Programm

The efficient cooling of power electronics in drive systems is critical for maintaining performance, reliability, and longevity. This presentation explores an innovative approach to cooling that leverages dynamic power and thermal management across components like IGBT or SiC modules. By optimizing thermal loads and integrating shared cooling resources, this method enhances overall system efficiency and reduces the risk of overheating. The study examines various configurations to achieve optimal cooling performance, highlighting the benefits of advanced, integrated cooling solutions. Results demonstrate significant improvements in temperature regulation, showcasing the potential of dynamic cooling as a transformative strategy for power electronics in drive systems. This approach not only ensures better thermal management but also contributes to the overall sustainability and performance of advanced drive systems.

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Integrierte mechatronische Antriebe erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Bei der Entwicklung eines geregelten elektronisch kommutierten (EC-) Antriebs stellt die Auswahl des Sensors eine besondere Herausforderung dar. So ist als Beispiel für einen geregelten Schrittmotor wegen der hohen Polzahl eine hohe Auflösung und hohe Genauigkeit notwendig. Einfache und kostengünstige magnetische Lösungen sind hier häufig nicht geeignet. Zudem erfordern verfügbare Motion-Controller häufig einen inkrementellen ABN/ABZ-Eingang. Ein neues induktives Sensor-System bietet neben hoher Auflösung und Genauigkeit nun sowohl die absolute Position über SPI als auch inkrementelle Quadratur-Encoder-Signale. In der Fertigung können Kosten eingespart werden, da dieses System nicht kalibriert werden muss.

Zahlreiche Entwurfsentscheidungen für den Wechselrichter wirken sich auf die Leistung und die Betriebskosten des gesamten Antriebssystems aus. Um die Auswirkungen der gewählten Bauelemente, Schaltfrequenzen, PWM-Algorithmen, Totzeiten und anderer Parameter auf Motorverluste, Geräusche & Vibrationen, sowie das Regelungsverhalten zu verstehen, ist ein systematischer und automatisierter Ansatz erforderlich. Eine der größten Herausforderungen ist die benötigte Rechenzeit für Simulationen. Eine vollständige Finite-Elemente-Analyse (FEA) des Motors zusammen mit dem Wechselrichter benötigt besonders für mehrere Konfigurationen sehr viel Zeit. Ein weniger genaues FEA-Modell kann die erforderlichen Erkenntnisse liefern und den Fokus für eine vollständige FEA bestimmen, wobei die gleichen Kurvenformen wie beim Modell mit geringerer Genauigkeit verwendet werden. Mit einem besseren Verständnis der Systemeffizienz an den gewünschten Arbeitspunkten oder in den Antriebszyklen ermitteln wir einen besseren Kompromiss zwischen Anschaffungskosten und Betriebskosten. Dadurch können Konstrukteure höhere Kosten und effizientere Komponenten rechtfertigen oder begründen, weshalb diese zusätzlichen Kosten vermeidbar sind. In diesem Vortrag präsentieren wir Strategien, Erkenntnisse und Arbeitsabläufe, die unsere Simulationslösungen für die Leistungselektronik und Niederfrequenz-FEA für Elektromotoren in einem automatisierten Ansatz mit unserem Optimierungswerkzeug kombinieren.

Eine in der Automobilindustrie etablierte Methode zur Validierung von Steuergeräten für elektrische Antriebe ist die Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL). Hierbei wird das physikalische Verhalten des Antriebs mittels einer Echtzeitsimulation an den Ein- und Ausgängen des Steuergeräts nachgebildet. Aufgrund der hohen Anzahl verschiedener Typen von elektrischen Antrieben und immer komplexeren Regelverfahren, erhöhen sich die Anforderungen an die entsprechenden Echtzeitmodelle bezüglich Konfigurierbarkeit und Modellgüte. Um diesen Anforderungen gerecht zur werden, wurde das so genannte „Generic Drive Model“ (GDM) entwickelt, das echtzeitfähige Modelle jeglicher Antriebskonfigurationen mit flexibel definierbaren Detaillierungsgrad für die Implementierung auf einem FPGA bereitstellt. In diesem Vortrag wird der generische Modellierungsansatz vorgestellt sowie eine Übersicht über die möglichen Antriebskonfigurationen und mathematischen Beschreibungen gegeben. Darüber hinaus werden auf die Implementierung und Bedienung des Tools eingegangen und Anwendungsbeispiele präsentiert.

