efficient & intrinsic failsafe Powertrain Halbleiter Komponenten für Leistungselektronik, Control und Sensorik

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Irma Sigrid Hermann
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Europäisches Forschungsprojekt: MotorBrain efficient &

Halbleiter Komponenten für Leistungselektronik, Control und

Yves Burkhardt Siemens AG Technologische Highlights in

1 Europäisches Forschungsprojekt: MotorBrain efficient & intrinsic failsafe Powertrain Reiner John Infineon AG Halbleiter Komponenten für Leistungselektronik, Control und Sensorik Dr. Yves Burkhardt Siemens AG Technologische Highlights in MotorBrain Project Coordinator: Reiner John, Infineon Technologies AG Copyright Infineon Technologies All rights reserved.

2 60KW Antrieb mit hochintegrierter Leistungselektronik 60KW Antriebsblock Inverter, Motor und Differential Getriebe 78kg Bauraum der Steuerung: 2l Ferrit basierter Rotor passt in eine Computertasche Ausstellung auf dem Stand der Bundesregierung Halle27/H31 5/12/2014 2

3 Zielsetzung Erforschung nachhaltiger Antriebsstrangtechnologien und Regelungskonzepte für inhärent sichere und hocheffiziente E- Fahrzeugantriebsstränge der 3. Generation (Quelle: Projektantrag) MotorBrain Ziele für den Antriebsstrang und Batterie: Verbesserung der Gesamteffizienz des Elektroautos auf grösser 72% vom Stecker zum Rad Verzicht auf Seltenerdmagnete im Elektromotor Erhöhung der Sicherheit beispielsweise durch Nutzung von Redundanzen und Softwareentwicklung gemäß ISO26262 Einführung von Multicore-Mikrokontrollern für Steuerung und Regelung sowie neuartiger hochintegrierter Sensoren MotorBrain adressiert die Schlüsselfaktoren der Elektromobilität: Integration, Sicherheit, Effizienz, Kostenreduktion 5/12/2014 3

4 MotorBrain Gasamtüberblick Target Raising today's EV efficiency up to 72% 36.Mio Budget Person Months 30 Project Partners 9 European Countries involved 8 Supply Chains deliver 11 Demonstrators 3 Years Project Duration 2 OEM 7 Tier1 11 Tier2 10 Academic Partners 4

5 Konsortium entlang der Wertschöpfungskette Research Tier 2 Tier 1 OEM 5

Antriebsstrang: Arbeitsfelder in Microeletonic Actuator layer

höherer Leistungsdichte und geringeren Verlusten Nutzung von

Berücksichtigung von Functional Safety nach ISO26262 bei Hard

geringerem Bauraum und höherer Genauigkeit Neuartige

ohne Seltene Erden (Hartferrite, ASM, SynRel) Verwendung

Kemet, Fraunhofer IISB Quelle: Infineon Quelle: OFFIS,

6 Antriebsstrang: Arbeitsfelder in Microeletonic Actuator layer Switching layer Controller layer DC Energiespeicher mit höherer Leistungsdichte und geringeren Verlusten Nutzung von Mehrkern ECUs zur Erfüllung von Safety Funktionen Berücksichtigung von Functional Safety nach ISO26262 bei Hard und Softwareentwicklung Strom und Winkelsensoren mit geringerem Bauraum und höherer Genauigkeit Neuartige Wechselrichtertopologien zur Motorintegration Motorkonzepte ohne Seltene Erden (Hartferrite, ASM, SynRel) Verwendung innovativer Materialien um Fertigung zu vereinfachen Quelle: Kemet, Fraunhofer IISB Quelle: Infineon Quelle: OFFIS, Infineon Quelle: NXP, Infineon Quelle: CRF, GP, Infineon Quelle: Siemens, TUD, USE, CRF Quelle: Höganäs 6

7 Komponenten für die Systemintegration Schaltelemente Sensoren Quelle: NXP Elemente zur Steuerung und Regelung Quelle: Infineon Quelle: Infineon Antriebssystem Elektromotor Passive Bauteile Quelle: KEMET Energiespeicher Quelle: Siemens Elektrofahrzeug Quelle: QinetiQ 7 Quelle: Infineon

and segmented tooth coil stator Housing with integrated

8 Highly Integrated EV-Motors Inverter, driver, controller Inverter cooling and bearing support Ferrite based rotor and segmented tooth coil stator Housing with integrated cooling, gearing and differential Leading Responsible 8

9 Feedback: Mandala of the power electronics 5/12/2014 9

10 9 Phase machine today 5/12/

electronics Master unit Slave capacitive contacts

11 Advanced battery design and management Contactless communication for integrated battery packs Slave unit electronics Master unit Slave capacitive contacts Capacitive bus bars Master unit signal conditioning (Fraunhofer IISB) 5/12/

The Brain in MotorBrain Sensors High current sensor

Robust against Robust against mechanical shock Robust

volume 8x smaller footprint High accuracy: error rate <1%

12 The Brain in MotorBrain Sensors High current sensor (>150A) New coreless differential Hall sensor system. Robust against Robust against mechanical shock Robust against overload Low current sensor (50A) 136x smaller volume 8x smaller footprint High accuracy: error rate <1% Torque sensor Up to 300 Nm torque and rpm High accuracy: deviation <1% 12

The Brain in MotorBrain Multicore ECUs TriCore Taking ISO26262 into practice, ASIL

Individual IGBT Modules 9 Phase approach feasible through individual IGBTs for each

13 The Brain in MotorBrain Multicore ECUs TriCore Taking ISO26262 into practice, ASIL C&D Field oriented control of the Motor Predictable timing to enable timings checks against the timing requirements. Ability to manage a fault detection network Running Setup to control 9 Phase System Individual IGBT Modules 9 Phase approach feasible through individual IGBTs for each phase Packaging can be simplified Lower Currents and less torque ripple allowing secondary advantages, e.g. smaller capacitors 800A 3 x 150A 13

14 Unsere Teilhaber und Fundingpartner: The MotorBrain Partners express their gratitude towards the national and international authorities for funding the project 12/05/

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