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Antriebskomponenten für energieeffizienten Hybridantriebs-Prüfstand

Ausgangslage

Der Elektromotor ist eine der wichtigsten Komponenten von Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Deshalb kommt dem Prüfen dieser Antriebskomponente während der Entwicklung und später bei der Serienproduktion eine besondere Bedeutung zu.

Aufgabenstellung

Aufbau eines energieeffizienten Prüfstands für Hardware in the Loop-Tests von Elektromotoren mit hohen elektrischen Frequenzen. Getestet werden hochpolige PM-Synchronmotoren für den Einsatz in Hybridantrieben. Der Prüfstand umfasst folgende Komponenten: den Umrichter und den Elektromotor der Lastseite sowie den Umrichter des Prüflings. Hinzu kommt die Hochvolt-Spannungsversorgung zur Simulation der Batterie. Besonderes Augenmerk liegt auf der Skalierbarkeit des Prüfstands für das Testen zukünftiger Antriebssysteme.

Umsetzung

Den Antrieb der Lastmaschine übernimmt ein VECTODRIVE® VD600 400A1 Umrichter. Die Lastmaschine stammt von unserem Motorenpartner, der ATE Antriebstechnik und Enwicklungs GmbH, und ist als PM-Synchronmaschine ausgeführt. Auf der Prüflingsseite kommt ebenfalls ein VECTODRIVE® VD600 400A1 Umrichter zum Einsatz. Lastmaschine und Prüfling sind mechanisch gekoppelt und arbeiten entsprechend motorisch bzw. generatorisch. Auf der elektrischen Seite schließt eine ARADEX DC-Quelle den Energiekreis. Durch den Einsatz der ARADEX DC-Quelle kann die Spannung auf der Prüflingsseite entsprechend den späteren Verhältnissen im Fahrzeug simuliert werden.

Ergebnisse

Durch den geschlossenen Energiefluss verbleibt die zur Prüfung benötigte Energie im Prüfstandsystem - lediglich die Verluste werden dem Stromnetz entnommen. Diese entsprechen nur einem Bruchteil der gefahrenen Leistung. Der Anwender spart Energie und Kosten, denn er benötigt nur eine Netzanbindung mit geringer Leistung zur Deckung dieser Verluste. Das System wurde in verschiedenen Ausführungen realisiert: z.B. mit Leistungen von 170 kW bei einer Drehzahl von 14 000 U/min oder mit 250 kW bei 15 000 U/min oder 120 kW bei 18 000 U/min. Die sehr dynamische und doch präzise Stromregelung des Antriebsmanagements VECTO-IDM® verkürzt die Prüfzeit der Elektromotoren, da die Prüfpunkte schneller und genauer angefahren werden können.

Die ausgewiesenen Marken gehören ihren jeweiligen Eigentümern.