Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB

Luftfahrtelektronik

Motivation

Als anwendungsorientiertes Forschungsinstitut entwickelt das Fraunhofer IISB die nächste Generation von Leistungselektroniksystemen mit höchsten Leistungsdichten. Dabei kommen modernste Technologien wie SiC- und GaN-Wide-Band-Gap (WBG)-Bauelemente zum Einsatz.

Mit 20 Jahren Erfahrung in der Bereitstellung kompletter Prototypensysteme für Automotive-Anwendungen ist das IISB in der Lage, Technologien für das komplette Hochspannungs-Backbone eines elektrischen Flugzeugs bereitzustellen, angefangen von nicht- / isolierenden DC/DC-Wandlern und AC/DC-Motor / Netz-Wechselrichtern bis hin zur Komplettierung von Batteriesystemen und DC-Gitter-Steuerungstechnologien.

Kundenspezifische Systementwicklung

Wir entwickeln und realisieren kundenspezifische, extrem leichte und integrierte leistungselektronische Systeme – vom ersten Konzept bis zur Prüfung und Lieferung des kompletten Prototypsystems. Dabei setzen wir unser Knowhow im Bereich des DC-Netzmanagements ein und sind so in der Lage, Lösungen für komplette Antriebssystemarchitekturen für Luftfahrtanwendungen zu liefern, mit einem Spannungsbereich von 60 V - 3 kV und einem Leistungsbereich von 1 kW bis zu mehreren MW:

  • Mehrphasige Antriebsumrichter
  • Isolierende und nicht-isolierende DC/DC-Wandler
  • Bidirektionale AC-Wechselrichter für Multigrid-Kopplung
  • Kundenspezifische Batteriesysteme und Batteriemanagement
  • Mittelspannungs-Multilevel-Designs
  • Thermische CFD-Simulationskette für individuelle Luft- und Flüssigkeitskühllösungen
  • DC-Netzmanagement und Steuerungsfunktionalitäten
  • Hohe gravimetrische Leistungsdichte
  • Maßgeschneiderte Leistungselektronik für spezielle Anwendungen und Anforderungen

Auf Anfrage erhalten Sie weitere Informationen. Kontaktieren Sie uns gerne und wir besprechen gemeinsam, wie eine Lösung für ihre individuelle Anwendung aussehen kann – wir sind immer offen für technische Diskussionen. Das IISB ist Ihr Forschungspartner auf dem Gebiet der Leistungselektronik für modernste Luftfahrtanwendungen, entweder im Rahmen von öffentlich finanzierten Forschungsprojekten oder bei bilateraler Zusammenarbeit unter vollständiger NDA.

Projektbeispiel: Kryogen gekühlter Antriebsumrichter

Erster kryogen gekühlter Antriebsumrichter für elektrisches Fliegen in der 500-kW-Klasse, der vollständig bei -196 °C (77 Kelvin) betrieben wird

ASCEND-Programm

Für die zukünftige elektrische Luftfahrt sind kompakte und leichte E-Antriebe essenziell. Eine adäquate Lösung wären supraleitende Systeme, in denen der elektrische Strom praktisch widerstandsfrei fließt und kaum Verluste anfallen. Das ermöglicht höchste Effizienz bzgl. Wirkungsgrad, Gewicht und Bauraum. Viele elektrische Leiter sind erst bei kryogenen Temperaturen supraleitend. Darum müssen alle Antriebskomponenten – einschließlich des komplexen Umrichters – für derartige Bedingungen ausgelegt sein. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen demonstrierte erstmalig einen kryo-tauglichen 500-kW-Antriebsumrichter. Dieser wird mit flüssigem Stickstoff bei 77 Kelvin (K) gekühlt, das entspricht -196 °C. Der kryogene Umrichter ist das Ergebnis einer Kooperation mit Airbus UpNext. In seinem ASCEND-Programm baut Airbus jetzt den Prototyp eines durchgehend kryogenen elektrischen Flugzeugantriebs auf. Das ist mit dem Antriebsumrichter des IISB in der 500-kW-Leistungsklasse erstmalig möglich.

ATLAS - Air Transport Analysis and Technology Synergy Study

Das ATLAS-Projekt hat eine Projektlaufzeit von November 2025 bis Oktober 2028. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung einer Simulations- und Evaluationsumgebung für Luftverkehrssysteme, der Bereitstellung von Leitlinien für einen klimafreundlichen Langstreckenflugverkehr (EIS 2040-2045) und der Einrichtung eines nationalen Scouting-Prozesses für disruptive Technologien aus dem globalen Umfeld, die langfristig für die Luftfahrt potenziell geeignet sind. Dieses Projekt wird Rahmen des deutschen Förderprogramms LuFo VII-1 (Luftfahrtforschungsprogramm) gefördert.

Projektziel

Ziel des Projekts ist es, Simulations- und Evaluierungsumgebungen auf allen drei Systemebenen bereitzustellen: Luftverkehrssystem, Flugzeug und einzelne Technologien:

  • Entwicklung einer öffentlich zugänglichen Simulations- und Evaluierungsumgebung für das Luftverkehrssystem
  • Ableitung transparenter und konkreter Handlungsempfehlungen hinsichtlich Technologien, deren Kombination und daraus resultierenden Flugzeugkonzepten für die nächste Generation von Langstreckenflugzeugen mit einer EIS von 2040–2045
  • Einrichtung eines nationalen Scouting-Prozesses für neue/disruptive Einzeltechnologien.

Beitrag des IISB: Technologiebewertung und -synthese zukünftiger kryogener Antriebssysteme mit Hochtemperatur Supraleitern (HTS)

Konkret am Projekt ATLAS beteiligt sind die Gruppen Luftfahrtelektronik und E-Maschinen des Fraunhofer IISB.

  • Rechnerische und simulative Auslegung eines HTS-basierten kryogenen Antriebsstrangs
  • Aufbau einer Co-Simulationsumgebung
  • Erstellung von Kennlinien für Performance des HTS-Antriebssystems
  • Erstellung einer Studie zur Abschätzung des Bauraums und des Massebedarfs des HTS-Antriebsstrang
  • Erstellung einer Potentialanalyse für den Einsatz von „hyperleitenden“ Materialien und für die kryogene Kühlung weiterer Antriebsstrangkomponenten

Projektpartner

ATLAS ist ein Verbundprojekt mit 12 nationalen Partnern: RWTH Aachen University (ILR), Technical University of Berlin (TUB), Technical University of Braunschweig (TUBS), Technical University of Dresden (TUDD), Technical University of Darmstadt (TUDA), Technical University of Hamburg (TUHH), Technical University of Munich (TUM), University of the Federal Armed Forces Munich (UniBW), University of Stuttgart (USTUTT), Bauhaus Luftfahrt e.V. (BHL), German Aerospace Center (DLR), Fraunhofer Society (FHG)

Publikationen


Brochures

 

Flyer & Broschüren