Elektrischer Kältemittelverdichter mit Spartransformatorwicklung und Galliumnitrid Leistungshalbleitern für nachhaltigere Elektrofahrzeuge

Das Projekt „SparGAN“ erarbeitet ein kombiniertes System aus neuartiger E-Maschine, GAN-Transistoren und thermisch leitfähigem Kleber um die Effizienz und Integrationsdichte von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Letzteres wird durch die Doppelnutzung des elektrischen Kältemittelverdichters als On-Board-Ladegerät erreicht. Hierzu wird dessen E-Maschine während des Ladens gleichzeitig als Motor und Spartransformator betrieben. Dies unterscheidet sich von bekannten, im E-Antrieb verorteten Ansätzen, die Maßnahmen erfordern, um ein Drehen der E-Maschine während des Ladens auszuschließen. Im Kältemittelverdichter ist dies nicht nötig. Hier darf und muss sich die E-Maschine während des Ladens drehen. Um parallel dazu eine Ladefunktion abzubilden, erarbeitet dieses Projekt eine Maschinenwicklung, die gleichzeitig als Motor und Spartransformator fungiert. Forschungsfragen beinhalten u. A. die gegenseitige Verkopplung elektrischer und magnetischer Größen in der gemeinsam genutzten Wicklung. Theoretisch und experimentell erlangte Erkenntnisse sollen in Prototypen münden, die ein tieferes Verständnis doppeltgenutzter Wicklungen zulassen. Weil der Motorbetrieb durch die Ladewechselspannung erfolgt, soll die Leistungselektronik des Verdichters als aktiver Gleichrichter genutzt werden. Um die Effizienz beim Laden und auch beim Verdichten zu verbessern, werden hier Leistungshalbleiter aus Galliumnitrid (GAN) und eine auf thermisch leitfähigem Kleber basierende Aufbautechnik eingesetzt. Das Abführen der Verlustwärme in das gasförmige Kältemittel und die Lebensdauerprojektierung inklusive On-Board-Ladefunktion stellen weitere Forschungsschwerpunkte dar. Das Projekt „SparGAN“ bietet damit durch Doppelnutzung von Komponenten und verbesserte Wirkungsgrade erhebliches Potential zum Einsparen von Ressourcen, Gewicht und Energie aber auch von Elektronikschrott und CO2. Ferner ermöglicht es mit seinen kombinierten Forschungsthemen einen breit gefächerten und nachhaltigen Forschungseinstieg.