Digitalisierung und Elektrifizierung sind Wegbereiter für die Transformation zu einer nachhaltigen und klimaneutralen Wirtschaft und Gesellschaft. Digitale Produktpässe können bei richtiger Ausgestaltung – dezentral und sektorspezifisch – zu einem verbesserten Informationsfluss über den gesamten Produkt-Lebenszyklus beitragen. Die Einführung eines solchen Digitalen Produktpasses, wie er aktuell unter dem Gesetzesentwurf für die EU-Ökodesign-Verordnung diskutiert wird, sollte so ausgestaltet werden, dass die Bedürfnisse der gesamten Produktregulierung EU-weit einheitlich adressiert werden.

Der ZVEI hat mit dem Konzept „DPP 4.0 – Der Digitale Produktpass für Industrie 4.0“ für industrielle Anwendungen (B2B-Bereich) einen dezentralen Lösungsansatz für einen digitalen Produktpass auf Basis sog. Teilmodelle der Verwaltungsschale (IEC 63278-1) entwickelt und die Anwendbarkeit im Rahmen eines Pilotprojektes zum digitalen Typenschild erfolgreich demonstriert.

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Studierende der Hochschule Offenburg haben beim Projekt "Schluckspecht" die Möglichkeit - im Rahmen von Wahlpflichtfächern bis zu Abschlussarbeiten - theoretisches Wissen in die Praxis umzusetzen und bei dem Bau eines hocheffizienten Fahrzeuges, mit dem beim Shell Eco-marathon teilgenommen wird, mitzuwirken. Das Fahrzeug in der Kategorie "Prototype", der "Schluckspecht 6" ("S6"), verfügt dabei über einen batterie-elektrischen Antriebsstrang.

In diesem Vortrag wird die von Studierenden der Hochschule Offenburg durchgeführte Entwicklung dieses Fahrzeugs - mit Fokus auf dem elektrischen Antriebsstrang und der speziell dafür entwickelten und gefertigten Leistungselektronik -  dargestellt.

Wie wäre es, wenn die Konstruktion nicht mehr darin besteht, einen Motor, ein Getriebe und ein Gehäuse zu definieren – sondern lediglich den Weg zur angestrebten Lösung?

In dem Vortrag wird eine Methode zur automatisierten Entwicklung von elektrischen Antriebskonzepten präsentiert. Es werden dabei Einblicke in einen durchgängigen Prozess zur Dimensionierung, Auslegung und Konstruktion von Antriebskomponenten mit der Software Synera gegeben. Mit dem Ansatz des Connected Engineering soll gezeigt werden, wie bestehende Toollandschaften miteinander verknüpft werden können. Dies ermöglicht ein Frontloading in frühen Konzeptphasen, was die Entwicklungszeit stark verkürzen kann.

With the increasing adoption of battery electric vehicle (BEV), there is an ever increasing focus on their driving range in order to reach an optimum cost-performance ratio. Traction inverter and motors consume over 30% of the overall electrical losses in a battery electric vehicle (BEV). Therefore, optimizing them is important. Due to their unipolar behavior, SiC Mosfets help in reducing power losses by over 50% typically compared to IGBTs. However, the high switching speeds of SiC can seldom be reaped due to system constraints, e.g., dv/dt slew rate limitation due to the motor winding insulation, leaving a significant potential untapped. This talk presents these system-dependent challenges limiting the full-utilization of SiC. An advanced inverter topology is presented which can help to overcome the classical trade-off between switching speed and dv/dt slew rate. This topology also offers soft switching, which helps to significantly reduce switching losses. As a result, an inverter system efficiency of over 99% is reached.