Så bidrar Framtidens Kraftelektronik till ett hållbart fossilfritt samhälle

Kraftelektronik omvandlar elektrisk energi och finns i de flesta moderna elektroniska produkter, i allt från datorer till elbilar. Den gör till exempel din mobil snabbare, mer kompakt och så att batteriettiden vara längre eller att din elbil kan fördela rätt ström och spänning till elmotorerna.

För att nå en grön omställning och samtidigt möta det ökade behovet av elektrisk energi krävs effektivare energiomvandling. Projektet Framtidens Kraftelektronik är en ny satsning för att bygga upp kompetens och labbresurser för att möta framtidens kraftelektronikutmaningar inom industrin. Målet är att bidra till kunskap och en testverksamhet för att svenska produkter och företag ska nå en ökad konkurrenskraft på den globala marknaden.

Ny demoanläggning för att utveckla Framtidens Kraftelektronik

Framtidens Kraftelektronik kommer att utvecklas inom ett nytt test- och demolabb som väntas stå färdig våren 2023. Labbet är ett komplement till det stora elektromobilitetslabbet SEEL. Inom det nya labbet kommer RISE att utföra test och verifiering, från chip- till subsystem- och systemnivå. Projektet kommer framför allt att fokusera på att verifiera nya material, byggsätt och AI-baserade metoder för att prognosticera felutfall samt nya metoder för styrning och optimering av kraftelektronik.

Satsningen Framtidens Kraftelektronik möter tre utmaningar:

1. Mer energieffektiv kraftöverföringen med SiC- och GaN-material

En viktig del i omställningen till ett klimatneutralt samhälle är att kunna minska förlusterna vid omvandling av elektrisk energi. Med dagens kraftelektronik, som ofta är baserad på kisel (Si), går mer energi till spillo jämfört med nya material. Inom demoanläggningen kommer RISE att vidareutveckla kraftelektronik baserat på mer effektiva och avancerade halvledarmaterial med brett bandgap (WBG), så som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN). Det kommer att leda till mer energi- och kostnadseffektiva komponenter, som i sin tur till exempel leder till längre räckvidd och kortare laddtid för eldrivna fordon.

2. Ökad effektdensitet med ny design och 3D-printing

För att framtidens kraftelektronik ska bli mer energieffektiv behöver effektdensiteten öka, det vill säga mer ström per volym i systemen. För att nå dit krävs nya material och metoder för design. Inom projektet kommer vi att använda oss av nya sätt att bygga kraftelektronik på. Till exempel med 3D-printing, även kallat additiv tillverkning, som har stor potential att optimera volym och funktion hos kraftelektroniksystem. Utmaningen i en additiv tillverkningsprocess är att kombinera material som kan leda mycket ström med material som kan isolera mot hög spänning. 

3. Öka tillförlitligheten med Artificiell Intelligens (AI)

Framtidens kraftelektronik kommer att vara mer komplex och integrerad än vad den är idag. Det innebär att det kommer att bli svårare att säkerställa tillräcklig tillförlitlighet, det vill säga att systemen fungerar som planerat så länge som planerat. Genom att utveckla nya AI-baserade metoder, som kombineras med en förståelse för de viktigaste felmekanismerna, kommer man bättre kunna förutsäga felutfall i systemen innan de sker.