Elektromobilität: Wir bewegen (uns in) die Zukunft

Wir sagen oft, die Welt sei ein Dorf. Tatsächlich ist der Lebensraum der Zukunft eine Stadt. Schon heute leben über 50 Prozent der Weltbevölkerung in urbanisierten Strukturen. Entsprechend hoch ist das Verkehrsaufkommen. Zukunftsfähige Mobilität gilt als eine der zentralen Herausforderungen der Gegenwart, nicht zuletzt weil die Wucht der Urbanisierung zunimmt: 2100 werden 75-80 Prozent der Menschheit in Städten leben – und mobil sein.

Elektromobilität

Wir bewegen (uns in) die Zukunft

Hybrid- und Elektrofahrzeugen kommt in der Gestaltung nachhaltiger Mobilität eine Schlüsselrolle zu, denn ihre energieeffizienten Antriebe bieten gegenüber Fahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren einen entscheidenden Vorteil: Sie ermöglichen die effektive Senkung des verkehrsbedingten Kohlendioxidausstoßes.

Neue Trends bei Fahrerassistenzsystemen und die Vernetzung mit dem Internet der Dinge geben der Weiterentwicklung der Elektromobilität der Zukunft einen kraftvollen Schub. Dabei lockt die Automobilindustrie vor allem der Blick in die Zukunft: Der Marktanteil neu erworbener Elektrofahrzeuge soll, laut McKinsey, bis 2030 auf 50 Prozent steigen.

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Haupt-Wechselrichter

Diese Schlüsselkomponente im Antriebsstrang von E-Autos steuert den Energiefluss zwischen Batterie und Motor. Die Leistungsstufe des Wechselrichters soll Verluste minimieren und den thermischen Wirkungsgrad maximieren. Auch auf die Reichweite hat seine Effizienz direkten Einfluss: Er leitet rückgewonnene Bremsenergie in die Batterie zurück.

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Gleichstromwandler

Elektronische Komponenten in E-Autos benötigen unterschiedliche Spannungspegel. Ein Gleichstromwandler verbindet die Hochspannungsbatterie mit dem Spannungspegel des 12V-Stromversorgungssystems. Entwickler versuchen, die Effizienz des Wandlers zu erhöhen und gleichzeitig seinen Platzbedarf zu senken.

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Inverter und Konverter für Hilfssysteme

In Elektroautos sind Klimaanlage, elektronische Servolenkung, PTC-Heizer, Öl- und Kühlpumpen etc. elektrifiziert und in das Energiesystem integriert. Doch benötigen diese Hilfssysteme wertvolle Energie aus der Hochspannungsbatterie. Entwickler wollen mit Power-On-Demand-Lösungen Hilfssysteme energieeffizienter machen.

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On-Board-Ladegerät

Im E-Auto versorgt die Batterie alle elektronischen Systeme mit Strom. Mit einem On-Board-Ladegerät kann der Fahrer die Batterie an herkömmlichen Steckdosen aufladen. Von Land zu Land aber unterscheiden sich Spannungs- und Strompegel. Darum streben Entwickler höhere Design-Flexibilität und Leistungsdichte in Ladegeräten mit kleinem Formfaktor an.

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Elektrische Antriebstechniken

Zu den zentralen Komponenten eines elektrischen Antriebs gehört der Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter, auch Umrichter genannt. Er sorgt für die effiziente Umwandlung der hohen Spannung der Batterie (100-400 Volt oder mehr) in die deutlich niedrigere Spannung (12 oder ggfs. 48 Volt) für elektronische Bauteile. Infineon bietet Umrichter in allen Stromstärke- und Spannungskategorien an, darunter auch die Baureihen CoolMOS™ für Hochspannung und OptiMOS™ für Niedrigspannung.

Unsere HybridPACK™ Modul Famile ermöglicht einen einfachen Übergang über alle Leistungsklassen, von Hybrid bis hin zu rein elektrischen Fahrzeugen.

Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter, sogenannte Inverter, treiben nicht nur den elektrischen Motor an; sie gewinnen auch Energie, beispielsweise aus dem Bremsvorgang, und führen sie in die Batterie zurück. Sie konvertieren den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den elektrischen Antrieb der Motorwindungen. Je effektiver diese Umwandlung, desto länger fährt das Elektroauto mit einer "Tankfüllung" Batteriestrom.

