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.
