Erik Smailus

Erik Smailus, M.Sc.

+49-6151-16-20624

Fraunhoferstr. 4
64283 Darmstadt

Raum: S3|21 307

Forschungsthema

Hocheffiziente, galvanisch trennende DC/DC-Wandler mit weitem Spannungsbereich

Durch dezentrale Erzeugungsanlagen, aber auch in ganz konventionellen Applikationen wie z. B. in Elektroautos, Bahnen oder Flugzeugen oder auch Gebäuden, treten zunehmend DC-Netze auf, die häufig auch mit Energiespeichern gekoppelt sind. Als Energiespeicher werden häufig Akkumulatoren, Schwungradspeicher sowie große Kondensatorbänke verwendet. Alle aufgezählten Speicher haben einen Gleichspannungsanschluss der abhängig vom Ladezustand des Speichers teils sehr große Spannungshübe(Maximalwert-Minimalwert) haben kann.

Sehr häufig ist es auch der Fall, dass mehrere DC-Netze vorhanden sind, die für eine ordnungsgemäße Funktion galvanisch voneinander getrennt sein müssen. Beispiel Elektroauto: hier wird ein sog. Hochvoltnetz mit 400 V oder 800 V mit dem konventionellen 12 V Bordnetz bidirektional verbunden.

Abbildung 1: Beispielhaft für den Wirkungsgradverlauf eines nicht optimierten Wandlers
Abbildung 1: Beispielhaft für den Wirkungsgradverlauf eines nicht optimierten Wandlers

Um die Energie zwischen verschiedenen DC-Netzen zu übertragen werden hocheffiziente, galvanisch trennende DC/DC-Wandler genutzt. Die meisten Wandler haben in ihrem Auslegungspunkt, d.h. bei Betrieb mit Volllast und einer bestimmten Kombination aus Ein- und Ausgangsspannung, einen sehr hohen Wirkungsgrad. Im Teillastbereich und bei vom Auslegungspunkt abweichenden Spannungsniveaus zeigen die meisten Wandler einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad.

Nur in seltenen Anwendungen werden Wandler jedoch ständig im Auslegungspunkt betrieben. Die meiste Zeit über arbeiten die meisten Wandler hingegen in einem Arbeitspunkt mit verhältnismäßig schlechtem Wirkungsgrad.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Wirkungsweise von DC/DC-Wandlern mit galvanischer Trennung im gesamten Arbeitsbereich zu verbessern und hierfür verschiedene Optimierungsprinzipien und Topologien zu untersuchen. Dabei stehen insbesondere sehr unterschiedliche Spannungsverhältnisse im Teillastbetrieb im Fokus.

Abbildung 2: Vereinfachtes Schaltbild eines dreiphasigen Dual Active Bridge Serienresonanzwandlers
Abbildung 2: Vereinfachtes Schaltbild eines dreiphasigen Dual Active Bridge Serienresonanzwandlers

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