Vid sin disputation den 8 april 2019 försvarade kraftkonstruktören Edvin Risseh sin avhandling Waste-heat Recovery Using Thermoelectricity and Silicon Carbide Power Electronics.

Energianvändningen i världen har ökat stadigt under det senaste seklet då både världens population samt energin som används per capita har ökat. Fortfarande kommer den största delen av energin som används från fossila energikällor. Av den totala energin som användes under år 2016 kom mer än 130 PWh från fossila källor. Om man ska klara av klimatmålen som ställts måste världens energianvändning minskas kraftigt samt effektiviseras i större utsträckning än det görs idag. Efter energisektorn är transportsektorn den största källan av utsläppet av växthusgaser. Inom EU är transportsektorn ensam ansvarig för 20 % av de totala CO2-utsläppen. Detta beror till stor del på den låga (30 %) verkningsgraden hos förbränningsmotorer som används i fordon.
I sin avhandling behandlar Edvin bland annat termoelektrisk energiomvandling från spillvärmen i avgassystemet i tunga fordon. Utan en passande omvandlartopologi som kontrollerar och justerar effekten, skulle en stor del av den utvunna effekten från en termoelektrisk generator (TEG) försvinna i form av värme-förluster. Som del av avhandlingen utvecklades en effektomvandlare som klarar av bilindustrins krav med 98 % verkningsgrad. Denna testades sedan på en Scania-lastbil.
En TEG kan bestå av flera hundra termoelektriska moduler (TEM) och utan korrekt koppling, kan de termiska förlusterna bli så stora att uteffekten från en TEG kan bli obetydlig och i värsta fall även leda till högre bränsleförbrukning.
I avhandlingen har möjligheterna till att använda kiselkarbidtransistor (SiC) av MOSFET-typ undersökts. I högspända applikationer kommer SiC MOSFET:ar att ersätta kisel (Si) IGBT:er i effektomvandlare då denna teknologi ger avsevärt högre verkningsgrad. I lågspänningsapplikationer används dock Si MOSFET:ar ofta, och det har inte funnits några självklara fördelar med att ersätta de lågspända Si MOSFET:arna med högspända SiC MOSFET:ar. I avhandlingen visas det att det finns fördelar med att använda SiC MOSFET:ar även för lägre spänningar. SiC MOSFET:ar har exceptionella egenskaper som dock inte kan utnyttjas fullständigt idag eftersom det fortfarande används äldre, icke-anpassade kåpor som är lämpade för Si komponenter. Som del av avhandlingen konstruerades en halvbrygga med 4st. SiC MOSFET med nakna chip. Dessa testades sedan med mycket goda resultat när det gäller switchförluster.
Avhandlingen har tre delar. I första delen introduceras termoelektricitet. I andra delen redovisas resultaten från återvinning av spillvärmen, med hjälp av TEG och dess elektriska anordning i Scania lastbilen. Här presenteras även omvandlarens verkningsgrad med Si- och SiC MOSFET:ar. Slutligen presenteras användningen av SiC MOSFET:ar, dess fördelar samt förslag på förbättring för att minska switchförlusterna med 60 %.
Edvin är sedan 2018 anställt som kraftkonstruktör vid EK Power Solutions i Stockholm.

Filed under: SvenskTeknik