Leistungselektronik – Entwicklung, Simulation und Optimierung
Das IES Institut für Energiesysteme der OST unterstützt Industriepartner bei der Entwicklung und Optimierung innovativer leistungselektronischer Systeme. Von der ersten Konzeptidee über Simulation und Auslegung bis zur Realisierung und Charakterisierung von Prototypen bieten wir umfassende Kompetenzen in der elektrischen Energiewandlung. Mit langjähriger Erfahrung, fundiertem Fachwissen und moderner Laborinfrastruktur entwickeln wir effiziente, zuverlässige und anwendungsspezifische Lösungen für unterschiedlichste Leistungsbereiche.
Unsere Kompetenzen
1. Forschung und Entwicklung leistungselektronischer Systeme
Wir entwickeln massgeschneiderte leistungselektronische Systeme für unterschiedlichste Anwendungen und Leistungsbereiche bis zu mehreren hundert Kilowatt. Unser Leistungsspektrum umfasst die Konzeption, Auslegung, Simulation und Realisierung von Umrichtern, Stromversorgungen und weiteren Energiewandlungssystemen. Dabei begleiten wir unsere Industriepartner von der Machbarkeitsstudie über die Schaltungsentwicklung und Regelungstechnik bis zum funktionsfähigen Prototyp.
Unsere Leistungen
- Entwicklung von DC/DC-Wandlern, Wechselrichtern, Gleichrichtern und bidirektionalen Umrichtern
- Auslegung leistungselektronischer Systeme bis ca. 300 kW
- Schaltungsdesign, Simulation und Regelungsentwicklung
- Einsatz moderner Halbleitertechnologien wie SiC und GaN
- Entwicklung, Aufbau und Charakterisierung von Funktionsmustern und Prototypen
2. Beratung, Fehleranalyse und Optimierung von Leistungselektronik
Wir unterstützen Unternehmen bei technischen Fragestellungen rund um die Auslegung, Zuverlässigkeit und Optimierung leistungselektronischer Systeme. Ob Auswahl der geeigneten Schaltungstopologie, Einhaltung normativer Anforderungen oder Analyse unerwarteter Ausfälle – wir identifizieren Schwachstellen und erarbeiten praxisorientierte Lösungen. Mit gezielten Messungen, Simulationen und fundierten Analysen optimieren wir bestehende Designs hinsichtlich Effizienz, thermischer Belastung, Regelverhalten und Lebensdauer.
Unsere Leistungen
- Beratung bei der Auswahl und Bewertung geeigneter Schaltungstopologien
- Unterstützung bei Isolationskoordination, Luft- und Kriechstrecken sowie normativen Anforderungen unter Berücksichtigung von Spannung und Verschmutzungsgrad
- Systematische Fehler- und Ursachenanalyse bei Funktionsstörungen und Frühausfällen
- Optimierung von Wirkungsgrad, Schaltverhalten, Regelungsdynamik und thermischer Belastung
- Analyse und Verbesserung bestehender Schaltungsdesigns
3. Entwicklung, Simulation und Charakterisierung magnetischer Komponenten
Magnetische Komponenten sind entscheidend für die Effizienz, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit leistungselektronischer Systeme. Wir unterstützen bei der Auslegung, Simulation, Optimierung und experimentellen Charakterisierung von Induktivitäten, Transformatoren und komplexen magnetischen Strukturen. Mithilfe moderner FEM-Simulationswerkzeuge und messtechnischer Untersuchungen entwickeln wir anwendungsspezifische Lösungen für Schaltfrequenzen bis in den MHz-Bereich.
Unsere Leistungen
- Auslegung und Optimierung von Induktivitäten, Transformatoren und gekoppelten magnetischen Komponenten
- Design magnetischer Komponenten für Schaltfrequenzen bis in den MHz-Bereich
- FEM-Simulation magnetischer Felder, Verluste und Sättigungseffekte
- Charakterisierung magnetischer Materialien und deren frequenzabhängiger Eigenschaften
- Entwicklung, Aufbau und messtechnische Validierung von Prototypen
4. Thermische Analyse und Optimierung von Komponenten und Systemen
Eine gezielte thermische Auslegung ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer elektronischer Systeme. Wir analysieren die Wärmeentwicklung und Wärmeverteilung in Bauteilen, Baugruppen und vollständigen Geräten. Durch den kombinierten Einsatz von Thermografie, experimentellen Messungen und thermischen Simulationen identifizieren wir kritische Bereiche und entwickeln wirkungsvolle Massnahmen zur Verbesserung des Wärmemanagements.
Unsere Leistungen
- Thermografische Untersuchungen und begleitende Temperaturmessungen mit Infrarotkameras
- Analyse thermischer Schwachstellen und Ursachen von Überhitzung und Bauteilausfällen
- Thermische Simulation von Komponenten, Baugruppen und Geräten
- Optimierung von Kühlkonzepten, Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr
- Charakterisierung von Wärmeleitmaterialien und thermischen Übergangswiderständen
5. Induktive Energieübertragung und induktive Wärmebehandlung
Das IES verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Optimierung induktiver Energieübertragungssysteme sowie leistungselektronischer Lösungen für die induktive Erwärmung von Metallen. Wir unterstützen Industriepartner bei der elektromagnetischen Auslegung, Simulation und Realisierung effizienter Systeme bis in den Leistungsbereich von 100 kW. Dabei betrachten wir das Gesamtsystem aus Induktor, Leistungselektronik und Regelung, um eine optimale Energieübertragung und Prozessführung zu erreichen.
