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Stuttgart, 01. April 2011, Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) entwickeln das Technologieunternehmen Bosch, die Software-Unternehmen CST – Computer Simulation Technology AG und Adapted Solutions sowie die TU Berlin eine rechnergestützte Entwicklungsumgebung zum elektrisch- thermischen Co-Design leistungselektronischer Komponenten. Innerhalb des Verbundprojekts „SOlar – Simulations- und Optimierungsmethodik für leistungselektronische Systemauslegung – effizient, robust und kompakt“ arbeiten die Partner an einer hochinnovativen Software-Lösung, mit deren Hilfe energieeffiziente leistungselektronische Systeme ausgelegt und ihre Eigenschaften simuliert werden können.

So sollen elektrische und thermische Probleme solcher Schaltungen in Zukunft bereits am Computer erkannt werden. Das führt zu einer beschleunigten Entwicklung und damit zu deutlichen Kosteneinsparungen im hochdynamischen Markt für effiziente Leistungselektronik-Produkte. Zur Demonstration soll mit der entwickelten Methodik ein kompakter, hocheffizienter Solarwechselrichter ausgelegt und aufgebaut werden.

Das Projekt mit einem Gesamtvolumen von rund 2,4 Millionen Euro wird im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Förderaktivität „Leistungselektronik zur Energieeffizienzsteigerung (LES)“ mit rund 1,4 Millionen Euro gefördert. Das BMBF-Programm LES zielt auf mehr Ressourcenschonung und Klimaschutz durch deutliche Energieeinsparungen in volkswirtschaftlich wichtigen Bereichen.

Hintergrundinformationen:

Leistungselektronische Komponenten wie Gleichspannungswandler, Umrichter für Elektromotoren, Batterieladegeräte oder Einspeisegeräte gewährleisten eine effiziente Wandlung elektrischer Energie mit Wirkungsgraden bis zu 99 Prozent. Sie sind damit Voraussetzung sowohl für ressourcenschonende Mobilität – bei der Elektrifizierung von Fahrzeugen – als auch für die effiziente Nutzung regenerativer Energiequellen.

Die Auslegung und der Aufbau leistungselektronischer Komponenten stellen eine besondere Herausforderung dar, da neben funktionalen Aspekten weitere Auslegungsziele wie Leistungsdichte, Lebensdauer und Einhaltung der Normen für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) berücksichtigt werden müssen. Gerade bei Automobil-Anwendungen kommen das möglichst geringe Volumen der leistungselektronischen Komponente und der damit verbundene hochkompakte Aufbau hinzu. Aufgrund dieser hohen Komplexität ist eine vorausschauend sichere Bewertung der sich zum Teil wechselseitig beeinflussenden Eigenschaften eines Leistungselektronik-Produkts derzeit kaum möglich. Verlängerte Entwicklungszeiten und entsprechend erhöhte Entwicklungskosten sind die Folge.

Deutliche Verbesserungen sollen durch das Verbundprojekt SOlar erreicht werden. Das Vorhaben zielt darauf ab, Leistungselektronik-Entwicklern ein auf Personal Computern lauffähiges Simulationstool an die Hand zu geben, mit dessen Hilfe sie schnell und mit geringem Aufwand den Einfluss ihrer Platzierungs- und Layoutmaßnahmen auf Schaltungsfunktion, Thermik und EMV beurteilen können. Dazu wird eine Toolkette umgesetzt, die sowohl die automatisierte Extraktion von parasitären elektromagnetischen Verkopplungen aus Geometriedaten und deren Einbindung in einen Schaltungssimulator als auch die Erstellung eines thermischen Netzwerks ermöglicht. Durch die weitgehende Automatisierung wird eine große Bedienerfreundlichkeit und geringe Fehleranfälligkeit erzielt.

Mit dem Solarwechselrichter wird eine Leitanwendung ausgewählt, die einerseits besondere Anforderungen an Hochintegration und Effizienz stellt und andererseits einen Beitrag zu den umweltpolitischen Zielen leistet. Effiziente Systeme zur Netzeinspeisung der aus regenerativen Quellen gewonnenen elektrischen Energie sind eine Voraussetzung für die Vision einer dezentralen Energieversorgung und die damit verbundene Ressourcenschonung und CO2-Reduktion.

Die Umsetzung des Projekts ist nur durch einen multidisziplinären Ansatz möglich. Die beteiligten Partner bringen dazu nicht nur gemeinsames Know- how zu Schaltungstechnik, Elektromagnetismus, Thermik, Numerik und Algorithmik in den Verbund ein, sondern auch eine genaue Kenntnis der Anforderungen von Benutzern an ein Auslegungstool für leistungselektronische Komponenten.

Quelle: Robert Bosch GmbH

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