Eine der zentralen Komponenten von Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist der Inverter – eine Leistungselektronik, die den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Elektromotor wandelt. Daher erfordert das Testen von Invertern eine Batterie– und Motorsimulation.
Batteriesimulationen sind auf dem Markt verfügbar. Je nach Parametern können entweder Standard-Netzteile mit oder ohne Netzrückspeisung oder komplexe leistungsstarke Batteriesimulatoren eingesetzt werden.
Um den Motor zu simulieren, gibt es in der Regel zwei Möglichkeiten: eine einfache passive Last mit Induktivitäten oder einen kostenintensiven leistungsfähigen elektronischen Motorsimulator.
Die Lösung mit passiver Last ist in allen Testbereichen in Produktion, Validierung und Laboren sehr verbreitet. Sie ist kosteneffizient, einfach, aber mit den Nachteilen, wie sie in untenstehender Tabelle aufgelistet sind. Der bei passiver Last sich ergebende geringe Gleichstrom hat den Vorteil, dass relativ kleine Netzteile eingesetzt werden können, aber umgekehrt der DC-Pfad des Inverters nicht unter realen Bedingungen belastet wird.
Bei elektronischen Motorsimulationen ist das Sortiment viel eingeschränkter. Für Hochleistungs-Wechselrichter mit mehr als 100kW sind hochentwickelte Motorsimulatoren von nur wenigen Unternehmen zu Preisen weit über 500.000 € erhältlich. Für viele Anwendungen ist die Funktionalität dieser Simulatoren überdimensioniert, z.B. in Produktionslinien oder Lebensdauertests. Bei letzterem müssen mehrere Inverter parallel getestet werden, was mehrere Motorsimulationen notwendig macht. So wird in Lebensdauertests in der Regel die einfache passive Spulenlösung angewendet.
Eigenschaften
Das Konzept basiert auf der Idee, zwei Wechselrichter direkt gegeneinander zu betreiben – sowohl die drei Motorphasen sind direkt gekoppelt, als auch der DC-Link. Als Batteriesimulator kann ein Standardnetzteil verwendet werden. Bei entsprechender Steuerung des Motorsimulators fließt der Phasenstrom von DUT zum Simulator über die Phasenspulen und zurück zum DUT über den DC-Link und umgekehrt. So wird der DC-Link mit einem realistischen Strom belastet, aber die Energie wird nur zwischen den beiden Wechselrichtern ausgetauscht. Deshalb muss die Batteriesimulation nur die Energie für die Verluste des gesamten Systems liefern. Dies ist einer der wichtigsten Vorteile: Eine relativ kleine Stromversorgung ohne Energierückkopplung ins Netz kann genutzt werden. Mit einer Stromversorgung von nur 20kW können Motoren von ca. 250kW simuliert werden. In den meisten Anwendungen erzeugt der Simulator die induzierte Spannung des Motors und der Prüflinge befindet sich im Stromregelbetrieb und definiert das auf den Motor angewendete Drehmoment. Da das Setup symmetrisch ist, arbeitet entweder der DUT als Generator und der Simulator als Motorlast oder umgekehrt. So können sowohl der Standardmotorbetrieb als auch die Rekuperation simuliert werden.Der Motorsimulator wird in mehreren Lebensdauersimulationsanlagen, EOL-Testern und LV124-Validierungssystemen eingesetzt.
Anwendungsgebiete
Kostengünstiger Motorsimulator für Motoren im Bereich von 10kW bis 600kW
Großer Spannungsbereich 30V bis 1000V DC für BEV-, PHEV- oder MHEV-Inverter
Reelle Ströme sowohl an den Motorphasen, als auch am Batterieanschluss des Inverters
Motor- und Rekuperations-Betrieb
Geringe Stromaufnahme vom Batteriesimulator
6-Phasen-Motorsimulation verfügbar