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Forschung am Elektrotechnischen Institut

Das Elektrotechnische Institut (ETI) gehört zur Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik innerhalb des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und besteht aus drei Professuren.

Elektrische Antriebe und Leistungselektronik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Braun

Bild_Leistungselektronik

 

Forschungsschwerpunkte

Elektrische Antriebe 

  • Modellierung elektrischer Maschinen
  • Feldorientierte Steuerung und Regelung elektrischer Maschinen
  • Umrichterspeisung elektrischer Maschinen
  • Regelung elektrischer Maschinen in Drehmoment, Drehzahl und Winkel

Leistungselektronik 

  • Neue Schaltungskonzepte: Multilevel-Umrichter, Matrixumrichter
  • Neue Leistungshalbleiterbauelemente
  • Neue passive Bauelemente

Stromrichtersysteme 

  • Regenerative Energien: Umrichter für Solar- und Windenergie
  • Netzfreundliche Einspeisung mit PFC (= Power Factor Controller) und AFE (= Active Front End)
  • Leistungselektronik für Fahrzeuge
  • Energieversorgung und Verteilung

Mechatronik 

  • Integration von elektrischen und mechanischen Systemen

 

Projekte

Eine Auswahl laufender und abgeschlossener Projekte finden Sie unter: Projekte

Hybridelektrische Fahrzeuge

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Doppelbauer

Elektromotoren sind seit 150 Jahren bekannt und seit über 100 Jahren für den Industrieeinsatz in Serienproduktion. Die Anforderungen an Motoren und Leistungselektronik für die Automobilindustrie unterscheiden sich jedoch wesentlich von denen, die ein Industrieantrieb erfüllen muss. Die optimierte Auslegung des elektrischen Antriebsstranges kann deshalb nur im interdisziplinären Gesamtkontext erfolgen.

Forschungsgruppen

Die Forschungsarbeiten gliedern deshalb in mehrere Bereiche:

Struktogramm_HEV

 

Für die Anwendung im Kraftfahrzeug ist das Thema Leistungsdichte stark in den Fokus gerückt. Diese lässt sich unter anderem durch höhere Drehzahlen, verbesserte Kühl- und Leichtbaukonzepte erreichen. Daneben wird auch der Einsatz neuartiger SMC-Materialien, alternative Rotorkonzepte mit niedrigem Trägheitsmoment und die Integration der Leistungselektronik in den Elektromotor untersucht.

Weitere Informationen befinden sich auf dem Projektblatt.

Durch den starken Innovationscharakter der Elektro- und Hybridfahrzeuge ist die Frage der optimalen Antriebstopologie für die jeweilige Anwendung nicht endgültig beantwortet. Lösungsansätze dieser Problemstellung liegen in der simulationsbasierten Optimierung. Diese erfordert die Modellierung des gesamten Antriebsstrangs von der Batterie bis zum Rad.

Weitere Informationen befinden sich auf dem Projektblatt.

Durch die Kopplung bekannter analytischer Berechnungsverfahren mit FEM-gestützten Tools können anwendungsspezifisch Parameter und die Motorgeometrie optimiert werden. Durch diese Methodik kann der Gesamtwirkungsgrad des Motors aber auch sein dynamisches Verhalten hinsichtlich der Geräusch- und Vibrationsentwicklung verbessert werden.

Weitere Informationen befinden sich auf dem Projektblatt.

 

 

 

Prototypenbau und Prüfung

Pruefstand_HEVZur Charakterisierung von Prototypen sowie zur Parametrierung und Validierung von Simulationen stehen zwei Prüfstände zur Verfügung. Sie decken mit 145 kW bzw. 215 kW, sowie Drehzahlen bis 18.000 U/min bzw. 15.000 U/min und Drehmomenten von 270 Nm bzw. 540 Nm den Leistungsbereich von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ab. Neben der Untersuchung der Dynamik von Elektromotoren können Analysen basierend auf realen Belastungsszenarien durchgeführt werden.

 

Mehr Informationen über die Kompetenzen und Ausstattung des Elektrotechnischen Instituts finden Sie hier.

Projekte

Eine Auswahl laufender und abgeschlossener Projekte finden Sie unter: Projekte

Leistungselektronische Systeme

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Marc Hiller

Zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Verbesserung der Betriebsführung werden elektrische Antriebe zunehmend drehzahlvariabel ausgeführt – ein anhaltender Trend, der maßgeblich durch die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Leistungshalbleiter unterstützt wird. Aber auch aus Anwendungen in der Energieerzeugung und –verteilung sind leistungselektronische Stellglieder mit ihren vielseitigen Möglichkeiten bei der Umformung elektrischer Energie mittlerweile nicht mehr weg zu denken. Beispiele sind Umrichter für die Einspeisung regenerativ erzeugter Energie aus Wind und Sonne in das Stromnetz oder die Übertragung großer Mengen elektrischer Energie über weite Strecken mit Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.

Dabei werden die Anforderungen an Motoren und Leistungselektronik in der Energie- und Antriebstechnik immer anspruchsvoller. Steigende Anforderungen hinsichtlich Leistungsdichte, Funktionalität und nicht zuletzt Energieeffizienz sind dafür verantwortlich. Die optimierte Auslegung eines gesamten Energie- oder Antriebssystems kann deshalb nur im interdisziplinären Gesamtkontext erfolgen. Dies umfasst die einzelnen Systemkomponenten (Energiespeicher, Leistungshalbleiter, Kühlung, elektrische Maschine, Getriebe etc.) und deren Optimierung hinsichtlich Gewicht, Wirkungsgrad, Kosten sowie die für eine optimale Performance erforderlichen Betriebsstrategien und Regelungsalgorithmen. Dabei erfordern neue Anwendungen oder veränderte Anforderungen oft auch völlig neue Lösungsansätze, die mit der am ETI vorhandenen Infrastruktur hinsichtlich Modellierung, Simulation und Validierung an Prototypen umfassend untersucht werden können.

Kompetenzen

  • Umrichterauslegung/-berechnung
  • Elektrische und Thermische Simulation
  • Qualifikation LV/MV-Leistungshalbleiter
  • Schaltungsentwicklung (Leistungs/Signalelektronik)
  • Regelungsverfahren (Netz- und Motorapplikationen)
  • Prototypen: Konstruktion, Bau, Prüfung
  • Prüfstandsbau

Mehr Informationen über die Kompetenzen und Ausstattung des Elektrotechnischen Instituts finden Sie hier.

Projekte

Eine Auswahl laufender und abgeschlossener Projekte finden Sie unter: Projekte