PowerizeD
Digitalization of Power Electronic Applications within Key Technology Value Chains
Das europäische Projektkonsortium PowerizeD, bestehend aus 62 Partner von 13 europäischen Ländern, verfolgt das Ziel bahnbrechende Technologien für digitalisierte und intelligente Leistungselektronik für nachhaltige und resiliente Energieerzeugung, -übertragung und -anwendung zu entwickeln. Dabei steht die Reduzierung der Verlustleistung und Chipgröße bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer im Fokus. Mit der Entwicklung von digitalen Zwillingen sollen leistungselektronische Geräte in Echtzeit digital überwacht und geregelt werden können und somit ein robuster und zuverlässiger Betreib sichergestellt werden.
Um die gemeinsame Nutzung von Daten entlang der Wertschöpfungskette zu erleichtern, setzt PowerizeD den neuartigen Ansatz des Federated Learning ein. Diese kollaborative Optimierung von spezifischen kompakten Modellen und neuronalen Netze bietet einen methodischen Ansatz für eine verschlüsselte Übertragung vertraulicher und geschützter Daten.
Der Lehrstuhl für Energiewandlung leitet kompakte digitale Zwillinge von SiC MOSFETs sowohl für den elektrothermischen als auch den thermomechanischen Bereich ab, um leistungselektronische Geräte in Echtzeit digital zu überwachen und zu regeln. Dabei wird eine verkürzte Entwicklungzeit und die Implementierungsmöglichkeit von Prognostic Health Management (PHM)-Funktionen, die während des Betrieb eine Bewertung des Arbeitspunktes bezüglich der Safe Operating Area (SOA) und eine Steigerung der Komponentenausnutzung ermöglichen, angestrebt.
Es werden intelligente Treiberkonzepte für SiC MOSFET-Bauelemente, im Spannungsbereich von 600V bis 6500V untersucht und in relevanten Anwendungsbereichen wie z.B. Fuel-Cell Electric Vehicle (FCEV) Inverter eingesetzt. Eine am Gatetreiber angesiedelte, fortschrittliche Messtechnik liefert weitere Informationen für den digitalen Zwilling.
Zusätzlich werden sicherheitsrelevante Lötverbindungen im Antriebsumrichter betrachtet, beispielsweise die zu der Zwischenkreiskapazität. Die hier wirkenden mechanischen Wechselbelastungen können mit der Zeit zur Rissbildung und zum Ausfall führen. Eine geeignete Betriebsführung unter Zuhilfenahme von PHM-Funktionen kann auch hierbei das Potential des Systems besser ausnutzen. Dafür werden geeignete thermische Spektroskopieverfahren erarbeitet.
- Numerische dreidimensionale elektrothermische Simulation von SiC-basierten Leistungshalbleitern
- Ableitung von digitalen Zwillingen basierend auf detaillierten physikalischen Modellen
- Entwicklung von Gate-Treibern mit fortschrittlicher Messfunktionalität für SiC MOSFETs
- Hardware- und softwarezentrierte Regelung der Leistungselektronik
- Aktor-/Sensor-Schaltungen für die transiente thermische Spektroskopie von Leistungsmodulbaugruppen
Das Projekt wird durch Chips Joint Undertaking (Chips JU), einer öffentlich-privaten Partnerschaft in Zusammenarbeit mit dem HORIZON-Rahmenprogramm und den nationalen Behörden Deutschlands, Belgiens, Spaniens, Schwedens, der Niederlande, Österreichs, Italiens, Griechenlands, Lettlands, Finnlands, Ungarns, Rumäniens und der Schweiz, unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101096387 gefördert, kofinanziert von der Europäischen Union.
