Elektronik verbilligt E-Autoproduktion

Halbleiterlösungen von Infineon: Spannungen von bis zu 1200 V, Modulnennstrom von bis zu 800 A (Bild: Infineon).

Neue, günstigere Produktionstechnologien entscheiden über das Wohl oder Wehe der Elektrofahrzeuge. Die Leistungselektronik gilt dabei als Hirn für die erfolgreiche Umsetzung.

von Dietmar Poll

aus Produktion Nr. 8, 2012

LANDSBERG (ks). „Je mehr Leistungselektronik im Fahrzeug ist, desto kostengünstiger kann man ein Elektroauto bauen“, bringt Professor Rik W. De Doncker vom Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen die Lösung für die derzeitige Problematik viel zu teuerer Elektrofahrzeuge auf den Punkt.

„Wir fokussieren uns letztendlich darauf, die Produktionskosten zu senken. Da brauchen wir noch den Faktor zwei“, erklärt De Doncker. Knut Kasper, Oberingenieur am Institut: „Das wird das Aussehen der Leistungselektronik für den Automobilbereich noch stark verändern.“ Vor allem durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von den Materialien her gebe es beim Beschleunigen und Bremsen in der Elektromobilität noch Probleme.

Mark-Nils Münzer, Director Electric Drive Train, Infineon Technologies AG, erklärt: „Die größte Herausforderung bleibt, in das bauraumbeschränkte Auto die zusätzliche Elektronik für Elektromotorsteuerung, Batteriemanagement, optimale Bremsenergierückgewinnung und Ladestromüberwachung einzubauen.“ Dabei seien die Anforderungen an das thermische Management des Leistungsmoduls zu beachten und der damit verbundene thermomechanische Stress; und zwar vom Modul-Design bis zur Produktion.

Dazu De Doncker: „Um die Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen einsetzen zu können, kommt es nun auf eine verbesserte Gehäuse- sowie Kühltechnik an. Das sieht Kasper genauso: „Das System der doppelseitigen Kühlung innerhalb der Produktion umzusetzen, hat gravierenden Einfluss auf den Produktionsprozess.“ Man versuche nun ein Verfahren zu finden, wo man eben dies sehr kostengünstig herstellen kann. „Wir brauchen eine hohe Leistungsdichte wegen Bauraumbegrenzung und Gewicht, dann soll die Herstellung kostengünstig sein und man muss die Zuverlässigkeit so einstellen können, dass sie für ein Auto angemessen ist“, ergänzt der Oberingenieur.

Doch wie lässt sich funktionierende Leistungselektronik in der Industrie auf Elektrofahrzeuge übertragen? „Für die Anwendungen im Auto sind zielgerichtete Innovationen bei Material, Fertigungsprozessen und dem Moduldesign hinzugekommen“, berichtet Münzer. Die hohe Leistungsdichte des Leistungsmoduls HybridPack 2 erreichte Infineon durch eine Kombination aus Moduldesign – nämlich dem Einsatz einer Pin-Struktur an der Unterseite des Moduls zur direkten Entwärmung im Kühlwasser, dem Fertigungsprozess mit erhöhter Zuverlässigkeit der Verdrahtung durch optimierte Bondprozesse sowie anderen Materialien wie stressfester Keramik zur elektrischen Isolation bei optimaler Wärmeabfuhr. Bereits seit Herbst 2011 liefert Infineon Leistungsmodule an Hyundai und Kia. „In diesen Fahrzeugen spielt das Leistungsmodul HybridPack 1 eine wichtige Rolle bei der Steuerung und Versorgung des Elektromotors: Es ist die elektrische Verbindung zwischen dem Batteriesystem und dem Antrieb“, verdeutlicht Münzer.