In unserer Forschungsgruppe Elektromobilität und Lernfähige Systeme (ELS) wurde ein Platinen-Prototyp mit der neuartigen PECIN-Schalterstruktur als Teil eines kompletten Prüfstandes fertiggestellt.
Der Aufbau des Multilevel-Inverter Prüfstandes dient der Evaluation von verschiedenen Schalterstrukturen, Systemkonzepten, wie z.B. optimale Stufenhöhe, und Ansteuerungsverfahren. Die verschiedenen Multilevel-Inverter sollen unter anderem hinsichtlich ihrer Systemeffizienz mit der eines konventionellen dreiphasigen Zweipunkt-Umrichters verglichen werden.
Der Schaltplan und das Layout der Platine wurden komplett hausintern entwickelt. Bei der Platine handelt es sich um eine Modulplatine, was es ermöglicht, 15 prismatische Lithium-Ionen Zellen je nach Anforderung an Strom und Spannung parallel oder seriell zu verschalten. Damit entstehen Spannungen pro Modulplatine von etwa 60 V. Eine serielle Verschaltung mehrerer Modulplatinen erlaubt eine höhere Systemspannung.
Pro Schalter der PECIN-Schalterstruktur werden drei Low-Voltage Power-MOSFETs parallelisiert. So kann der Drain-Source on-state Widerstand dramatisch reduziert werden. Um den Kupferwiderstand der Platine gering zu halten, werden abwechselnd Kupfer-Inlays mit einer Dicke von 1 mm und 2,5 mm verwendet. Damit werden elektrische Widerstände im Bereich weniger Hundert Mikro Ohm erreicht, wodurch laut FEM Simulation Hundert Ampere ohne aktive Kühlung möglich sind. Von jeder Zelle werden Spannung und Strom mit einer Frequenz von 1MHz erfasst und zentral verarbeitet.
Als einer der nächsten Schritte soll die Hardware in Betrieb genommen werden, um anschließend SPICE, Simulink und FEM Modelle auf Platinenebene zu validieren. Nach Fertigstellung der restlichen Komponenten des Prüfstandes sollen verschiedene Betriebsstrategien und Modulationsarten untersucht werden, um eine Aussage hinsichtlich optimales Systemdesign geben zu können.
