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Nov 22, 2023

Neuartiger Kondensator zur Verkleinerung der Größe und Reduzierung der Kosten elektrischer Antriebe

Von Veröffentlicht Als Forscher im Bereich Leistungselektronik ist Shajjad Chowdhury spezialisiert

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Als Forscher im Bereich Leistungselektronik konzentriert sich Shajjad Chowdhury auf die Überschreitung der Kapazität. In einem Laborraum im National Transportation Research Center des Energieministeriums im Oak Ridge National Laboratory entwickelt er eine neuartige Kondensator- und Wechselrichterkomponente, die die Größe und Kosten elektrischer Antriebseinheiten verringern wird. Er sieht darin einen möglichen Schritt zur Steigerung der Akzeptanz von Elektrofahrzeugen in den Vereinigten Staaten.

„Der Kondensator (der elektrische Energie speichert) in einem Wechselrichter (die Schaltung, die Spannung liefert) ist im Allgemeinen groß und begrenzt die Leistungsdichte. Ein kleiner Kondensator mit hoher Energiedichte ist erforderlich. Wenn wir einen bauen können, der weniger Platz einnimmt.“ „Das ist es, was wir erreichen wollen“, sagte Chowdhury.

Chowdhurys Kondensatorforschung ist Teil eines größeren Projekts, das er für das Vehicle Technologies Office des DOE leitet und dessen Schwerpunkt auf der Entwicklung eines integrierten Antriebssystems zur Erzielung eines Elektroantriebs mit hoher Leistungsdichte liegt. Chowdhury hat die Aufgabe, Kondensatortechnologien zu identifizieren, zu bewerten und zu integrieren. Bei Erfolg wird diese Forschung von entscheidender Bedeutung sein, um das technische Ziel des DOE für leichte Elektrofahrzeuge zu erreichen, das darin besteht, bis 2025 eine Leistungsdichte von 33 Kilowattlitern für ein 100-Kilowatt-Traktionsantriebssystem zu erreichen.

„Der elektrische Traktionsantrieb des Fahrzeugs ist der Hauptnutzer der gespeicherten Energie“, sagte Chowdhury. „Das Antriebssystem muss mit hoher Effizienz arbeiten, um die Reichweite des Fahrzeugs für die Kapazität der Batterie zu maximieren.“

Chowdhury sagte, dass zukünftige Elektrofahrzeuge einen leistungsstarken, leistungsdichten Traktionsantrieb benötigen, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erweitern und die Marktakzeptanz zu erhöhen.

„Wenn wir mehr Elektrofahrzeuge auf den Straßen wollen, müssen wir auch die Fahrzeugkosten niedrig halten“, fügte er hinzu. „Eine Sache, die die Kosten senken wird, ist die Miniaturisierung des gesamten elektrischen Zugsystems; es geht darum, das interne System kompakter, aber insgesamt effizienter zu machen.“

Chowdhury wurde ausgewählt, um mit hochrangigen Forschern zusammenzuarbeiten und eine wichtige DOE-Initiative zu leiten, da seine Leistungen zu Patenten, mehreren Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und nationaler und internationaler Aufmerksamkeit seitens der Leistungselektronik-Forschungsgemeinschaft geführt haben.

„Ich habe mit Wissenschaftlern zusammengearbeitet, um neue Materialien zu entwickeln, die das Volumen von Elektrofahrzeugkomponenten reduzieren können, und habe dabei dielektrische Materialien auf Verbundbasis untersucht“, sagte er. „Eines der Dinge, auf die ich am stolzesten bin, ist, dass ich eines Tages eine Anfrage von einem angesehenen Nobelpreisträger erhielt, der eine meiner Arbeiten las und über neue Materialien für Leistungselektronik und Traktionsantriebe der nächsten Generation sprechen wollte.“

Chowdhury sagte, es sei diese Art der Anerkennung, die im Verlauf seiner Forschung zwar unerwartet, aber ermutigend sei.

„Es war eine große Sache, die Finanzierung für die Erforschung dieser neuen Materialien und neuen Denkweisen darüber zu bekommen, wie ein Kondensator oder ein elektrischer Antrieb funktionieren kann“, sagte er. „Wenn Ihre Aufgabe darin besteht, etwas zu entwickeln und zu bauen, es zu testen und dann im Grunde eine Richtlinie festzulegen, wie andere es in Massenproduktion für die Kommerzialisierung herstellen können, bedeutet das eine Menge Verantwortung und Druck. Diese Art der Validierung hält Sie motiviert.“

Chowdhurys Fähigkeit, als Elektroingenieur zu schaffen und Innovationen hervorzubringen, entsprang einer künstlerischen Begabung. Chowdhury wuchs in Dhaka, der Hauptstadt Bangladeschs, als Sohn eines Ingenieurs auf und hatte vor, einen ähnlichen Weg einzuschlagen. Die Schulprüfungen führten ihn jedoch fast in eine andere Richtung.

