Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

20-Sept-2012 1 BIKT-Konferens 2012 High temperature electronic systems all in silicon carbide for electric vehicles M. Bakowski, H-P. Nee, I. Belov, P.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "20-Sept-2012 1 BIKT-Konferens 2012 High temperature electronic systems all in silicon carbide for electric vehicles M. Bakowski, H-P. Nee, I. Belov, P."— Presentationens avskrift:

1 20-Sept BIKT-Konferens 2012 High temperature electronic systems all in silicon carbide for electric vehicles M. Bakowski, H-P. Nee, I. Belov, P. Leisner and C-M. Zetterling

2 20-Sept-20122BIKT-Konferens 2012 SiC Motivation Ökande effekttäthet i elektriska system efter H. Ohashi AIST (2004) och K. Hamada TOYOTA (2007)

3 20-Sept BIKT-Konferens 2012 PCU – Effektkontrollenheten Lexus PCU total power 165, volume 14 L, weight 18 kg PCULexusCamryPrius Power, kW Volume, L Weight, kg 18 21

4 20-Sept-20124BIKT-Konferens 2012 Partners i projektet Målsättning Design och konstruktion av 50 kW 3-fas energiomvandlare i form av en kompakt intelligent kraftmodul för 250ºC. Modulen innehållande SiC högtemperatur ICs (Emitter Coupled Logic) och SiC kraftkomponenter (switchar och likriktare) verifieras med hjälp av elektriska och termiska simuleringar. KTH/EES/EME (WP1), KTH/EKT (WP2), Acreo (WP3), JTH (WP4)

5 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Elektriskt system, WP1 KTH/EES/EME Studie av parallellkopplade SiC JFETar3-fas 40kW DC/AC omvandlare med en verkningsgrad 99.7% Högeffektiva elektriska system med “Normally-on” SiC JFETar har blivit demonstrerade.

6 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Högtemperatur ICs, WP2 KTH/EKT 4H-SiC bipolar ECL OR- NOR gates (10 npn BJTs & 10 resistors) 3-stage ring oscillator with frequency 2 MHz (RT – 300 °C) Högtemperatur ICs baserade på högspännings bipolär teknologi – design och simulering. Operation upp till 300 °C har blivit verifierat experimentellt på småskalliga ICs.

7 b 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Komponentutveckling, simulering och utvärdering, WP3 N-on and N-off JFETar Acreo Simulering av switchförluster Utveckling av JBS dioder Teknologimoduler för tillverkning av Schottky dioder för 250ºC och två epitaxiella JFET koncept har utvecklats och verifierats experimentellt. JFET komponenter och Schottky dioder har tillverkats.

8 20-Sept-20128BIKT-Konferens 2012 Realiserbar termisk och mekanisk design av 3 fas 50kW omvandlare utvecklades och verifierades mha CFD simuleringar. Mekaniska CAD ritningar av prototypen har gjorts. Controller Fluid Capacitor Inverter HV terminals LV from battery Phase terminals L128 mm x W79 mm x H78 mm Detailed CFD model driver diode Transistor Double coil on ferrite core H1mm Molly discs el. connect Molly disc Mech. support LV power control signals Inverter layout grid = 1mm Termisk och mekanisk design, WP4 JTH 1-fas av DC/AC inverter (power devices & ICs) 3-fas DC/AC omvandlare inkl. DC link kapacitor, kyllning och LV kontrollelektronik

9 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Applikationsområden •Elektriska system för elmotordrift: traktion, hybrid- och elbilar •Generation och distribution av elenergi •Högre verkningsgrad och högre effekttäthet hos elsystem;  elenergibesparingar, mindre vikt och volym, enklare mekanik Teknisk mognad •SiC komponenter tillgängliga på marknaden •Moduler och modulteknologi utvecklas •Bra läge att utveckla och utvärdera systemtillämpningar

10 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Historia och Status •Referensgruppen bestod av representanter från Kollmorgen, Bombardier, Volvo 3P, SAAB. Under projekttiden utvecklades nya samarbeten med Denso, Swerea-Kimab och SP •Resultat, kunskap och kompetens har delgets industrin via “workshops” (ISiCPEAW i Kista), besök hos potentiela industripartners och utvalda organisationer (SHC i Gbg, Verksamhetsråd Fordon hos Viktoriainstitutet) och publikationer.   Etablering av SiC Power Center (Acreo, KTH-EKC, Swerea Kimab)  Flera industrifinansierade projekt (pågående och under diskussion)  Universitets FoU projekt inom HT ICs (KTH-EKT)  Nya industrikontakter (14 potentiella medlemmar i SiC Power Center)  Över 50 publikationer.

11 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Lärdomar Projektet skapade förutsättningar att:  Demonstrera fördelar med SiC technologi för systemindustri på ett effektivt och övertygande sätt  Visa hur man kan arbeta med den på systemnivå  Identifiera kritiska kompetensområden  Skapa och utveckla målmedvetna industrikontakter  Utveckla förmågan att arbeta på ett multidisciplinärt och system och applikationsinriktat sätt Summering BIKT har varit av utomordentligt stort värde tack vare:  Långsiktighet  Bred/öppen målsättning  Möjligheter att bygga vidare på och utveckla resultaten

12 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Följdfinansiering •Högtemperatur ICs, SSF, 24 MSEK, •SiC Power Center, VINNOVA och STEM, 6 MSEK •SiC Industriella Projekt, VINNOVA, SiC Power Center  Bombardier, Undersökning av två olika strömriktare för tåg, 2 MSEK  Alstom Power, “ Energieffektiv industriell kraftomvandlare i SiC”, 2 MSEK  Volvo Personvagnar, “Overdrive”, 6 MSEK

13 20-Sept BIKT-Konferens 2012 Slutsatser Arbetet fortsätter inom SiC Power Center och projektet Overdrive DC/AC Inverter parameter LexusCamryPriusProject Power (kW) Volume (L) Weight (kg) Si & SiC Area (cm 2 ) * IPM size (cm 2 ) Number of PMs Capacitor Weight (kg) Inductor Weight (kg) Cooling Weight (kg) Driver electronics & controller Power electronics & cooling pipes Bus bars & filter capacitor & inductor DC link & LV filter capacitor Devices 200 A, 1200 V, Si 150 °C, SiC 250 °C Water cooling, * no diodes  50 kW DC/AC omvandlare/PM med volym 5 ggr mindre jämfört med Si baserade lösningar är möjlig  Vätskekyllning (PM I motorkompartment) “worst case” körcyckel (T a ≤ 125 °C, T c ≤ 105 °C) resulterar i T j ≤ 160 °C, T cap ≤ 125 °C  Luftkyllning (PM i kupén) “worst case” körcyckel (T a ≤ 85 °C, T c ≤ 85 °C) resulterar i T j ≤ 170 °C, T cap ≤ 100 °C

14 Date created: What is Overdrive?

15 •More: •Take-Off •Response •Power •Energy Efficiency •Less: •Carbon Dioxide •Cooling •Weight •Volume Why?

16 When? 1. On-Board Charger? 2. DC-DC Converter? 3. Inverters?

17 Who?


Ladda ner ppt "20-Sept-2012 1 BIKT-Konferens 2012 High temperature electronic systems all in silicon carbide for electric vehicles M. Bakowski, H-P. Nee, I. Belov, P."

Liknande presentationer


Google-annonser