Unsere Leistungen
- Konzeption und Auslegung induktiver Energieübertragungs- und Erwärmungssysteme bis ca. 100 kW
- Elektromagnetische und thermische FEM-Simulation zur Systemauslegung und Optimierung
- Entwicklung und Optimierung von Induktoren und resonanten Schwingkreisen
- Entwicklung und Aufbau von Hochfrequenzumrichtern inklusive Ansteuerung und Regelung
- Experimentelle Charakterisierung, Wirkungsgradoptimierung und Validierung von Gesamtsystemen
Leistungselektronik-Projekte am IES
Allgemeines Projekt
DCDC-Konverter für Organic-Solid-Flow-Batterien
Die CMBlu Energy AG entwickelt innovative Organic Solid Flow Batterien für stationäre Energiespeicheranwendungen. Zur Anbindung einzelner Batteriemodule mit niedrigem und breitem Spannungsbereich an den gemeinsamen DC-Bus wurde zusammen mit der OST ein bidirektionaler,…
Forschungsprojekt
Induktionselektronik mit High-Speed Spulen-Multiplexer
In Zusammenarbeit mit der Firma FLUXRON Solutions AG wurde die aktuell eingesetzte Induktionselektronik für Kochherde auf eine Erweiterungsmöglichkeit von einer auf zwei Kochstellen untersucht. Bisher wird diese Erweiterung mit einem externen Schaltgerät umgesetzt. Mit…
Forschungsprojekt
Systemkonzept für mobilen Energiespeicher & unterbrechungsfreie Stromversorgung
Die Firma emost AG ist ein Schweizer Unternehmen, das innovative und nachhaltige Lösungen im Bereich der elektrischen Energieversorgung entwickelt. Das Unternehmen bietet als Ersatz für Dieselgeneratoren mobile Batteriespeicher auf dem Markt an. Im Zuge der…
Forschungsprojekt
Universelle Integration von ökologischen Salzbatterien an Hybrid- und Standard-PV-Wechselrichter
In Zusammenarbeit mit der Firma Innovenergy AG wurden Inverter von verschiedenen Wechselrichterhersteller analysiert. Dabei wurde der Fokus auf die Kommunikation und die Funktionsweise der Systeme gelegt. Das Ziel war herauszufinden, wie eine Salzbatterie in ein…
Forschungsprojekt
Bidirectionaler ACDC-Konverter für V2X-Anwendungen
Im Rahmen einer Masterarbeit wurde ein bidirektionales On-Board-Ladegerät für Elektroautos entwickelt. Dabei wurden die Anforderungen an netzgebundene Konverter untersucht und mit den Ergebnissen von unterschiedlichen Reglerrealisierungen im 3-Level-Konverterprototyp…
Forschungsprojekt
Mobiles DC-Schnellladegerät für Elektrofahrzeuge
Die Firma Designwerk Technologies AG aus Winterthur entwickelt und verkauft DC-Schnellladestationen, die das mobile Aufladen von Elektrofahrzeugen jeglicher Art ermöglicht. Durch den Einsatz von unterschiedlichen Ladestecker können weltweit verschiedenste…
Forschungsprojekt
50 kW bidirektionale drahtlose Energieübertragung für EV
Kontaktloses Laden von Elektrofahrzeugen besitzt neben dem Nutzerkomfort auch weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gegenüber kabelgebundenen Systemen. Da die kontaktlose Ladetechnologie für Elektroautos noch nicht sehr verbreitet ist, soll mit diesem…
Forschungsprojekt
Linearverstärker für getakteten Netzsimulator
Innerhalb einer Master-Thesis wurde ein Linearverstärker für getaktete Netzsimulatoren entwickelt. Während Schaltregler eine höhere Effizienz aufweisen, besitzen Linearverstärker eine ausgezeichnete Linearität und Dynamik. Zusammen als Hybrid-Konverter können diese beide…
Forschungsprojekt
Inverter für Second-Use-Batteriesysteme
Durch den Second-Use-Einsatz verlängert sich die Lebensdauer der Batterien, was Umwelt und Ressourcen schont. In diesem Projekt wurde ein System entwickelt, das es ermöglicht, gealterte Batterien als dezentraler Energiespeicher wiederzuverwenden. Als zusätzliche Funktion…
Forschungsprojekt
Induktive Energieversorgung von Maschinenwerkzeugen
Innerhalb einer Master-Thesis wurde ein System zur kontaktlosen Energieübertragung von einer Maschine zum eingespannten Werkzeug über zwei separate Luftstrecken konzeptioniert und ein entsprechendes Funktionsmuster realisiert. Dabei wird eine Leistung von 600 W bei einer…
Allgemeines Projekt
energyhub’ – Multiport USB-PD Ladegerät
Inspiriert durch den Gedanken, nur ein einziges Ladegerät für die meisten mobilen Geräte wie Smartphone, Kamera, Tablet und Laptop zu haben, wurde in diesem Projekt ein Multiport USB-PD fähiges Ladegerät entwickelt. Durch den neuen USB Power Delivery Standard…
Allgemeines Projekt
Investigation of Inductive Charging Systems
Die Elektromobilität findet zunehmende Verbreitung. Der wirkliche Durchbruch hängt jedoch nicht zuletzt von der zur Verfügung stehenden Ladeinfrastruktur ab. Während das Netz konduktiver Ladestationen (Energieübertragung auf das Fahrzeug über ein Kabel) ausgebaut…
Ihre Ansprechpartner IES Buchs
Simon Nigsch
IES Institut für Energiesysteme Dozent für Leistungselektronik, Leiter Elektrische Energiesysteme IES
+41 58 257 31 78 simon.nigsch@ost.ch
Ihre Ansprechpartner SPF Rapperswil
Prof. Dr. Andreas Häberle
Fachabteilung Erneuerbare Energien und Umwelttechnik Professor, Fachabteilungsleiter EEU, Institutsleiter SPF
+41 58 257 48 22 andreas.haeberle@ost.ch
