800-Volt-Technologie von ZF ist schon auf den Straßen: Für das Formula-E-Team Mahindra steuert ZF zur Formula-E-Saison 2021 den gesamten 800-Volt-Antriebsstrang mit E-Motor, Getriebe und der Leistungselektronik auf Siliziumkarbid-Basis bei.

(Bild: ZF)

ZF forciert den aktuellen Trend zu Bordnetzen mit 800-Volt-Spannung: Der Konzern entwickelt und produziert Leistungselektroniken mit Siliziumcarbid als Halbleiter

ZF will den aktuellen Trend zu Bordnetzen mit 800-Volt-Spannung forcieren: Der Konzern entwickelt und produziert Leistungselektroniken mit Siliziumcarbid als Halbleiter für die Serienproduktion von E-Autos. ZF

Immer mehr Automobilhersteller weltweit setzen kürzere Ladezeiten bei batterieelektrischen Fahrzeugen mit einer veränderten Bordnetz-Architektur um: Das Hochvolt-Bordnetz insbesondere bei E-Autos im Premium- und Sportwagensegment wird auf eine Spannung von 800 Volt ausgelegt statt wie bislang auf 400 Volt. Dazu entwickelt und produziert ZF Komponenten für den elektrischen Antriebsstrang. Die Technologie wird von ZF bereits in der Rennserie Formula E genutzt und soll noch in diesem Jahr in mehreren Fahrzeugen gehobener Segmente auf den Markt kommen.

„Es zeichnet sich ab, dass sich bei künftigen Premiumfahrzeugen oder Sport-Stromern die 800-Volt-Architektur etabliert, wohingegen im Volumenmarkt weiterhin die 400-Volt-Architektur Standard bleibt“, sagt Bert Hellwig, bei ZF verantwortlich für die Systementwicklung elektrischer Antriebe. „Für 400-Volt-Anwendungen liefern wir bereits seit Jahren Serientechnologie, für 800-Volt-Anwendungen bereiten wir nun den Serienstart für dieses Jahr vor. Derzeit arbeiten wir am Serienstart für mehrere 800-Volt-Projekte“, sagt Hellwig. Für mehrere Modelle eines chinesischen Herstellers liefere ZF den kompletten elektrischen Antriebsstrang inklusive Leistungselektronik. Und für einen europäischen Sportwagenhersteller steuere ZF die Leistungselektronik für eine Hochvolt-Anwendung bei. Weitere Serienanläufe zeichnen sich laut Pressemeldung bereits ab.

Hochvoltbooster ermöglicht schnelles Laden von 800-V-Fahrzeugen auch an 400-V-Ladesäulen

Die Infrastruktur an 400-V-Ladesäulen wurde in Europa massiv ausgebaut. 800-V-Fahrzeuge gehen dabei jedoch leer aus, denn so ohne Weiteres lässt sich ihre Batterie nicht an 400-V-Ladesäulen auftanken. Anders wird dies mit einem speziell dafür entwickelten Hochvoltbooster, mit dem sich die Fahrzeugbatterie in etwas mehr als 35 Minuten von fünf Prozent auf bis zu 80 Prozent aufladen lässt.

Warum es die 800 Volt für E-Autos braucht

Bei der Anwenderfreundlichkeit von E-Fahrzeugen spielt die Ladezeit eine wichtige Rolle. Sollen Elektroautos langstreckentauglich werden, muss die Batterie innerhalb einer Stunde wieder nahezu vollständig geladen sein. Das Grundsatzproblem beim Schnellladen: Fließen höhere Ströme, müssen dickere Kabel verwendet oder besser gekühlt werden, weil sich mehr Wärme entwickelt. Dadurch steigen Fahrzeuggewicht und Komplexität der Lade-Infrastruktur – es sei denn, die Bordnetz-Architektur ist bereits von vornherein auf höhere Leistung ausgelegt. Daher planen viele Automobilhersteller kommende Serienfahrzeuge mit der höheren Spannung von 800 Volt.

Bauteile aus Siliziumcarbid statt Silizium-Transistoren

ZF setzt dabei erstmals in der Serie auf eine neue Technologie für die in den Leistungselektroniken verbauten Chips: Statt Silizium-Transistoren kommen Bauteile aus Siliziumcarbid zum Einsatz. So lassen sich die internen Schaltverluste bei Leistungselektroniken nochmals senken. Weil die Leistungselektronik beim elektrischen Fahren und Rekuperieren einen hohen Energiedurchsatz hat, steigt der Wirkungsgrad des gesamten elektrischen Antriebsstrangs – und mithin die Reichweite. ZF hat Siliziumcarbid-Leistungselektroniken erstmals in der Formel E eingesetzt.

SiC im Automobil auf dem Vormarsch

Größere Schaltleistungen, höhere Spannungen, wenig Platzbedarf, geringes Gewicht, hoher Wirkungsgrad: E-Autos stellen hohe Anforderungen an die Leistungselektronik. Kein Wunder also, dass sich Komponenten auf SiC-Basis immer stärker durchsetzen, wie dieser Beitrag zeigt.

„Der Hauptvorteil der Siliziumkarbid-Technologie ist die hohe Leistungsdichte. Damit erfordert sie einen viel kleineren Bauraum als Lösungen mit konventionellen Silizium-Halbleitern und bietet der neuen Fahrzeuggeneration einen echten Vorteil,“ erklärt Christian André, Chairman von Rohm Semiconductor Europe im Interview. Sein Statement: SiC löst viele Probleme.

(ml)

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