Effizienzuntersuchung einer weich- und hartschaltenden Konverterstruktur mit Siliziumkarbid-Halbleitern als DC/DC-Wandler für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Eine Möglichkeit der Effizienzsteigerung bei EV und HEV ist der Einsatz eines DC/DC-Wandlers, der zwischen der Traktionsbatterie und dem DC-Link eingesetzt wird und somit eine variable DC-Link Spannung gewährleistet, die der Motorenspannung angepasst wird.Dem Effizienzgewinn in den Antriebsumrichtern und den Motoren stehen jedoch die Verlustleistungen im DC/DC-Wandler entgegen, sodass das zusätzliche Stellglied hocheffizient arbeiten muss.Um eine hohe Effizienz zu erreichen, bietet sich der Einsatz von Halbleitern mit hohem Bandabstand, wie beispielsweise SiC an. Hiermit können höhere Effizienzen erreicht werden als mit konventionellen Si-Halbleitern. Neben dem Einsatz von SiC-Halbleitern spielt auch die Art der Regelung eine Rolle. So kann bei gleichem Hardwareaufbau durch den Einsatz des BCM im Vergleich zum CCM die Schaltfrequenz reduziert werden. Neben der geringeren Anzahl an Schaltvorgängen ist ein weiterer Vorteil das weiche Schalten der Transistoren, das ebenfalls zur Reduzierung der Schaltverluste beiträgt. Dem stehen jedoch erhöhte Leitverluste gegenüber, die durch den erhöhten Effektivstrom verursacht werden, welcher im BCM auftritt. Für den Einsatz von SiC-Halbleitern werden innerhalb dieser Arbeit die Regelmodi CCM und BCM miteinander verglichen.Mithilfe von Messungen sind die zuvor erstellten Berechnungen validiert worden, welche die beiden Modi über einen breiten Arbeitsbereich miteinander vergleichen.Die Ergebnisse zeigen, dass die optimale Betriebsstrategie vom Lastpunkt abhängig ist, sodass sich die höchsten Effizienzen durch einen Wechsel der Modi in Abhängigkeit des Lastpunktes einstellen. An option for increasing the efficiency in electrical powertrains is using a DC/DC-converter between the traction battery and the DC-Link to create the ideal operating point for the inverter and the electric machines. To increase the overall efficiency it is necessary to have a highly efficient DC/DC-converter.With the use of wide-bandgap semiconductors it is possible to decrease the losses in comparison to conventional silicon semiconductors. Furthermore the selection of the right controlling scheme plays a key part in increasing the efficiency.In this thesis the control modes CCM and BCM will be compared. The advantage of BCM are lower switching losses achieved by using fewer switching operations and soft switching of the semiconductors. On the other hand, the conduction losses increase because of the higher root mean square current.The measurements validate the simulation model which compares both modes in a wide operational range.The research results show that the optimum control mode is a function of the operating point. The highest efficiency can be achieved by combining both modes depending on the operating point.