Informationen über Haupt-Wechselrichter

Aufladevorgang für elektrischen Antrieb

Zum Aufladen der Batterie benötigt ein Elektroauto ein Ladegerät. Verfügt es über ein bordeigenes Ladegerät kann man die Batterie mithilfe einer Standard-Steckdose bequem zuhause aufladen. Aber das Laden über das örtliche Stromnetz erfordert eine flexible Schaltstruktur; schließlich muss das Ladegerät unterschiedliche Spannungshöhen und Stromstärken in verschiedenen Ländern bewältigen können. Da Ladezeiten für die meisten Autofahrer mit elektrischem Antrieb ein sehr wichtiges Thema sind, muss das bordeigene Ladegerät ausgesprochen effizient sein, sprich: möglichst klein und leicht. Auf lange Sicht geht der Trend bei Ladegeräten hin zu bidirektionalen Funktionen. Das heißt, Strom wird nicht nur aus dem Stromnetz bezogen, sondern überschüssige Energie wird wieder in das Stromnetz zurückspeist.


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Andere elektrifizierte Systeme

Effizienz von elektrischen Fahrzeugen lässt sich steigern, wenn die Batterie nur bei konkretem Strombedarf Energie zur Verfügung stellt. Besonders wichtig ist diese Funktion für die zahlreichen zusätzlichen Systeme im Fahrzeug, wie Klimaanlage, Lenkung, Ölpumpe oder Kühlung. Denn sie laufen in reinen oder hybriden Elektrofahrzeugen mit Strom, den sie – wie den elektrischen Antrieb – von der Hochspannungsbatterie beziehen. Nicht zuletzt deshalb ist es notwendig, den Elektroantrieb dieser Aggregate so effizient wie möglich
zu konstruieren. Immerhin zehren ihre Energieverluste an der Batterie, tragen aber nicht zum Antrieb der Aggregate bei.

Mehr Informationenn über Wechselrichter für Nebenaggregate

Elektrische Lösungen für Nutzfahrzeuge

Es existiert eine wachsende Anzahl von Möglichkeiten für die Elektrifizierung von Antriebssträngen und Hilfsaggregaten im Bereich Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen. Ein Elektroantrieb besteht aus weniger Teilen, insbesondere beweglichen, was zu weniger Ausfällen und Wartungsarbeit beiträgt. Mit einem Elektro- statt Hydraulikantrieb lässt sich die Produktivität von Zusatzaggregaten wie Sägen, Ballenpressen und Mähmaschinen durch höhere Prozessgeschwindigkeit und -genauigkeit steigern.

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Herausforderungen

Innovationstreiber in einem spannenden Markt

Vielversprechenden Prognosen zum Trotz steckt die Elektromobilität der Zukunft noch in den Kinderschuhen: nicht nur was den bislang niedrigen Marktanteil angeht, sondern auch in technischer Hinsicht. Elektromobilität wird ihrer Rolle als Hoffnungsträger nur gerecht, wenn die Anschaffungskosten für Fahrzeuge und Batterien sinken, Ladenetze wachsen, aber auch intelligenter werden und E-Autos marktreife Energieeffizienz erreichen.

Als wichtigster Innovationstreiber im Segment Hybrid- und Elektrofahrzeuge bietet Infineon kreative und leistungsfähige Halbleiterlösungen, die der Entwicklung nachhaltiger Applikationen in der Elektromobilität entscheidende Impulse geben. In den Segmenten elektrischer Antrieb, Aufladevorgang, Batteriemanagment und andere elektrifizierte Systeme im Fahrzeug bietet Infineon zukunftsfähige Lösungen für Start-Stopp-Automatik, Mild- und Plugin-Hybridfahrzeuge sowie für reine Elektrofahrzeuge.

Infineon bietet für die unterschiedlichen Systeme eine Vielzahl an Leistungshalbleiter-komponenten an, die die Kosten für Antrieb und Elektronik senken und die Energieeffizienz des Gesamtsystems erhöhen. Innovationen wie das aktive Batterie-Balancing steigern schon heute Kapazität, Reichweite und Lebensdauer von Batterien um mehr als 10 % erhöhen.

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Elektromobilität: Förderung für mehr E-Autos auf Europas Straßen

Drei EU-Forschungsprojekte wollen Elektromobilität günstiger, effizienter und zuverlässiger machen. Unter der Leitung von Infineon erarbeiten die Forschungsprojekte 3Ccar, OSEM-EV und SilverStream Lösungen, um die Reichweite von E-Autos um ein Fünftel zu erhöhen und ihre Anschaffungskosten um ein Viertel zu senken.

Im Fokus des Projekts „Integrated Components for Complexity Control“ (3Ccar) beispielsweise steht die stetig wachsende Fahrzeugkomplexität. In E-Autos stecken rund 50 Prozent mehr elektronische Bauteile und Halbleiter als in konventionellen Fahrzeugen; zudem sind sie komplexer und ihre Betriebszeit ist höher. Das Projekt will die Zuverlässigkeit der zunehmend komplexeren E-Autosysteme weiter erhöhen.

