Leistungsoptimierung eines Umrichters für Brennstoffzellenkompressoren

Moderne Brennstoffzellenfahrzeuge benötigen eine Druckluftversorgung, welche vorteilhaft mit Hilfe eines Turbokompressors realisiert wird. Der zugehörige Umrichter muss neben den funktionalen Spezifikationen eine geringe Baugrösse aufweisen und herausfordernden Kostenzielen gerecht werden. Um Marktanwendungen mit immer höher Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zu unterstützen, muss auch die Umrichter-Ausgangsleistung kontinuierlich erhöht werden. Dazu sollen in dieser Arbeit verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung der Ausgangsleistung der vorhandenen Technologieplattform untersucht werden. Mögliche Ansätze liegen in der Parallelschaltung von mehreren Leistungshalbleitern, einer Optimierung der thermischen Anbindung der Halbleiter an die Wasserkühlung, sowie der Einsatz alternativer Modulationsverfahren, welche die Ausnutzung der Halbleiter- und Filterkomponenten verbessern. Zu Beginn dieser Masterarbeit soll daher basierend auf vorhandenen Rechenmodellen das Potential der verschiedenen Optimierungsansätze analytisch beurteilt werden. Basierend auf den theoretischen Resultaten sollen zielführende Massnahmen ausgewählt und anschliessend für die messtechnischen Überprüfung in einem Hardware-Prototyp implementiert werden. Im letzten Teil der Arbeit soll die erreichbare Leistungserhöhung durch Messungen am Prototyp verifiziert werden. Die Arbeit wird bei der ETH Spin-Off Firma CELEROTON TurboCell in Volketswil durchgeführt.

Moderne Brennstoffzellenfahrzeuge benötigen eine Druckluftversorgung,
welche vorteilhaft mit Hilfe eines Turbokompressors realisiert wird. Der
zugehörige Umrichter muss neben den funktionalen Spezifikationen eine
geringe Baugrösse aufweisen und herausfordernden Kostenzielen gerecht
werden. Um Marktanwendungen mit immer höher Ausgangsleistung der
Brennstoffzelle zu unterstützen, muss auch die Umrichter-Ausgangsleistung
kontinuierlich erhöht werden. Dazu sollen in dieser Arbeit verschiedene
Möglichkeiten zur Erhöhung der Ausgangsleistung der vorhandenen
Technologieplattform untersucht werden. Mögliche Ansätze liegen in der
Parallelschaltung von mehreren Leistungshalbleitern, einer Optimierung der
thermischen Anbindung der Halbleiter an die Wasserkühlung, sowie der
Einsatz alternativer Modulationsverfahren, welche die Ausnutzung der
Halbleiter- und Filterkomponenten verbessern.
Zu Beginn dieser Masterarbeit soll daher basierend auf vorhandenen
Rechenmodellen das Potential der verschiedenen Optimierungsansätze
analytisch beurteilt werden. Basierend auf den theoretischen Resultaten
sollen zielführende Massnahmen ausgewählt und anschliessend für die
messtechnischen Überprüfung in einem Hardware-Prototyp implementiert
werden. Im letzten Teil der Arbeit soll die erreichbare Leistungserhöhung
durch Messungen am Prototyp verifiziert werden.
Die Arbeit wird bei der ETH Spin-Off Firma CELEROTON TurboCell in
Volketswil durchgeführt.

Christoph Gammeter, Celeroton AG, christoph.gammeter@celeroton.com

Christoph Gammeter, Celeroton AG, christoph.gammeter@celeroton.com

20 % Theory 40 % Implementation 40 % Testing

20 % Theory
40 % Implementation
40 % Testing

Vorlesungen «Leistungselektronik», «Design of Power Electronic Systems», und/oder «Power Electronics I/II»,  Hardware Testerfahrung, Working language: English/German

Vorlesungen «Leistungselektronik», «Design of Power Electronic Systems», und/oder «Power Electronics I/II»,  Hardware Testerfahrung, Working language: English/German

Dr. Jürgen Biela

Dr. Jürgen Biela