„In der dortigen Schule legt man Prüfungen ab, um den Studienverlauf zu bestimmen, und meine Prüfungsergebnisse bringen mich in den Kunstbereich, nicht in die Naturwissenschaften“, sagte er. „Ich war wirklich verärgert; ich musste eine zusätzliche Prüfung ablegen, um mich für das naturwissenschaftliche Programm zu qualifizieren.“ Chowdhury sagte, er sei in beiden Fächern gut gewesen, aber eine Punktzahl sei etwas höher als die andere.

„Die Prüfungserfahrung in der Schule war ein lebensverändernder Moment für mich“, sagte er. „Ich musste um die Möglichkeit kämpfen, Naturwissenschaften zu studieren. Wenn ich das nicht getan hätte, wäre mein Leben eine andere Geschichte verlaufen.“

Chowdhury studierte anschließend Elektrotechnik und Elektronik an der American International University in Bangladesch, wo er 2009 seinen Abschluss machte. Von dort aus wählte er für sein Aufbaustudium die Liverpool John Moores University im Vereinigten Königreich und erwarb einen Abschluss in Energiewissenschaften und Regelungstechnik. Im Jahr 2016 schloss Chowdhury seinen Doktortitel in Elektrotechnik und Elektronik an der University of Nottingham im Vereinigten Königreich ab

Während er nach seinem Abschluss weiterhin als wissenschaftlicher Mitarbeiter in Nottingham arbeitete und sich auf Leistungselektronik und elektrische Antriebe konzentrierte, behielt er die Möglichkeit im Auge, ähnliche Forschungen in einer Laborumgebung durchzuführen, der Art von Umgebung, die er laut Chowdhury brauchte, um die Erprobung seines Romans zu unterstützen Konzepte.

„Ich war durch meinen Schwiegervater, der in den Vereinigten Staaten als Architekt arbeitete, auf das Oak Ridge National Laboratory und seine Forschung zum kabellosen Laden aufmerksam geworden“, sagte er. „Dann arbeitete ein Freund aus Nottingham, den ich auf einer Konferenz traf, bei Oak Ridge in der gleichen Gegend, in der ich arbeiten wollte. Er teilte mir mit, dass in seinem Team eine Stelle frei sei, also bewarb ich mich schnell, und 2018 wurde ich eine Stelle.“ hier ist ein Forscher für Elektroantriebe. Alles passte einfach schnell zusammen.“

Seitdem, so Chowdhury, habe das Labor die richtige Struktur und die richtigen Ressourcen bereitgestellt, um seine Forschungsziele zu erreichen. Während er sich hauptsächlich auf den Bodentransport konzentriert, richtet Chowdhury seine Aufmerksamkeit auch auf den Himmel.

„Als nächstes schaue ich mir die Elektrifizierung von Flugzeugen an. Ich habe an der Elektrifizierung von Flugzeugen gearbeitet, als ich Teil eines Luft- und Raumfahrtforschungsteams in Nottingham war“, sagte er. „Es wird eine Herausforderung sein, weil die Risiken groß sind; die Sicherheit ist von entscheidender Bedeutung. Die Vorteile sind auch großartig, denn wenn wir Flugzeuge elektrifizieren können, reduzieren wir die CO2-Emissionen weltweit weiter. Das ist etwas, dem ich mich wirklich verschrieben habe, weil ich Ich habe eine zukünftige Generation, um die ich mir Sorgen mache, und dazu gehört auch meine Tochter. Meine Forschung hier kann globale Auswirkungen haben und sogar meine Familie in Bangladesch erreichen.“

UT-Battelle verwaltet ORNL für das Office of Science des Energieministeriums, den größten Einzelförderer der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den Vereinigten Staaten. Das Office of Science arbeitet an der Bewältigung einiger der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit. Weitere Informationen finden Sie unter energy.gov/science.

Mit freundlicher Genehmigung des Oak Ridge National Laboratory.

Die Mission des US-Energieministeriums besteht darin, Amerikas Sicherheit und Wohlstand zu gewährleisten, indem es seine energie-, umwelt- und nuklearen Herausforderungen durch transformative wissenschaftliche und technologische Lösungen angeht. Erfahren Sie mehr.

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