Ausgangspunkt / Motivation

Für einen klimaneutralen Luftverkehr sind leistungsstarke elektrische Antriebe unerlässlich. Da herkömmliche 115V-Bordnetze bei hohen Leistungen extrem schwere Leitungen erfordern würden, plant die Forschung mit Spannungen von bis zu 3.000 Volt.

Dies birgt jedoch technologische Risiken: In Reiseflughöhen von bis zu 15.000 Metern sinkt der Luftdruck erheblich ab, wodurch die Gefahr von elektrischen Durchschlägen und Teilentladungen nach dem Paschen-Gesetz steigt. Da bisherige Standards und Bauteilgehäuse nicht für diese extremen Bedingungen ausgelegt sind, setzt das Projekt hier an und hat das Ziel, zu einer sicheren Energieversorgung ohne gefährliche Entladungen in der dünnen Höhenluft beizutragen.

Ziele

• Entwicklung eines Referenzsystems für einen Batterie-DCDC-Konverter (800V auf 3.000V)
• Erarbeitung von Designregeln für die Isolierung und Gehäusetechnik in großen Flughöhen
• Etablierung von Testverfahren zur Messung von Teilentladungen unter Unterdruckbedingungen
• Gewinnung von Industriepartnern für die Weiterentwicklung luftfahrttauglicher Bauteilportfolios

Inhalt

Im Zentrum von ATTRACT steht die Entwicklung eines Referenzsystems für einen Batterie-Gleichspannungswandler, der die Spannung von 800V auf 3.000V hochsetzt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Definition neuer Designregeln für die Gehäusetechnik und die elektrische Isolierung.

Ein wesentlicher Teil des Projekts widmet sich der Untersuchung von Teilentladungen, die die Lebensdauer von Bauteilen stark verkürzen können. Durch eine detaillierte Analyse werden Schwachstellen heutiger Komponenten identifiziert, um die Basis für künftige, luftfahrttaugliche Mittelspannungssysteme zu schaffen, für die es aktuell noch keine verbindlichen internationalen Industriestandards gibt.

Methodik/Vorgehensweise

Die Vorgehensweise kombiniert theoretische Designstudien mit praktischen Validierungen. Zunächst wird ein Referenzdesign für den Wandler erstellt, das speziell auf die Herausforderungen der Mittelspannung in der Luftfahrt zugeschnitten ist. Anschließend werden Teststrukturen in einer speziellen Unterdruckkammer validiert, welche die physikalischen Bedingungen in 15.000 Metern Höhe exakt nachbildet.

Durch diese experimentellen Tests werden wertvolle Daten über das Isolationsverhalten und mögliche Entladungseffekte gesammelt. Die daraus resultierenden Erkenntnisse dienen schließlich als Grundlage, um Bauteilhersteller für die gezielte Weiterentwicklung von Leistungshalbleitern und passiven Komponenten für den zukünftigen Einsatz im Flugzeug zu gewinnen.

Erwartete Ergebnisse

• Validiertes Referenzmodell für einen leistungselektronischen Konverter der Mittelspannungsklasse
• Detaillierter Katalog an Designregeln für den Bau höhentauglicher elektrischer Komponenten
• Erfolgreiche Tests in der Unterdruckkammer zur Vermeidung von Teilentladungen

Projektkoordination

AIT Austrian Institute of Technology

Projektpartner:innen

Montanuniversität Leoben

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Giefinggasse 4
A-1210 Wien