NanoLink

Projekte

Entwicklung innovativer Produktionsprozesse zur Herstellung von NanoLam™- Kondensatoren – NanoLink

Motivation

Der Klimawandel zeigt seine Auswirkungen auf unsere Erde in immer stärkerem Maße, wie wir in nahezu täglichen Meldungen erfahren müssen. Das prioritäre globale Ziel unserer Zeit und zugleich eine immense Herausforderung ist die Senkung, besser die Vermeidung, von CO₂-Emissionen einhergehend mit der Entkopplung der Energiegewinnung von fossilen Energieträgern. Bis 2030 ist eine Reduktion der Treibhausgasemissionen auf 85 Mio. t CO₂-Äquivalent vorgeschrieben, wobei dies einer Senkung um mehr als 40 % gegenüber 2022 entspricht. Großes Potenzial ist dabei der Weiterentwicklung der Elektromobilität zuzuschreiben. Heutige Antriebe für Elektrofahrzeuge bestehen aus drei wesentlichen Systemkomponenten: einer energiespendenden, Gleichstrom liefernden Batterie (DC), einem Drehstrominverter und dem Drehstrom-Elektromotor (AC) als Antrieb. Um den Motor für den Fahrbetrieb mit hohem Wirkungsgrad, verzögerungsfrei und stufenlos ansteuern zu können, bedarf es einer PWM-gesteuerten Inverter-Leistungselektronik mit Schaltfrequenzen im kHz-Bereich. Um dabei den Problemen durch Schadinduktivitäten und induzierten Spannungsausschlägen sowie Blindströmen, welche die elektrischen Komponenten erheblich belasten und Energieverluste erhöhen, zu begegnen, werden sogenannte Zwischenkreiskondensatoren (engl. DC link capacitors) direkt vor dem Wechselrichter als Energiepuffer geschaltet. Ihnen kommt eine zentrale Bedeutung in der Systemtechnik des Elektroantriebs zu. Sie müssen in der Lage sein, einen wesentlichen Anteil des Energiebedarfs des Antriebsmotors für eine Zeitscheibe der PWM-Taktfrequenz zu speichern. Daher sind diese Kondensatoren das größte Einzelbauteil in einem modernen Inverter und dominieren somit sowohl Größe wie Gewicht eines Inverters. Darüber hinaus werden ähnliche Kondensatoren mit vergleichbaren Anforderungen auch in weiteren Komponenten wie DC-DC-Wandler, On-Board-Lader oder Nebenaggregaten verwendet.

Ziele

Das Projekt NanoLink adressiert die Erforschung und Entwicklung von innovativen Produktionsprozessen zur Herstellung wichtiger Schlüsselkomponenten für die zukünftige Elektromobilität wie Zwischenkreiskondensatoren auf Basis der neuartigen sogenannten NanoLam™-Technologie, die eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber derzeit eingesetzten Zwischenkreiskondensatortypen bieten und somit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung der Elektromobilität darstellt. Dazu werden duroplastische, dielektrische Systeme mit Schichtdicken im Submikrometerbereich verwendet, die sehr hohe Kapazitätsdichten ermöglichen. Zusammen mit verbesserten Übertragungseigenschaften für Strom und Wärme werden ultrakompakte Formfaktoren erreicht. Damit bietet diese Technologie große Potenziale bezüglich Bauvolumen- und Gewichtseinsparung. Durch diese hervorragenden technischen Eigenschaften und der wesentlich besseren Performance bieten NanoLam™-Kondensatoren z.B. neuartige Einsatzmöglichkeiten, bessere Betriebsregime, höhere Effizienz, größere Sicherheit sowie längere Lebensdauern im Bereich der Elektromobilität, welche mit der herkömmlichen Kondensatortechnik nicht zu erreichen sind. Obwohl das Konzept seine Vorteile und Fähigkeiten in zahlreichen Einsatzfällen bereits unter Beweis stellen konnte, ist der Herstellungsprozess von NanoLam™-Zwischenkreiskondensatoren derzeit noch sehr komplex, fehleranfällig, kostenintensiv und aktuell nur für die Fertigung von sehr geringen Stückzahlen geeignet. Die Erforschung und die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses sollen es ermöglichen, die von der Elektromobilitätsbranche benötigten, qualitativ hochwertigen NanoLam™-Kondensatoren in großem Maßstab, prozesssicher und zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen. Die Partner des NanoLink-Konsortiums bündeln dabei ihre umfangreichen Expertisen zu den notwendigen Forschungs- und Entwicklungsinhalten. Dieser interdisziplinäre Ansatz stellt sicher, dass die bestmöglichen Technologien und Verfahren in den später geplanten Produktionsprozess integriert werden, um die notwendige Qualität und Zuverlässigkeit bei der Herstellung der NanoLam™-Kondensatoren erreichen zu können.