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Towards lossless electrical energy converters

Description du projet

Pousser la conversion de l’énergie électrique vers la limite sans perte

Les convertisseurs de puissance modernes atteignent déjà un rendement remarquable, mais des améliorations sont encore possibles. Avec plus de 100 000 GW de convertisseurs installés dans le monde, même de petits gains d’efficacité peuvent entraîner d’importantes économies d’énergie à l’échelle mondiale. Les approches actuelles restent toutefois limitées par les compromis et les progrès progressifs de la technologie des semi-conducteurs. Réaliser une conversion presque sans perte reste l’un des plus grands défis de l’ingénierie électrique. Dans ce contexte, le projet TolleConverter, financé par le CER, explore l’approche du traitement à puissance partielle (PPP). Son objectif est de réduire considérablement les pertes globales. Plus précisément, l’équipe s’appuiera sur des avancées récentes montrant des rendements supérieurs à 99,7 %. L’objectif du projet est de porter l’efficacité de la conversion à 99,9 %. Des pompes à chaleur à semi-conducteurs aux collecteurs d’énergie, TolleConverter ouvrira la voie à une conversion durable et ultra-efficace de l’énergie.

Objectif

"Electrical energy is typically converted four times between source and load, by over 100.000 GW installed converters. Over 99% efficiency is already reality, e.g. in PV inverters, however in a trade-off with power-density and complexity. Thus, most converters stay below the technical performance limits. Incremental advances in semiconductor technology will continuously push these limits’ values, but does not fundamentally change it.
This project takes a disruptive approach, investigating partial-power-processing (PPP): Recently, we operated a 99%-efficient 2-level half-bridge in a multilevel topology, increasing the external capacitive-load charging voltage and power 6-times, while keeping the inner losses almost constant. From 2 to 7 level operation monotonically improved the system efficiency from 99% to over 99.7%. A global maximum was not yet reached. PPP theoretically reduces the losses by a factor of N, if only 1/N of the power is converted by a lossy converter while most power is delivered directly to the load by almost-lossless bypass switches from energy buffers.
The question is: ""How can electrical conversion efficiency be further increased with partial-power-processing, targeting 99.9% for selected loads?”
To approach this “lossless” energy conversion, we will (1) theoretically further investigate PPP and many-level converter topologies, semiconductor devices, and operation parameters, (2) design and characterize converters with two cascaded stages of internally already PPP converter-submodules in a novel way to further improve the system efficiency 3 times (to 99.9%). We will investigate (3) low-voltage (< 100 V), medium-voltage (< 1000 V) and high-voltage (< 10 kV) PPP converters, and cascade them to multiply their benefits. (4) Application to selected, initially capacitive-load applications (electrocaloric heat-pump, pyroelectric harvester, dielectric actuators).
The project will push electrical energy conversion further towards the “lossless” limit."

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

UNIVERSITY OF STUTTGART
Contribution nette de l'UE
€ 1 499 177,00
Adresse
KEPLERSTRASSE 7
70174 Stuttgart
Allemagne
Région
Baden-Württemberg Stuttgart Stuttgart, Stadtkreis
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 499 177,00

Bénéficiaires (1)