Direkte modellprädiktive Regelung von Leistungselektronik- Komponenten in Testsystemen für die Fahrzeugelektrifizierung

01.04.2014 - 01.04.2017
Forschungsförderungsprojekt

Die  industrielle  Entwicklung  von  alternativen  Antriebssystemen  erfordert  enorme Anstrengungen in  den Bereichen  Batterietechnologie,  Leistungselektronik,  Elektromotoren  sowie  Verfahren für energieeffiziente Steuerung/Regelung. Der elektrische Energiespeicher spielt dabei eine Schlüsselrolle. Das vorliegende Forschungsprogramm behandelt deshalb neue hochdynamische Testsysteme für genau diese Anwendungsgebiete: Mithilfe von Schaltwandlern (DC-DC converter) sollen sowohl  die  Emulation  als  auch das Testen von  el.  Energiespeichern  in  bisher  nicht  erreichten Dynamikumfängen ermöglicht werden. Das Vorhaben stützt sich dabei auf Resultate eines vorangegangenen Projekts und  auf die Expertise und  Infrastruktur der AVL List GmbH.  Bisherige Testsysteme erlauben entweder hohe Leistungen oder hohe Bandbreiten – aber nicht beides. Das vorliegende Projekt soll genau diese kritische Einschränkung aufheben.

Es werden drei Teilziele verfolgt:

Erstens werden die theoretischen Grundlagen neuer Regelverfahren für den hochdynamischen Betrieb von  Schaltwandlern erarbeitet. Kernthema ist dabei das Prinzip des Finite Control Set Model Predictive Control  (FCS-MPC), eines Verfahrens, welches im Gegensatz zu herkömmlicher Regelung von Schaltwandlern direkt die Schaltzeitpunkte der IGBTs (Insulated-gate bipolar transistor ) der Wandler durch Optimierung bestimmt. Ein derartiges Verfahren kann potenziell die vorhandene Hardware maximal ausschöpfen; aufgrund des hohen Rechenaufwands konnte FCS-MPC bislang aber kaum eingesetzt werden.

Zweitens sollen die neuen Regelverfahren für hochdynamische Batterietestsysteme eingesetzt werden. Insbesondere das Alterungsverhalten und die nutzbare Kapazität von Lithium-Ionenzellen hängen kritisch davon ab, wie dynamisch diese belastet werden. Deshalb wird es erforderlich werden, der Batterie hochdynamische Schaltmuster (sog. current ripple), wie sie bei Belastung durch Umrichter entstehen, aufprägen zu können.

Drittens  sollen  neuen Systeme zur  Emulation  von  Batterien  bzw.  Brennstoffzellen  untersucht werden. Durch  Emulation der realen Batterie mit einem Batterieemulator kann bei der Prüfung von elektrischen Antriebssträngen eine deutlich Zeit- und  Kostenersparnis erzielt werden. Eine zeitaufwändige Vorkonditionierung der Batterien entfällt. Zukünftige Batterieemulatoren müssen den hohen Dynamikumfang einer Batterie z.B. für den Einsatz in LKWs hochpräzise darstellen können.

 

 

Personen

Projektleiter_in

Institut

Auftrag/Kooperation

  • AVL LIST GMBH

Förderungsmittel

  • Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) (Nationale Förderung) Förderschiene Thematisches Programm Förderprogramm Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) Fördergeber Forschungsförderungsgesellschaft Reichweite Nationale Förderung Projekttyp Forschungsförderungsprojekt

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Energy and Environment

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Leistungselektronikpower electronics
Finite Set MPCFinite Set MPC
BatteriesimulatorBattery Simulator
Traktionsbatterietraction battery
alternative Antriebealternative drive trains
Leistungselektronikpower electronics
Finite Set MPCFinite Set MPC
BatteriesimulatorBattery Simulator
Traktionsbatterietraction battery
alternative Antriebealternative drive trains

Externe Partner_innen

  • AVL List GmbH