E-Mobilität: Innovationen dank Halbleitertechnik

Inhaltsverzeichnis

1. Antrieb: optimierte Inverter für mehr Reichweite
2. Zukunftshoffnung: Siliciumkarbid
3. Effizientes Batteriemanagement
4. Ladeinfrastruktur: schnelles Laden an E-Tankstellen
5. Trend Elektrofahrräder

Mehr als 600.000 Battery Electric Vehicles (BEV) sind derzeit etwa in Deutschland zugelassen, dazu kommen knapp 566.000 Fahrzeuge mit Plug-in-Hybrid-Antrieb (Stand 2022). Tendenz steigend. Für Automobilhersteller ist dieser Trend mit einem Auftrag verbunden, der da lautet: diese neue Art des Fahrens zu optimieren, weiterzuentwickeln und den Ansprüchen der Fahrerinnen und Fahrer anzupassen.

Die Entwicklungen im Sektor der Elektromobilität verlangen dabei vor allem eines: innovative Halbleitertechnik in höchster Qualität. Denn ob Motorleistung, Batteriemanagement oder Ladeinfrastruktur: ohne Halbleiter kein elektrischer Antrieb, keine E-Ladestationen und keine digitalen Gadgets. Warum Halbleitern in der E-Mobilität ein besonderer Stellenwert zukommt und was wir in diesem Sektor noch erwarten dürfen? Wir haben die wichtigsten Inhalte für Sie zusammengefasst.

Antrieb: optimierte Inverter für mehr Reichweite

Grundsätzlich brauchen Elektroautos mehr Halbleiter als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Der Grund: Der Halbleitertechnik kommt besonders beim Antrieb der Elektromodelle eine wichtige Bedeutung zu. Ob Mild-Hybrid-Modelle oder vollelektrische Fahrzeuge ist dabei ohne Belang.

Bei batteriebetriebenen Fahrzeugen hat der Antriebsumrichter, der sogenannte Inverter, eine Schlüsselrolle inne. Denn: Je effizienter der Umrichter, desto weniger Energieverlust auf dem Weg von der Batterie zum Motor. Und das wiederum bringt eine höhere Reichweite. Gerade hier werden in Zukunft die meisten Entwicklungen zu erwarten sein. Denn die Reichweite ist beim Kauf von E-Mobilen gemeinsam mit der Ladezeit und dem Preis des E-Autos ein wesentlicher kaufentscheidender Faktor.

Zukunftshoffnung: Siliciumkarbid

Teuer aber effektiv: Siliciumkarbid (SiC). In hochreines Silicium werden Kohlenstoff-Atome in die Kristallstruktur integriert, und das dadurch entstandene SiC kann wiederum für Halbleiterbauelemente verwendet werden. Das Ergebnis: spezielle SiC-Halbleiter-Chips, die bei der Verwendung in Elektroautos für mehr Reichweite und höhere Leistung sorgen.

Besonders in der Leistungselektronik verspricht man sich durch den Einsatz der ICs, dass bis zu 50 Prozent weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Das wiederum hat Einfluss auf die gesamte Elektronik: Durch derlei Innovationen kann sie effizienter arbeiten und spart dabei jede Menge Energie. Diese Überschüsse können vom Motor genutzt werden, um mehr Reichweite zu generieren.

Ein weiterer Bonus: Durch den geringeren Wärmeverlust der Chips und die Möglichkeit, sie auch bei deutlich höheren Betriebstemperaturen einzusetzen, kann bei den aufwendigen Kühlsystemen gespart werden. Und das wiederum hat Einfluss auf das Gewicht des E-Mobils – und schlussendlich auch auf den Preis des Fahrzeugs.

Effizientes Batteriemanagement

In puncto Reichweite ist neben dem Wirkungsgrad des Inverters auch die Kapazität der Batterie von entscheidender Bedeutung. Ein zuverlässiges Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und optimiert dabei die Batterie und ist für die Performance des E-Autos verantwortlich. Dazu braucht es qualitativ hochwertige Transistoren und Chipsets, die auch funktionale Sicherheit und Genauigkeit gewährleisten. Spezielle Halbleiterlösungen mit Power Management ICs, RTCs und Prozessoren mit Softwaretreibern sind dabei essenziell.

Gerade diese optimierten Halbleiterbauelemente werden in Zukunft die Herstellung von noch langlebigeren und leistungsstärkeren Batterien ermöglichen. Und damit wird das Fahren mit Elektroautos sicherlich noch attraktiver.

Ladeinfrastruktur: schnelles Laden an E-Tankstellen

Neben der Reichweite ist auch die Ladezeit der Elektroautos für Konsumenten ein kritisches Thema. Derzeit dauert das Betanken eines durchschnittlichen E-Mobils in etwa eine halbe Stunde − um 250 Kilometer Reichweite mit einer Ladung von etwa 100 kWh zu erzielen. Viele Elektrofahrzeuge benötigen aber immer noch länger, um ihre Batterien ausreichend zu laden – im Vergleich zum Volltanken eines Benzintanks für viele potenzielle Käufer zu lange. Gerade in diesem Punkt wollen Hersteller den Ansprüchen ihrer Kunden noch besser begegnen und setzen auf innovative Halbleitertechnologie. Für das Schnellladen wird dabei in Zukunft vor allem auf das direkte Laden über ein Off-Board-Ladesystem gesetzt werden.

Das Off-Board-Ladegerät wandelt den Wechselstrom bereits in Gleichstrom um und leitet ihn erst dann an das E-Auto. Die Batterie wird dadurch gleich direkt und ohne Zwischenschritt geladen. On-Board-Ladegeräte sind dagegen im Fahrzeug integriert und müssen den Wechselstrom aus der Steckdose in einem ersten Schritt in Gleichstrom umwandeln. Erst dann kann die Batterie mit Energie versorgt werden.

In der Weiterentwicklung effektiver Off-Board-Ladesysteme spielen SiC-Bauelemente eine wesentliche Rolle – wie speziell entwickelte SiC-Dioden, MOSFETs und diverse Leistungsmodule samt Gate-Treibern. Diese hochentwickelten Halbleiterbauteile helfen den Ladevorgang in Zukunft weiter zu optimieren, damit den Ansprüchen der Branche und von potenziellen Kunden begegnet werden kann. Die konkreten Ziele: schnelleres Laden, mehr Leistung und mehr Effizienz.

Trend Elektrofahrräder

Ein Trend, der sich in der E-Mobilität bereits breitenwirksam durchgesetzt hat: das E-Bike. Ob Motor, Akkus, Sensoren, Displays, Schaltungen: Auch Elektrofahrräder sind auf effiziente elektrische Bauteile angewiesen – und auf Halbleiterbauteile, die ein zuverlässiges und sicheres Fahren gewährleisten. Kunden sind begeistert. Und durch die Innovationen auf dem Gebiet der Halbleitertechnik dürfen wir uns auch in diesem Bereich in Zukunft auf noch effizientere Modelle freuen.

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