Die bis 2018 laufenden Projekte zur Förderung der Elektromobilität werden Europa als Standort für die Entwicklung und Fertigung von Elektrofahrzeugen weiter stärken

Beteiligte Projektpartner:
48 Partner aus 14 Ländern, darunter die Unternehmen Infineon Technologies AG, ST Micro, NXP, OKMETIC and ON

Lesen Sie, wie die Partner Elektromobilität vorantreiben

Leistungsstarke Elektroantriebe aus dem Baukasten

Um Antriebslösungen, die E-Autos leistungsstärker und attraktiver machen, geht es im Forschungsprojekt HV-ModAL. Bis 2018 soll zur Förderung der Elektromobilität ein Baukastensystem entstehen, das sich für die Antriebe unterschiedlicher Hersteller eignet und die gesamte automobile Wertschöpfungskette berücksichtigt.

Unter der Projektleitung von Infineon erforschen zehn Partner unter anderem IGBT-Leistungsmodule für hohe Antriebsleistungen von bis zu 250 kW und hohe Spannungen von bis zu 900 Volt, modulare Multi-Level-DC/DC-Wandler, Batterien mit integriertem DC/DC-Wandler und Systemkomponenten für Batterien mit mehr als 600 Volt.

Die insgesamt zehn Partner aus Automobilbranche und Forschung wollen so gemeinsam die Weltmarktstellung der deutschen Automobilindustrie bei elektrifizierten Fahrzeugen – sowohl voll elektrische als auch hybride – weiter stärken.

Erfahren Sie mehr über die Vorgehensweise und Ziele des Forschungsprojekts

„Luftstrom“ macht das Laden schnell und leise

Zwölf Partner aus der deutschen Automobilbranche, deren Zulieferindustrie und der Wissenschaft wollen durch den Einsatz neuer Leistungshalbleiter das Laden verlustärmer gestalten. Erfreulicher Nebeneffekt: Es entsteht weniger Wärme, Lüfter springen seltener an und der Ladevorgang wird insgesamt leiser.

Das „Luftstrom“ genannte Projekt will erreichen, dass elektronische Leistungskomponenten die Verluste um ganze 30 Prozent senken. Dadurch werden Kühlaggregate kompakter, und Komponenten, wie etwa Hilfsspannungsversorgungen, könnten ganz ohne Wasserkühlung auskommen. Damit ebnen die Forschungsergebnisse den Weg für luftgekühlte, also lüfterlose Systeme für E-Autos künftiger Generationen.

Beteiligte Projektpartner:

AVL Software and Functions GmbH, BMW AG, Daimler AG, Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Infineon Technologies AG, Leibniz Universität Hannover, Lenze Drives GmbH, Robert Bosch GmbH, RWTH Aachen University, Siemens AG und Volkswagen AG

Lesen Sie, mit welchem Ansatz „Luftstrom“ seine Aufgabe lösen will

Lithium-Ionen-Batterien sicherer dank SafeBatt

Gemeinsam haben 15 Partner aus der deutschen Automobil- und Zulieferindustrie und der Wissenschaft drei Jahre lang erforscht, wie man die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge weiter verbessern kann. Im Mittelpunkt ihrer Forschung standen neue Materialien, Testmethoden und Halbleitersensoren für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien.


Ziel der Partner war es, mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) durch die Förderung von Elektromobilität die Umstellung auf eine klimafreundliche und kostengünstige Mobilität in Deutschland voranzutreiben und den Vorsprung zur internationalen Konkurrenz auszubauen.

SafeBatt gelang es, die Qualität und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge zu steigern. Dazu erforschte das Projekt, wie man die Zellchemie optimieren kann – insbesondere die von Kathodenmaterial und Elektrolyten – um die Eigensicherheit von Lithium-Ionen-Batteriezellen zu erhöhen.

Beteiligte Projektpartner:

BASF SE, BMW AG, Daimler AG, Deutsche ACCUmotive GmbH & Co.KG, ElringKlinger AG, Evonik Litarion GmbH, Infineon Technologies AG, Li-Tec Battery GmbH, SGS Germany GmbH, Volkswagen AG, Wacker Chemie AG, das Institut für Chemische Technologie ICT der Fraunhofer-Gesellschaft, die Technische Universität Braunschweig mit dem Institut für Partikeltechnik iPAT, die Technische Universität München mit dem Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik sowie die Universität Münster mit ihrem Batterieforschungszentrum MEET

Lesen Sie mehr über neue Sicherheitsstandards für Lithium-Ionen-Batterien

Videos (Englisch)

Research at Infineon

1:38

Reiner John about current projects and Infineon's way of doing research.

Semiconductors - Paving the way for e-mobility

2:08

Hans Adlkofer about what Infineon has to do with electromobility.

National Platform for E-Mobility

1:23

Joachim Weitzel about the National Platform for e-mobility, its goals and the role of Infineon.

E-Mobility: Latest research projects and an outlook

1:49

Reiner John about the goals of E3Car, why Infineon has an electric cart and gives an outlook on the next steps in research.

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