Keine halben Sachen
Toyota hat Halbleiter aus Siliziumkarbid entwickelt. In der Leistungselektronik sollen sie die Effizienz der Rekuperation verbessern und damit sie im E-Auto die Reichweite erhöhen sowie in Hybridmodellen den Kraftstoffverbrauch um bis zu zehn Prozent reduzieren
- Florian Pillau
Toyota City, 20. Mai 2014 – Elektrofahrzeuge und Hybridautos haben eins gemeinsam: Sie können die Bremsenergie zum Teil zurückgewinnen und im Akku speichern. Ohne diese Eigenschaft wäre der hohe technische Aufwand eines benzinelektrischen Fahrzeugs ja auch ziemlich übertrieben. Wie bei jeder Umwandlung von Bewegung in speicherbare Energie kommt es jedoch dabei zu relativ hohen Verlusten, die in Form von Wärme anfallen und mit großen Bauteilen, Lüftern und Kühlern abgeführt werden müssen. Hier liegt also noch Potenzial für Verbesserungen.
Toyota hat nun gemeinsam mit dem Zulieferer für Automobilelektronik und Automobilmechatronik Denso und seiner eigenen zentralen Forschungs- und Entwicklungsabteilung Halbleiter aus Siliziumkarbid entwickelt. In der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen können sie laut Toyota die Effizienz der Rekuperation deutlich verbessern und so die Reichweite erhöhen. Bei Hybridmodellen können sie dank dieser Eigenschaft den Kraftstoffverbrauch um bis zu zehn Prozent reduzieren.
Zehn Prozent geringerer Verbrauch
Zur Rekuperation der Bremsenergie wird die Erregerspannung in den Antriebsmotoren so gesteuert, dass sie Strom erzeugen, wenn sie das Fahrzeug verzögern. Man spricht deshalb auch von „Nutzbremse“. Die Leistungsregelung (PCU, „Power Control Unit“ oder Leistungsregelung) besteht aus einem Inverter und einem Konverter. Der Inverter hat dabei die Aufgabe, den Stromfluss von und zur E-Maschine zu steuern. Zur stufenlosen Regelung der Drehzahl des E-Motors beziehungsweise der Leistungsabgabe im Generatorbetrieb variiert der Konverter unter anderem auch die Höhe der Betriebsspannung.
Rund 25 Prozent der elektrischen Energie werden dabei in nutzlose Wärme umgewandelt, davon sind rund 20 Prozent allein auf die Halbleiter zurückzuführen. Ihre Effizienz wirkt sich in Hybridautos somit direkt auf den Kraftstoffverbrauch aus.
Mit den neu entwickelten Halbleitern aus Siliziumkarbid soll sich der Kraftstoffverbrauch von Hybridfahrzeugen um bis zu zehn Prozent gemäß dem japanischen Testzyklus JC08 des Ministeriums für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) reduzieren lassen. Dabei wird die Leistungsregelung künftig um bis zu 80 Prozent kleiner. Durch die verbesserte Effizienz wird weniger Abwärme frei. Laut Toyota können dadurch Kühler und Kondensator, die für 40 Prozent der Größe verantwortlich sind, deutlich verkleinert werden.