Ziel Deutschlands und der gesamten EU ist es, die CO2 Belastung zu reduzieren. Doch um dahin zu kommen, werden unterschiedliche Strategien verfolgt. Technologieoffenheit ist eines der großen Schlagwörter. Denn eines müssen wie bedenken: Sich auf eine Technik zu fokussieren, führt in die Sackgasse, meint luckx – das magazin.

Mobilitätswende?

Auch wenn so mancher Umweltschützer oder Umweltschutzorganisationen am liebsten die Veränderungen mit der Brechstange durchsetzen und sofortige Tatsachen schaffen wollen, wird das nicht gelingen. Das beste Beispiel ist der Autoverkehr. Bei 360 Millionen Fahrzeuge in der EU und einem idealen Fahrzeugausstoß von 15 Millionen E-Fahrzeugen pro Jahr, benötigen wir mehr als 20 Jahre, um alles umzustellen. Die EU-Bürger müssen davon begeistert sein, dass die neuen Fahrzeuge genauso komfortabel zu handhaben sind, wie ihre bisherigen. Das betrifft auch den Fahrzeugpreis sowie die Energieversorgung. Wenn Autofahrer das Gefühl haben, „über den Tisch gezogen zu werden“, wird weiterhin der genauso umweltfreundliche Diesel in der Garage stehen. Wenn durch elektrisch betriebenen Autos, Boote und Flugzeuge der CO2-Fußabdruck unserer Transportsysteme in den kommenden Jahren deutlich verringert werden soll, müssen also die Voraussetzungen geschaffen werden. So müssen die Reichweiten und Ladegeschwindigkeiten der Akkus Spitzenwerte erreichen, die nur mit hohen Spannungen und Stromstärken zu erzielen sind. Die höhere elektrische Leistung bringt konventionelle Regeltechnik aber rasch an ihre Grenzen.

E-Autos mit 1000 km Reichweite, in 10 Minuten geladen?

So bleibt es vorerst wohl ein Traum, Elektroautos in zehn Minuten vollständig zu laden und damit eine Reichweite von 1000 Kilometer Reichweite zu erzielen. Oder gibt es schon Technologien, die das leisten können? Moderne Akkus, Schnell-Ladestationen mit entsprechender Leistung und effiziente Elektronik auf Halbleiterbasis, um die hohen Spannungen und Stromstärken zu managen, haben in den vergangenen Jahren dafür gesorgt, dass Elektroautos auch in Sachen Reisekomfort immer konkurrenzfähiger geworden sind. Um hier weitere Verbesserungen zu erzielen, sind allerdings grundlegende Veränderungen an der Leistungselektronik erforderlich. „Der Wechselstrom aus dem Netz wird mit Umrichtern in Gleichstrom verwandelt, der in den Akkus gespeichert werden kann. Je höher die elektrische Leistung ist, die das System aufnehmen kann, desto schneller kann ich ein E-Auto laden. Das erfordert aber Leistungselektronik, die mit hohen Stromstärken und Spannungen umgehen kann. Derzeitige Umrichter nutzen Halbleiterschaltungen, die mit Drahtbonding-Technologie angeschlossen werden, deren Lebensdauer sinkt, wenn die geforderten Leistungen weiter steigen. Wir haben Lösungen entwickelt, die es den Automobilherstellern erlauben, die nächsten Generationen ihrer Schnell-Ladetechnologien zu verwirklichen“, sagt AT&S-CTO Peter Griehsnig.

Leichter, widerstandsfähiger und grüner

So kombinieren die Österreicher alternative Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid mit innovativer Power-Embedding-Technologie, um Schalter für Umrichter zu produzieren, die kleiner, langlebiger und effizienter sind als bestehende Modelle. „Unsere eingebetteten Halbleiterchips vertragen bis zu 1500 Volt und bis zu 200 Ampere. Umrichter mit unserer Embedding-Technologie brauchen weniger Platz, sparen Gewicht und sind flexibel im Design“, erklärt Mike Morianz, Program Manager bei AT&S. Module mit Halbleitern aus Galliumnitrid und Siliziumkarbid werden derzeit mit Drahtbonding-Technologie hergestellt. AT&S schafft es mit seinem Power Embedding, mehrere Halbleiterchips parallel mit Microvia-Verbindungstechnologie und Sinterlaminierung nach vorgegebenen Designs einzubetten. „Dadurch lassen sich Effizienz und Zuverlässigkeit deutlich steigern. Die Verluste sind geringer, die Lösung nimmt nur halb so viel Platz in Anspruch und überdauert im Vergleich zu herkömmlicher Technologie zehnmal so viele Schaltzyklen“, sagt Morianz.

Nicht nur in Elektroautos werden Reichweite und Schnell-Ladetechniken immer wichtiger. In Skandinavien werden derzeit bereits akkubetriebene Fähren getestet, die innerhalb der kurzen Anlegezeiten in nur wenigen Minuten geladen werden können. Auch in diesem Bereich kann AT&S Partnern helfen, die Verkehrs- und Transportinfrastruktur von morgen langlebiger und nachhaltiger zu gestalten.