Kryogene Leistungselektronik
Bei kryogenen Temperaturen reduzieren sich die Leistungsverluste in Leistungshalbleitern und Leitermaterialien signifikant. Ursache sind insbesondere die erhöhte Ladungsträgermobilität in Halbleitern sowie der stark verringerte spezifische elektrische Widerstand metallischer Leiter. Dies ermöglicht eine substanzielle Steigerung von Wirkungsgrad sowie gravimetrischer und volumetrischer Leistungsdichte leistungselektronischer Wandler.
Im Kontext der elektrifizierten Luftfahrt gilt flüssiger Wasserstoff (LH₂) mit einer Temperatur von etwa 20 K (−253 °C) als vielversprechender Energieträger. Vor der Nutzung in Brennstoffzellensystemen muss er verdampft und thermisch konditioniert werden. Die dabei verfügbare Temperaturdifferenz stellt eine inhärente Kühlressource dar, die zur Kühlung leistungselektronischer Komponenten genutzt werden kann.
Kryogene Leistungselektronik ermöglicht somit eine funktionale Kopplung von Wasserstoffkonditionierung und elektrischer Energiewandlung bei gleichzeitig erhöhter Systemeffizienz und Leistungsdichte.
Der Entwurf kryogener Leistungswandler erfordert eine gezielte Auswahl, Charakterisierung und Modellierung von Halbleitern, passiven Komponenten, Isolationssystemen und Verbindungstechnologien unter Tieftemperaturbedingungen. Zudem beeinflussen thermo-mechanische Spannungen infolge starker Temperaturgradienten die Zuverlässigkeit und Lebensdauer maßgeblich. Ein ganzheitlicher Systementwurf muss daher elektrische, thermische und mechanische Aspekte gleichermaßen berücksichtigen.
Unsere Forschung adressiert diese Herausforderungen durch die systematische Untersuchung kryogener Leistungselektronik von der Komponente bis zum Gesamtsystem. Ziel ist die Entwicklung effizienter, zuverlässiger und hochintegrierter Leistungswandler für zukünftige wasserstoffbasierte Energiesysteme, insbesondere in der Luftfahrt.
- Luft- und Raumfahrt
- Liquid Hydrogen (LH2)- und Liquefied Natural Gas (LNG) Infrastruktur
- systematische Untersuchung kryogener Leistungselektronik von der Komponente bis zum Gesamtsystem
- Entwicklung effizienter, zuverlässiger und hochintegrierter Leistungswandler für zukünftige wasserstoffbasierte Energiesysteme- insbesondere in der Luftfahrt
- Tieftemperaturzyklentesteinrichtung
- Kryo-Zth-Messplatz
- div. Kryo-Temperaturmesskammern
- Kryo-Messplatz zur Charakterisierung weichmagnetischer Werkstoffe
- Kryo-Doppelpulsmessplatz
Forschungsprojekte
