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Leistungshalbleiter Siliziumkarbid macht Hybridantriebe noch leistungsfähiger

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Toyota hat Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid entwickelt, mit denen sich der Kraftstoffverbrauch von Hybridautos um bis zu 10% senken lässt. Die im Vergleich zu Siliziumhalbleitern 80% kleinereren Bausteine sind zudem wesentlich effizienter. Testfahrten sollen binnen eines Jahres starten.

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Deutlicher Unterschied: Unten eine Power Control Unit von heute mit Silizium-Leistungshalbleitern, darüber eine zukünftige PCU auf Basis von Siliziumkarbit
Deutlicher Unterschied: Unten eine Power Control Unit von heute mit Silizium-Leistungshalbleitern, darüber eine zukünftige PCU auf Basis von Siliziumkarbit
(Bild: Toyota)

Toyota entwickelt die Effizienz seiner Fahrzeuge ständig weiter: Gemeinsam mit Denso und Toyota Central R&D Labs (Toyota CRDL) hat der japanische Automobilhersteller nun Halbleiter aus Siliziumkarbid entwickelt. Eingesetzt in der PCU (Power Control unit = Leistungsregelung) von Hybridmodellen, können sie den Kraftstoffverbrauch um bis zu zehn Prozent reduzieren. Erste Testfahrten mit entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen sind innerhalb eines Jahres in Japan vorgesehen.

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Grundsätzlich kann ein Elektromotor auf zwei verschieden Arten genutzt werden: Sobald er mit Strom versorgt wird, arbeitet er als Motor. Wird er jedoch mit Drehkraft angetrieben, so arbeitet er als Generator. Die Leistungsregelung (PCU) besteht aus dem Inverter und dem Konverter. Der Inverter hat dabei die Aufgabe den Stromfluss von und zur E-Maschine zu managen. Er regelt stufenlos die Drehzahl des E-Motors und zum anderen die Leistungsabgabe des Generators. Der Konverter variiert dabei die Höhe der Betriebsspannung.

Hohe Verluste in der Leistungsregelung

Kurz gesagt: Der gesamte Fahrstrom fließt durch die Leistungsregelung. Allerdings passiert das nicht verlustfrei: Rund 25% der elektrischen Energie werden dabei in nutzlose Wärme umgewandelt, davon sind rund 20% allein auf die Halbleiter zurückzuführen. Ihre Effizienz wirkt sich somit direkt auf den Kraftstoffverbrauch aus. Mit den jetzt gemeinsam entwickelten Halbleitern aus Siliziumkarbid kann sich der Kraftstoffverbrauch von Hybridfahrzeugen um bis zu zehn Prozent gemäß dem japanischen Testzyklus JC08 reduzieren. Dabei wird die Leistungsregelung künftig um bis zu 80% kleiner bauen. Durch die verbesserte Effizienz können Kühler und Kondensator, die für 40% der Größe verantwortlich sind, deutlich verkleinert werden.

Halbleiter können Spritverbrauch senken

Neben effizienten Motoren und aerodynamischen Verbesserungen sind die Halbleiter eine Schlüsseltechnologie, um den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken. Aus diesem Grund will Toyota die Entwicklungskapazitäten ausweiten, um die Halbleiter schnellstmöglich in Serienfahrzeugen einsetzen zu können.

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