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antriebstechnik 7/2016

antriebstechnik 7/2016

FVA AKTUELL

FVA AKTUELL Zuverlässigkeit Leistungselektronik Im ersten Teilabschnitt erfolgt die Untersuchung des Einflusses überlagerter passiver Temperaturzyklen auf aktive Lastwechsel von Leistungshalbleiterbauelementen. Hierfür wird das Konzept eines bestehenden Lastwechselversuchsstandes so erweitert, dass durch Variation der Temperatur des Kühlmediums passive Temperaturwechsel während der aktiven Lastwechsel möglich sind. Im Weiteren wird ein Ansatz vorgestellt, welcher die Bewertung der Zuverlässigkeit von Leistungshalbleiterbauelementen in Abhängigkeit der Anwendung illustriert. Forschungsvorhaben FVA 634 II Die vorgestellte Systemsimulation für IGF-Nr. 20 LBR einen beispielhaften Fahrzyklus mit einem Elektrotraktionsantrieb liefert ein Temperaturprofil. Die Klassifizierung des Temperaturprofils stellt die Basis für definierte Lastwechselparameter dar, welche mit Lebensdauermodellen aus der Literatur zu berechnen sind. Für die praktischen Untersuchungen mittels beschleunigter Tests wird das Konzept einer Testumgebung und dessen reale Umsetzung vorgestellt. Mit dieser Testumgebung werden exemplarisch Lastwechsel durchgeführt, welche in dem Forschungsheft aufgezeigt und ausgewertet werden. Mit der vorgestellten Testumgebung ist eine flexible Möglichkeit zur systematischen Untersuchung der Lebensdauer von Leistungshalbleiterbauelementen umgesetzt. Es werden typische Fehlermechanismen von Leistungshalbleiterbauelementen zusammengefasst, wie sie in aktiven Lastwechseln zur Untersuchung solcher Bauelemente auftreten können. Weiterhin wird für die Auswertung von aktiven Lastwechseltests eine Methode illustriert, mit welcher während der aktiven Lastwechsel eine zerstörungsfreie Analyse von Fehlern möglich ist. Diese Methode ist geeignet, Schwachstellen im System Leistungshalbleiterbauelement aufzudecken, um so gezielt Verbesserungen in der Aufbau- und Verbindungstechnik vornehmen zu können. Die praktische Umsetzung eines erweiterten Konzeptes der oben erwähnten Testumgebung wird gezeigt. Mit Hilfe dieser erweiterten Testumgebung wird die Methode der zerstörungsfreien Analyse am Beispiel weiterer Lastwechsel illustriert. Das IGF-Vorhaben 20 LBR der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autor: Folkhart Grieger, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Institut für elektrische Energiesysteme Kontakt: Alexander Raßmann (FVA), Tel.: 069/6603-1820 Kühlkonzepte-/ Wärmemanagement, PlugIn Das Thermomanagement von elektrifizierten Fahrzeugen stellt einen wichtigen Bestandteil zur ganzheitlichen Effizienzsteigerung elektrifizierter Fahrzeuge dar. Die Komponenten- und Innenraumtemperierung führt im Winter zu einer deutlichen Reduzierung der elektrischen Reichweite. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Umsetzung neu artiger Kühl- und Heizkonzepte elektrischer Antriebsstrangkomponenten und neuer aktiver und passiver Klimatisierungsansätze der Fahrgastzelle für elektrifizierte Fahrzeuge an einem Versuchsträger, zu untersuchen. Dafür wurde zunächst ein geeignetes Kühlkreislaufverschaltungskonzept für das Versuchs-fahrzeug ausgewählt, um die Abwärme in einem Niedertemperaturflächenheizsystem nutzen zu können. Für eine thermische und hydraulische Charakterisierung wurde das Fahrzeug bei unterschiedlichen winterlichen Umgebungsbedingungen und Leistungsanforderungen vermessen. Dabei wurde das nutzbare Abwärmepotential der Kühlkreisläufe bestimmt. Für die Abwärmenutzung wurde ein neuartiges fluidisches Temperiersystem entwickelt und in die Sitze und den Fußraum integriert. Dieses besteht aus adaptierten Kapillarrohrmatten aus der Gebäudetechnik. Das Flächenheizsystem stellt eine aktive Maßnahme zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs des Versuchsfahrzeugs dar. Es zeigt sich, dass aufgrund des langsamen Aufheizvorgangs des E-Maschinenkreislaufs eine Abwärmenutzung mit der Fluidheizung nur bei längeren und höherlastigen Fahrten möglich ist, weshalb für eine körpernahe Temperierung aktiv zugeheizt werden muss. Nach der Aufheizphase lassen sich hier aber merkliche Ein sparungen erzielen. Durch den Einsatz einer Wärmepumpe lässt sich die Abwärme direkt nutzen, indem diese auf ein nutzbares Temperaturniveau anhoben wird. Außerdem ist auch eine Flächenkühlung mit dem System möglich, welche aber im Zuge dieses Projektes nicht experimentell untersucht wurde. Als weitere Maßnahme zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs wurden geeignete Wärmedämmmaterialien ausgewählt und die Fahrzeugumschließungsflächen mit diesen ausgestattet. Insbesondere im Umluftbetrieb führt diese Maßnahme zu merklichen Einsparungen des Heizwärmebedarfs. Im Frischluftbetrieb dominieren die Ventilations- und Leckageverluste, so dass die Einsparungen hier geringer ausfallen. Die Ergebnisse wurden dazu genutzt, um die in der ersten Projektphase entwickelten Modelle in Form eines virtuellen Demonstrators zu erweitern und zu validieren. Der virtuelle Demonstrator ermöglicht die Einbindung der Mess- und Forschungsergebnisse aller beteiligter Forschungsstellen für eine ganzheitliche Betrachtung. Aufbauend darauf wurde eine optimierte, wärmegeführte Betriebsstrategie für das Versuchsfahrzeug mit Range Extender entwickelt, welche gemittelt mit der Häufigkeitsverteilung der Umgebungstemperaturen über das Jahr Einsparungen der Betriebskosten des Fahrzeugs ermöglicht. Das IGF-Vorhaben LN-21 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autor: David Hemkemeyer, RWTH Aachen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen, VKA Kontakt: Alexander Raßmann (FVA), Tel.: 069/6603-1820 Forschungsvorhaben FVA 635 II IGF-Nr. 21 LN 6 antriebstechnik 7/2016

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