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ePowerSysRealisierung eines Traktions-DC/DC-Wandlers für

BZ-Systeme

Berlin I 2.6.2015Dipl.-Ing. Peter FeuerstackRobert Bosch GmbH I Teamleitung Vorentwicklung

Überblick

● Projekt ePowerSys ● Fördersumme: 6,2 Mio. €● Laufzeit: 2011 - 2015● Partner: Bosch, Daimler, Sumida

2.6.2015 Peter Feuerstack, RB Teamleitung Vorentwicklung

Entwicklungsgeschichte Wasserstoff / BrennstoffzellenWasserstoff-/ Brennstoffzellen-technologie im Unternehmen

● Bosch: Vorentwicklungsprojekte im Geschäftsbereich seit 2001● Ab 2008 erste Projekte zur Vorbereitung von Erzeugnissen in● Ab 2008 erste Projekte zur Vorbereitung von Erzeugnissen in

Kleinserien mit Unterstützung der NOW● Verwertung der Ergebnisse über die Bosch Engineering Group g g g g p

(Bosch Tochter) in Spezialanwendungen und Kundenprojekten● Daimler arbeitet seit 1994 an der Brennstoffzellentechnologie ● 2011 wurde im Rahmen des F-Cell

World Drive die Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellenfahrzeugen durch eineBrennstoffzellenfahrzeugen durch eine Weltumrundung demonstriert

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ePowerSys: Ziele

● Kostengünstiges Konzept für Hochvolt-DC/DC-Konverter in Elektro- / Brennstoffzellenfahrzeugen

• Modular Synergienutzen mit anderen Fahrzeugtopologien• Skalierbar in Stromtragfähigkeit / Leistung

● Referenz für zukünftige Entwicklungen nach Automotive● Referenz für zukünftige Entwicklungen nach Automotive-Anforderungen ● Identifizierung der technischen Knackpunkte und Erprobung möglicher g p p g g

Lösungswege, mit den Zielen ● Technologischer Vorreiter zu bleiben und

B hl i t P d kt E t i kl h M ktb d f● Beschleunigte Produkt-Entwicklung nach Marktbedarf

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Realisierung eines DC/DC-W dl fü BZ S tWandlers für BZ-Systeme

HVFC-System FCC*

M

E-Drive

=~

HV-Loads

etrie

be

Stack

y

==

==HV-Batterie

~~ Ge

==

HV-Netz(U-ZK)HBC*

LV-Netz (14V)ControlControlUnitUnitUnit

(Tatsächliche Topologie fahrzeugabhängig)

* HBC = HV-Battery-DC/DC-Converter; FCC = Fuell-Cell-DC/DC-Converter

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DC/DC-Wandlers für BZ-Systeme: Historie LeistungselektronikHistorie Leistungselektronik

CON4 STEP 1 STEP 2Triport DC/DC DC/DC Wandler DC/DC Wandler

ePowerSys

Triport-DC/DC-Wandler

DC/DC-Wandler DC/DC-Wandler

HBC +/-48KW FCC 75KW

HBC +/-90KW HBC +/-42KW

2008-2011 2011-2012 2013-2015

2.6.2015

HBC = Highvoltage Battery Converter

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Ergebnis: Traktions-DC/DC-W dl STEP2Wandler STEP2

Technik Leistung bis 42 kW (Dauer) Skalierbar durch Parallelschaltung Wirkungsgrad bis 98% Wirkungsgrad bis 98% 72 KHz PWM-Frequenz Batteriespannung 80V - 420V Zwischenkreisspannung 250V - 450V

U b t t 25 85°C Umgebungstemperatur -25 … 85°C

Status 10 Muster aufgebaut.10 Muster aufgebaut. Ziel-Strom 200A erreicht Derzeit Erprobung bei Daimler

Inpu

t

Out

put

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Ergebnis: Kompakt-Drossel für W dl STEP 2Wandler STEP 2

Induktive Bauelemente sind Schlüsselkomponenten in leistungselektronischen Systemen Erreichtes Ziel: Halbierung von Volumen und Gewicht, durch Neue Ferritwerkstoffe mit höchster magnetischer Aussteuerbarkeit

M ti h V

½ Magnetische Vorspannung Wickeldesign für automatische Fertigung Integriertes Entwärmungskonzept Neue Schaltungstopologie Neue Schaltungstopologie

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Zusammenfassung / Ausblick

● Grundlage für spätere Serienentwicklung von Automotive BZ-DC/DC-Wandlern geschaffen und prototypisch validiert

● Durch Modularität auch in anderen Fahrzeugtopologien einsetzbar● Durch Modularität auch in anderen Fahrzeugtopologien einsetzbar● Aktuell: Vorarbeiten für den Einsatz von Wide Band Gap Halbleitern

• Höherer Effizienz • Kompaktere Bauform

● Synergiebetrachtungen zur Invertertechnik Leistungselektronik-Baukasten“ „Leistungselektronik Baukasten

● Zukünftiges Engagement: marktabhängig

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