Elektronik für Elektromobilität 11.10.2019, 07:01 Uhr

Mehr Reichweite für E-Autos dank moderner Chips?

In einem Fahrzeug sind Mikrochips für rund 340 Euro verbaut. Bei einem Elektroauto sind es sogar etwa 410 Euro. Tendenz steigend. Die Firma Bosch stellt diese Chips nun auch aus Siliziumkarbid her. Das soll für mehr Effizienz und Power in E-Autos sorgen.

Halbleiter aus Siliziumkarbid

Halbleiter aus Siliziumkarbid könnten Elektroautos effizienter machen.

Foto: Bosch

Mikrochips findet man im Auto an jeder erdenklichen Stelle: unter anderem in Airbags, im Gurtstraffer, Regensensor, Tempomat und im Antriebsstrang. Der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZEVI) hat ermittelt, dass in Elektroautos Chips für umgerechnet rund 410 Euro stecken. Die Experten gehen davon aus, dass sich der Wert durch das automatisierte Fahren noch einmal um etwa 910 Euro erhöht. Der Automobilzulieferer Bosch hat die bisher eingesetzten Siliziumchips weiter entwickelt und will damit eine bessere elektrische Leitfähigkeit erreichen. Das soll einerseits höhere Schaltfrequenzen ermöglichen, während andererseits weniger Energie in Form von Wärme verpufft. „Siliziumkarbid-Halbleiter bringen mehr Power in elektrische Antriebe. Für Autofahrer bedeutet das 6% mehr Reichweite“, sagt Harald Kröger, Geschäftsführer bei Bosch.

„Kraftpaket“ für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Das Unternehmen setzt auf Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC). Das bedeutet: In das hochreine Silizium werden zusätzlich Kohlenstoff-Atome in die Kristallstruktur eingearbeitet. Diese chemische Verbindung mache die Halbleiterchips zu „wahren Kraftpaketen und bringe für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen viele Vorteile“, so der Hersteller.

Der Produktionsprozess ist nach Angaben von Bosch aufwendig und dauert gut 14 Wochen. Ausgangsprodukt sind runde Scheiben aus Siliziumkarbid. Diese sogenannten Wafer bekommen in mehreren chemischen und physikalischen Prozessen sehr feine Strukturen. Sie bilden später die nur wenige Millimeter großen Chips. Bosch hat dafür seine Fertigungsstraße erweitert: In der Halbleiterfabrik in Dresden können Wafer mit 300 Millimetern Durchmesser verarbeitet werden. Dadurch lassen sich deutlich mehr Chips herstellen, und man erreicht höhere Skaleneffekte als bei den kleineren 150- und 200-Millimeter-Technologien.

SiC-Chips für mehr Energie und Reichweite

Eingesetzt in der Leistungselektronik, von Fahrzeugen soll mit den Mikrochips aus Siliziumkarbid 50% weniger Energie in Form von Wärme verloren gehen. Dadurch könne die Elektronik effizienter arbeiten. Gleichzeitig stehe mehr Energie für den Antrieb und damit auch für die Reichweite zur Verfügung. Umgerechnet rund 6% könne ein Autofahrer eines Elektroautos mit einer Batterieladung weiter fahren. „Siliziumkarbid-Halbleiter werden die Elektromobilität nachhaltig verändern“, glaubt der Bosch -Geschäftsführer. Schließlich sei eines der größten Kaufhindernisse bei Elektroautos die geringe Reichweite. Nach Angaben des Consors Finanz Autobarometers 2019 kaufen sich 69% der Verbraucher kein E-Auto, weil die Angst bestünde, der Strom könne unterwegs ausgehen.

Mit der neuen Siliziumkarbid-Technologie seien weitere Einsparpotenziale verbunden. Die Chips hätten geringere Wärmeverluste und arbeiteten bei deutlich höheren Betriebstemperaturen. Dadurch ließe sich die aufwendige Kühlung der Antriebskomponenten reduzieren, was sich am Ende auch positiv auf Gewicht und Kosten des E-Autos auswirke.

„Ein begehrter Rohstoff der Zukunft“

Der Automobilmarkt gehört im Geschäft mit den Mikrochips zu den Wachstumstreibern. Hinzu kommen künftig vermehrt Schlüsselanwendungen des Internets der Dinge, kurz IoT. Dazu zählen künstliche Intelligenz, Cyber-Sicherheit, Edge Computing, Smart Home und die vernetzte Industrie. „Halbleiter sind Kernbestandteil aller elektrischen Systeme. Sie machen auch Daten zum begehrten Rohstoff der Zukunft“, betont Harald Kröger. Der Hersteller plant die SiC-Halbleiter künftig in eigenen Leistungselektroniken einzusetzen. Damit flösse die neue Technologie direkt in die Entwicklung von Komponenten und Systemen ein. „Unser Halbleiter-Kno-how hilft uns, sowohl neue Funktionen für Fahrzeuge und Anwendungen des IoT als auch immer bessere Chips zu entwickeln“, sagt Kröger. Deshalb investiert Bosch in seine Produktion in Dresden rund eine Milliarde Euro.

Es läuft eher schleppend

Trotz zahlreicher Anreize kommt die Elektromobilität nur langsam in Schwung. Das Kraftfahrtbundesamt vermeldete zum 1. Januar 2019 83.175 Elektroautos und 341.411 Hybridfahrzeuge. Auf der diesjährigen IAA in Frankfurt war deutlich zu erkennen, dass die Automobilhersteller verstärkt auf E-Mobilität setzen. Nahezu jeder Hersteller hat inzwischen E-Autos im Programm. Das gilt für die bekannten deutschen Automobilbauer wie BMW, Mercedes, Opel, Porsche und Volkswagen ebenso wie die internationalen Vertreter der Branche wie DS, Honda, Peugeot, Tesla oder Volvo. Es bleibt abzuwarten, ob sich das Kaufverhalten der Verbraucher in absehbarer Zeit verändert und der Anteil elektrischer Fahrzeuge auf Deutschlands Straßen deutlich ansteigt.

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