperaturen standhält. Bisherige Fügetechniken waren sehr kostenintensiv oder beruhten meist auf umweltschädlichen, bleihaltigen Loten. Hinzu kommt, dass die Leistungsbaugruppen aufwendig gekühlt werden mussten, weil sie eine hohe elektrische Leistung verarbeiten und deshalb viel Wärme produzieren. Ihre maximale Betriebstemperatur wurde maßgeblich von der eingesetzten Verbindungstechnik begrenzt.

Vorbereitet für die Großserie

Das HotPowCon-Konsortium hat nun ein verarbeitungsfähiges Pastensystem auf Zinnbasis entwickelt, das ein Fügen durch isotherme Erstarrung ermöglicht. Damit lassen sich alle Komponenten der Baugruppe in nur einem Fügeprozess löten. Die neue AVT ist bleifrei und basiert auf preisgünstigen Materialien. Weil sie sehr hohen Temperaturen standhält, kann der Aufwand für die Kühlung deutlich reduziert werden. Das senkt den Energiebedarf und trägt ebenfalls zur Kostensenkung bei. Die Forscher haben Grundlagen für einen späteren Einsatz der AVT in der industriellen Serienproduktion geschaffen, von der Auswahl der Werkstoffe über die Verfahrenstechnik bis hin zur Anlagentechnik. Anhand von Demonstratoren haben sie die Zuverlässigkeit der AVT im Hochtemperatur-Bereich nachgewiesen.

Multidisziplinäres Forschungsteam

An dem Projekt HotPowCon haben große und mittlere Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen mitgewirkt. Die Robert Bosch GmbH leitete das Projekt, weitere Partner waren die Siemens AG, die Heraeus Materials Technology GmbH & Co. KG, die Chemnitzer Werkstoffmechanik GmbH, die Seho Systems GmbH, das Institut für Gerätesysteme und Schaltungstechnik der Universität Rostock, das Zentrum für mikrotechnische Produktion der Technischen Universität Dresden und die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) sowie für Elektronische Nanosysteme (ENAS). Die Daimler AG und die Volkswagen AG beteiligten sich als assoziierte Partner. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat rund die Hälfte des Projektvolumens von 5,5 Millionen Euro bereitgestellt und das Projekt HotPowCon im Zuge des Programms „IKT 2020 – Forschung für Innovationen“ gefördert. Die entwickelte Aufbau- und Verbindungstechnik ist zum Beispiel auch für die Fertigung von Wechselrichtern für Photovoltaik-Anlagen interessant und kann zukünftig in weiteren Branchen eingesetzt werden.

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