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SiC TECHNOLOGY

ROHM in Formula E

Als offizieller Technologiepartner des VENTURI Formula E Teams liefert ROHM seit Saison 3 SiC power devices.

Der größte Unterschied zwischen der batteriebetriebenen Formula E und anderen Motorsportserien ist das Energiemanagement. Wie die verfügbare (elektrische) Energie am effizientesten verwaltet werden kann, ist deshalb oft der Schlüssel zum Erfolg.
Der vielleicht wichtigste Faktor, der bestimmt ob die Energie verlustfrei verwendet wird, ist die Leistung des Wechselrichters, welcher den Strom der Batterie steuert und an den Motor sendet.
Hier nimmt ROHM die Herausforderung an.

Auswirkungen von SiC
Leistungshalbleitern in der
Formel E

Das im Wechselrichter des Formel-E-Rennwagens von VENTURI eingesetzte SiC-Leistungsmodul erreicht durch die Entwicklung eines neuen Gehäuses mit verbesserter interner Modulstruktur sowie eines optimierten Thermomanagements einen großen Leistungsdurchsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen IGBT-Modulen mit ähnlichen Stromstärken reduziert dieses Modul die Schaltverluste um 75 % (bei einer Chiptemperatur von 150 °C). Dies verbessert die Energieeffizienz der gesamten Anwendung. Außerdem ermöglichen kompaktere Peripheriekomponenten für den Hochfrequenzantrieb sowie die Auswirkungen der verringerten Schaltverluste die Realisierung kleinerer Kühlsysteme.
Durch die Verwendung des Full-SiC-Power-Moduls im Bereich der Wechselrichter (dem Kern des Antriebsstrangs) wird der Wechselrichter um 43 % kleiner und um 6 kg leichter als der in der zweiten Saison.

Seit der fünften Saison bietet ROHM Gate-Treiber an, die Stromversorgungsgeräte steuern. Das Portfolio bietet verschiedene, optimierte Lösungen für elektrisch angetriebene Maschinen.

Der Schlüssel zur Weiterentwicklung von
Elektroautos ist der Wechselrichter

Eine ausgereifte Steuerung der Elektrizität ist nicht nur für Rennwagen wie sie in der Formel E verwendet werden unerlässlich, sondern auch für kommerzielle Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, die auf normalen Straßen genutzt werden.

Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen sind die Erhöhung der Batteriekapazität sowie die Verbesserung der Energieeinsparungen und der Rotationsleistung von Motoren weiterhin die großen Herausforderungen für die Konstrukteure. Dabei muss der Wechselrichter, der für die Steuerung der Elektrizität aus der Batterie und das Senden an den Motor verantwortlich ist, die wichtigen Faktoren Effizienzsteigerung auf der einen und zunehmende Miniaturisierung auf der anderen in Einklang bringen. Eine Verbesserung der Effizienz bedeutet, den Verlust beim Senden von Elektrizität von der Batterie an den Motor zu minimieren. Unter Miniaturisierung wird nicht nur die Größe des Wechselrichters selbst, sondern auch die der Peripheriegeräte wie zum Beispiel des Kühlmechanismus verstanden, um die Größe des Wechselrichters zu verringern ganzes System. Durch die Überwindung dieser beiden Problemstellungen wird es möglich, die Fahrdistanz bei gleichbleibender Batteriekapazität signifikant zu erhöhen oder die gleiche Fahrentfernung zu erreichen, wenn eine kleinere Batterie verwendet wird.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat SiC in den letzten Jahren aufgrund seiner Fähigkeit, die Leistung des Wechselrichters erheblich zu verbessern, ein wachsendes Interesse im Bereich der Elektromobilität geweckt.

SiC Leistungshalbleiter

SiC ist ein Verbindungs-Halbleiter aus Silizium (Si) und Kohlenstoff (C). Während SiC in der Natur selten vorkommt kann es jetzt künstlich hergestellt werden, erfordert jedoch eine aufwändige Verarbeitung. ROHM war weltweit das erste Unternehmen, das erfolgreich SiC-MOSFETs in Massenproduktion herstellte. Ein wesentlicher Vorteil von SiC-Leistungsbauelementen besteht im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern in einem deutlich höheren Wirkungsgrad. Als Folge wird während der Umwandlung viel weniger Wärme erzeugt, was es möglich macht, die Bauelementgröße einschließlich des Kühlmechanismus drastisch zu reduzieren. Diese beeindruckenden Vorteile sorgen für eine erhöhte Aufmerksamkeit und treiben die Nachfrage nach SiC in vielen Einsatzgebieten mit höherem Leistungsbedarf und höheren Spannungen voran. Als Pionier in diesem Bereich ist ROHM für SiC weiterhin führend in Technologie und Qualität.

INTERVIEW

Franck Baldet, CTO,
VENTURI Formula E Team

„Die Formel E ist die ideale Motorsportplattform, um die neuesten Technologien für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation zu testen. Wir sind sehr glücklich, mit ROHM eine technische Partnerschaft im Bereich des Power-Managements eingegangen zu sein, die sich häufig auf das Rennergebnis in der Formel E auswirken kann.
Durch den Einsatz des SiC-Leistungsmoduls von ROHM konnten wir einen leichten Wechselrichter realisieren, der nur wenig Platz benötigt. Diese neueste Technologie wird es uns ermöglichen, unsere Rundenzeiten drastisch zu reduzieren, und wir hoffen, dass wir unsere Zusammenarbeit fortsetzen und wegweisende Technologien durch unsere Partnerschaft mit ROHM einbringen können.“