E-Motor Emulation
Use Cases
Use Case 1
Concurrent Engineering
Wie kann der Inverter getestet werden, wenn E-Motor und Getriebe noch nicht verfügbar sind?
Im Regelfall gibt es mehrere Entwicklungsteams, die an der Gesamtkonstruktion des Antriebsstrangs arbeiten – für den E-Motor, den Inverter und das Getriebe. Jedes Team möchte seine Komponenten vollständig und unabhängig voneinander testen und entwickeln, obwohl diese letztendlich gemeinsam im Antriebssystem zusammenwirken müssen.
Die Abhängigkeit für den Inverter ist hierbei enorm, da kein Test ohne einen vorhandenen E-Motor durchgeführt werden kann. Dazu kommt, dass das erste Muster eines E-Motors nie den genauen Spezifikationen (z. B. Drehzahl, Drehmoment) entspricht. Dennoch muss der Inverter bereits auf die Spezifikation des E-Motors hin entwickelt werden. Das Ziel ist es folglich, möglichst geringe Abhängigkeiten zu erreichen.
Das AVL Inverter TS ermöglicht eine hochgenaue E-Motor-Emulation, sodass kein realer E-Motor, sondern nur die Motordaten benötigt werden. Nur wenige Parameter reichen aus, um mit dem Testprozess zu starten. Weitere Daten können in Folge durch FMEA oder Motorparametrierung generiert werden.
Das bedeutet, dass die Entwicklung des Inverters unabhängig auf einem Inverter Testsystem und somit parallel zu den anderen Komponenten durchgeführt werden kann. Auf diese Art geht nicht zu viel wertvolle Zeit verloren, bis dann die finale Integration aller Komponenten in einen Antriebsstrang abgeschlossen werden kann.
Use Case 2
Batteriekosten
Wie kann der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs optimiert werden?
Die Reichweite eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor kann durch einen größeren Tank erhöht werden. Bei einem batterieelektrischen Fahrzeug müsste die Batteriekapazität aufgestockt werden, um eine höhere Reichweite zu ermöglichen. Dies ist jedoch sehr teuer, da die Batteriekosten in einem elektrifizierten Fahrzeug wesentlich sind.
Es ist wichtig zu wissen, dass jede Komponente im Antriebsstrang Energie verliert (meist in Form von Wärme). Wenn der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs verbessert wird, ist es möglich, die Reichweite mit einer kleineren Batterie konstant zu halten. Dies kann durch optimierte Regelungsmethoden des Inverters, die zu einer Steigerung des Wirkungsgrads führen, erreicht werden.
Das AVL Inverter TS ist das richtige Tool, um die Regelungsstrategie des Inverters zu optimieren, was zu einer allgemeinen Effizienzsteigerung des gesamten Antriebsstrangs führt. Der erhöhte Wirkungsgrad führt dann wiederum zu Kosteneinsparungen bei der Batteriekonstruktion oder zu einer erhöhten Fahrreichweite.
Das bedeutet, dass unsere Kunden durch die Optimierung der Betriebsstrategie des Inverters auch bei anderen Komponenten Geld sparen können. Zudem ist es auch möglich, Rückschlüsse auf den E-Motor oder das Batteriemanagementsystem zu ziehen. Darüber hinaus ist es immer eine Frage der Gesamteffizienz des Antriebsstrangs und des Zusammenspiels aller einzelnen Komponenten, um dem Endkunden ein kostenoptimiertes Fahrzeug anbieten zu können.
Use Case 3
Motortoleranzen
Wie können Fertigungstoleranzen des E-Motors im realen Fahrzeug gehandhabt werden?
Bei der Herstellung von E-Motoren gibt es immer einen Toleranzbereich, der oft bis zu ± 10 % des Nominalwerts beträgt. Diese Toleranzen ergeben sich aus der Nutzung und Alterung der Produktionswerkzeuge, die während des Fertigungsprozesses eingesetzt werden.
Eine Verringerung oder Vermeidung von Toleranzbereichen würde zu höheren Produktionskosten führen, da die Werkzeuge früher ausgetauscht werden müssten. Noch schlimmer ist jedoch, dass Toleranzen zu Problemen bei der Regelung im Antriebsstrang und möglicherweise zu Ausfällen führen.
Die Motortoleranzen sind nie vollständig bekannt, aber für die Prüfung mit dem AVL Inverter TS und einem realen Umrichter können die angegebenen Fertigungstoleranzen angenommen werden.
Wie funktioniert das im Detail? In FEM-Simulationen können die bekannten Abweichungen gezielt eingebracht werden. Die im Testsystem verwendeten Kennfelder werden dann gezielt generiert und bilden somit diese Toleranzen ab. Grundsätzlich geht es darum, dass man das Prüfsystem so parametrieren kann, dass die Abbildung des weitesten Nominal-E-Motors erlaubt ist. Beim Inverter TS ist der Inverter immer geschützt – und Sie können ihn schnell und einfach für jeden E-Motor optimieren, ohne das Risiko, den Prüfling zu beschädigen.
Das Ergebnis ist ein perfektes Fahrgefühl für den Fahrer – trotz vorhandener oder zu vermeidender E-Motor-Toleranzen.
Use Case 4
Inverter Fehlerreaktion
Wie kann das Verhalten des Inverters bei verschiedenen Fehlersituationen wie Kabelbruch oder Kurzschluss bewertet werden?
Im Allgemeinen ist das Testen von Fehlerreaktionen des Inverters auf einem rotierenden Prüfstand mit einem realen E-Motor entweder sehr begrenzt oder gefährlich und kann zur Zerstörung des Inverters und des Elektromotors führen.
Darüber hinaus können einige Fehlersituationen nicht einmal in einem realistischen Testaufbau durchgeführt werden und führen zu falschen Ergebnissen. Diese Fehler können von Kabelbrüchen und Kurzschlüssen bis hin zu Rotorsensor- und E-Motor-Fehlern reichen.
Mit dem AVL Inverter TS können alle Arten von Fehlertests durchgeführt werden, die in einem realen Fahrzeug auftreten können und in denen der Inverter richtig reagieren muss. Das Failure Emulation Cabinet (FEC) bietet eine einfache, sichere und reproduzierbare Emulation von Fehlerszenarien im Hochspannungskreis. Auf Grundlage der Diagnose der Inverterreaktion kann ein ideales Fahrzeugverhalten in diesen Fehlersituationen umgesetzt werden.