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Neues Konzept für Spannungswandler

11.01.1999 - (idw) Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE


10 W DC/DC-Wandler mit 0.7 V Eingangsspannung
Leistungsteil eines 300 W DC/DC-Wandlers mit 1,4 V Eingangsspannung Kleine Spannungen, hohe Ströme - Neues Konzept für Spannungswandler


Eine im wörtlichen Sinne spannende Entwicklung haben die Forscher des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemacht: Ihre neuen Niederspannungs-Wandler machen aus Gleichspannungen ab 0,7 Volt mit hohem Wirkungsgrad Ausgangsspannungen zwischen 12 und 350 Volt.

Damit eröffnen sich ganz neue Anwendungsmöglichkeiten für Energiewandler wie Brennstoffzellen, Thermoelektrische Wandler und Solarzellen: Hier mußte man bisher viele Zellen in Reihen schalten, um normale Arbeitsspannungen zu erreichen. Jetzt genügt im Extremfall eine Zelle. Das System wird einfacher und erlaubt neue Bauformen.

Beispiel Brennstoffzelle: Sie kann Wasserstoff und Sauerstoff direkt in Strom umwandeln. Brennstoffzellen gelten als Zukunftstechnologie für die dezentrale Energieversorgung und werden z.B. für Elektroautos intensiv erforscht. Wie in einer Autobatterie, in der sechs Zellen hintereinander geschaltet sind, so sind auch z.B. 20 Brennstoffzellen in einem Stapel nötig, um Systemspannungen von 12 V zu erreichen. Das hat Nachteile:

- Eine Kette ist so stark wie ihr schwächstes Glied. Deshalb wird oft jede Einzelzelle elektronisch überwacht - ein hoher Aufwand.
- In einem Stapel wird die Luft über ein kompliziertes Kanalsystem in jede Zelle gebracht und dort verteilt - zusätzliches Gebläse erforderlich.
- Ein Stapel braucht Platz, der z.B. in tragbaren Geräten nicht vorhanden ist - Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten.

Der neue Niederspannungs-Wandler überwindet diese Probleme: Ein Stromaggregat kann aus einer einzelnen Brennstoffzelle aufgebaut sein, das ganze System liefert dennoch die üblichen Ausgangsspannungen.

Beispiel Kleinleistungsbereich: Der kompakte 10 Watt Prototyp des Niederspannungs-Wandlers kann 15 Ampere Eingangsstrom bei 0,7 Volt mit 85% Wirkungsgrad auf 12 Volt transformieren. Für kleinere Ströme sind noch höhere Ausbeuten möglich. Praktische Anwendungen könnten Handys, Notebooks , tragbare Audio- und Videogeräte und satellitengestützte Orientierungssysteme (GPS) sein.

Viele netzfreie Anwendungen in diesem Leistungsbereich werden heute schon von Solarzellen versorgt, z.B. Parkscheinautomaten. Auch hier müssen ohne Wandler viele kleine Zellen verschaltet werden. Der Wandler reduziert dabei nicht nur den Schaltungsaufwand: Kleine Zellen müssen kostenintensiv aus großen Zellen herausgeschnitten werden!

Beispiel mittlerer Leistungsbereich: Der realisierte Niederspannungs-Wandler kann 1,4 Volt und 200 Ampere mit über 90% Wirkungsgrad auf 350 Volt umformen. Mit einer Reihenschaltung aus nur zehn Brennstoffzellen entsteht so ein 1 kW Aggregat - ein Mini-Blockheizkraftwerk für netzferne Anwendungen.

"Wir waren einfach respektlos und haben ein Tabu gebrochen" erklärt Projektleiter Dipl.-Ing. Tim Meyer wie es zu der Entwicklung kam. "Bisher galt, daß bei kleinen Spannungen hohe Ströme auch hohe Verluste bedeuten. Durch ausgewählte Komponenten und neue Schaltungsideen konnten wir das widerlegen und die damit verbundenen Begrenzungen in der Systemtechnik aufheben".

Die Grundlagenentwicklung ist abgeschlossen. Das Fraunhofer ISE bietet potentiellen Herstellern sein Know-how zur Optimierung des Systems nach Kundenspezifikation und zur Vorbereitung der Serienproduktion an. In kurzer Zeit könnte das erste Serienprodukt mit Niederspannungs-Wandler vom Band laufen.

Informationsmaterial:

Fraunhofer ISE, Presse und Public Relations
Tel. +49 (0) 7 61/45 88-1 50, Fax +49 (0) 7 61/45 88-3 42
e-mail: info@ise.fhg.de

Ansprechpartner für weitere Informationen:

Projektleiter: Dipl.-Ing. Tim Meyer, Fraunhofer ISE
Tel. +49 (0) 7 61/45 88-2 26, Fax +49 (0) 7 61/45 88-2 17
e-mail: meyer@ise.fhg.de

Pressearbeit: Dr. Klaus Heidler, Solar Consulting
Tel. +49 (0) 7 61/70 72 53-0, Fax +49 (0) 7 61/70 72 53-1
e-mail: info@solar-consulting.de
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