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Neue Forschungsgruppe zu effizienten Energiewandlern für emissionsfreie Anwendungen

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Für emissionsfreie Mobilitätslösungen ist eine effiziente und intelligente Leistungselektronik entscheidend. Ihrer Erforschung widmet sich eine neue Forschungsgruppe des InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) unter Leitung von Juniorprofessor Dr.-Ing. Stefan Mönch.

Das Erreichen der globalen Nachhaltigkeitsziele erfordert eine Transformation der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität hin zu erneuerbaren Energiequellen und emissionsfreier Energiewandlung.

Die neu eingerichtete Forschungsgruppe "Smarte Converter für eine emissionsfreie Mobilität" untersucht in diesem Kontext, wie Energiewandlung mittels Leistungshalbleiter-Schaltungen und Festkörper-Energiewandlern effizienter und intelligenter werden kann. Im Rahmen der gemeinsamen Forschungsplattform des ICM werden dazu neue Ansätze für Mobilitätslösungen der Zukunft entworfen und erprobt. Neben Forschung und Lehre werden auch regionale Kooperationen und die Innovations- und Technologieführerschaft innerhalb Baden-Württembergs gestärkt.

Effiziente, emissionsfreie und smarte Energiewandlung

Forschungsziel von Jun.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Mönch ist es, elektrische Energiewandler effizienter, nachhaltiger und intelligenter zu gestalten, und diese in emissionsfreien Energie-Anwendungen zu demonstrieren. Die Elektrifizierung aller Anwendungen unter Nutzung erneuerbarer Energien ist ein bereits heute umsetzbarer Ansatz für eine nachhaltige Zukunft. Eine Schlüsseltechnologie ist dabei die Leistungselektronik, da sie eine nahezu verlustlose elektrische Energiewandlung zwischen den elektrischen Quellen, Speichern und Verbrauchern ermöglicht. Der letztendliche Verbrauch der elektrischen Energie in Anwendungen soll ebenfalls möglichst effizient und emissionsfrei sein, beispielsweise durch die Systemintegration von Photovoltaik, Batteriespeichern und Fahrzeugen, der Ansteuerung von Festkörper-Wärmepumpen oder Elektromotoren.

Forschungsgegenstand ist die Leistungselektronik mit Wide-Bandgap-Halbleiter-Bauelementen und intelligenten, rekonfigurierbaren Schaltungen für Anwendungen in der Mobilität, wie beispielsweise smartes DC-Laden, emissionsfreies Kühlen und Heizen oder die Energiewandlung zwischen Batterien und Elektromotoren mit geringem Verbrauch. Ausgehend von Halbleiterbauelementen für 48 V bis über 1200 V sollen innovative Schaltungstechniken und Topologien erarbeitet und beispielsweise in Software-definierter Leistungselektronik mit intelligenter, anpassungsfähiger Regelungstechnik und Zustandsüberwachung demonstriert werden.

Die Forschung wird im Rahmen des ICM auch interdisziplinär eingebunden in anwendungsnahen Demonstratoren erprobt.

 

Zur Person

Jun.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Mönch © Colin Derks Fotografie

Dr.-Ing. Stefan Mönch startet im Dezember 2023 als Juniorprofessor an der Universität Stuttgart und baut die Forschungsgruppe "Smarte Converter für eine emissionsfreie Mobilität der Zukunft" am Institut für Elektrische Energiewandlung IEW auf.

Er hat 2021 zu Galliumnitrid-basierten und integrierten Leistungshalbleiter-Schaltungen promoviert und ist seitdem als Wissenschaftler und Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg tätig, wo er weiterhin für die effiziente elektrische Ansteuerung elektrokalorischer Wärmepumpen im Fraunhofer-Leitprojekt »ElKaWe« tätig ist und als Projektkoordinator das BMWK-Projekt »GaN4EmoBiL« zu 1200-V-GaN-Leistungshalbleitern für Elektromobilität und Systemintegration durch bidirektionales Laden leitet.

Bis 2017 war er akademischer Mitarbeiter am Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme ILH im Bereich schnellschaltender GaN- und SiC-Leistungselektronik an der Universität Stuttgart, wo er zuvor auch seinen Bachelor und Master in Elektro- und Informationstechnik mit Schwerpunkt auf Leistungselektronik und Mikroelektronik absolviert hatte.

Zu seinen wissenschaftlichen Errungenschaften zählen hocheffiziente Spannungswandler und Topologien mit über 99 % Wirkungsgrad, Erkenntnisse zum Einfluss des leitfähigen Siliziumsubstrates auf das Schaltverhaltens von GaN-on-Si Power ICs, schnellschaltende Gate-Treiber und Halbbrückenschaltungen mit Sub-Nanosekunden Schaltflanken ebenso wie der Funktionsnachweis voll-integrierter GaN-Leistungswandler-Topologien auf einem Chip.

Dr.-Ing. Stefan Mönch hat bereits zahlreiche studentische Abschlussarbeiten betreut und ist von über 60 Publikationen bei etwa 30 Hauptautor. Er hält regelmäßig Vorträge auf internationalen Veranstaltungen und ist im technischen Programmkomitee des diesjährigen IEEE Workshops zu Wide-Bandgap Leistungsbauelementen und Anwendungen.

 

Weiterführende Informationen

Durch die einzigartige Kombination und Vernetzung der Kompetenzen der Hochschul- und Forschungsstandorte Stuttgart und Karlsruhe werden die wissenschaftliche Exzellenz und die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses in Baden-Württemberg gestärkt. Der InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) baut hierfür mehrere Nachwuchsgruppen und Juniorprofessuren an beiden Hochschulen auf.

Zu den Juniorprofessuren und Nachwuchsgruppen des ICM

 

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