Architekturdesign eines Leistungswechselrichters

Kunde

Eines der führenden europäischen Tier-1-Unternehmen der Automobilbranche.

Herausforderung

Der Kunde wandte sich an uns, um die Architektur eines Leistungswechselrichters für eine 48-V-Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug-Anwendung (MHEV) zu entwickeln. Wir konnten die Spezifikation der elektrischen Maschine analysieren und die Architektur der Leistungsstufe vorschlagen, einschließlich der Berechnung der Leistungsverluste und der Simulation der Performance bei verschiedenen Fahrprofilen. 

Lösung

1. Definition der Architektur

Wir analysierten verschiedene Patente und fertige Designlösungen auf Kundenseite, um die Architektur des Leistungswechselrichters auszuwählen und zu dokumentieren. Darauf aufbauend wurde das PLECS-Modell des Wechselrichters erstellt.

2. Komponentenauswahl

Anschließend analysierten wir die Bauteilbasis für die ausgewählte Architektur und berücksichtigten dabei sowohl die am Markt verfügbaren Komponenten als auch die neuesten Komponenten, die noch nicht auf dem Markt erhältlich waren. Diese Informationen erhielten wir von unseren Partnern, den globalen Technologieanbietern.

3. PLECS-Simulation

Im nächsten Schritt entwickelten unsere Ingenieure PLECS-Modelle auf Basis der ausgewählten Komponenten. Mithilfe der erstellten Modelle berechneten wir die Wärmeabgabe der Leistungseinheit während des Betriebs unter verschiedenen Lasten. Die Lastprofile wurden aus der Motorspezifikation abgeleitet und in PLECS simuliert.

4. Simulink-Simulation

Auf Basis der Wärmeabgabewerte erstellten wir ein vorläufiges Simulink-Modell zur Simulation eines Flüssigkeitskühlsystems. Dabei wurden die Oberfläche der Kühlkammer und die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels berücksichtigt. Auf diese Weise schätzten wir den Temperaturanstieg der Leistungsstufe mit ausreichender Genauigkeit ab.

5. Analyse aller Fahrprofile und BOM-Optimierung

Mithilfe unseres PLECS- und Simulink-Modells simulierten wir die bereitgestellten Fahrprofile mit verschiedenen Leistungsmodulen und unterschiedlicher Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren. Auf Grundlage der Ergebnisse zum Temperaturanstieg optimierten wir die Anzahl der parallel benötigten Komponenten, um die 16-kW-Last der elektrischen Maschine zu bewältigen. Dadurch wurde eine optimale Übertemperaturbelastung für unsere Leistungsmodule sichergestellt. 

Außerdem wurde die Anzahl der Zwischenkreiskondensatoren nicht nur im Hinblick auf die erforderlichen Temperaturen, sondern auch auf die simulierten Werte des Rippelstroms optimiert.

Geschäftlicher Nutzen

Unser Kunde erhielt eine vorläufige Komponentenliste und die Architektur des Leistungswechselrichters.

Die wichtigsten Vorteile des Projekts:

• Enge Zusammenarbeit mit einem technischen Berater auf Kundenseite.
• Präzise Modellierung des Kühlsystems mit Simulink- und PLECS-Modell.
• Arbeit mit den neuesten Komponenten, die direkt von den Herstellern bezogen wurden.