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Elektromobile schneller entwickeln mit integrierter Prüf- und Testumgebung

02.06.2017

Leistungsmodule regeln die effiziente Energieversorgung des Antriebs, der Batterie und der Bordelektronik. Entsprechend hoch sind die Ansprüche im Fahralltag, wo die leistungselektronischen Komponenten hohen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt sind, dazu noch überlagert von Vibrationen aus dem Fahrbetrieb. Bislang gab es keine in sich geschlossene Methodik, welche die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Leistungselektronik bewertet. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Verbund-Projekts „Integrierte Prüf- und Testumgebung für Leistungselektronik“ (InTeLekt) hat das Fraunhofer LBF eine neue Prüfumgebung entwickelt, die diese Lücke schließt.

Die im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelte neuartige experimentelle Testumgebung bringt alles unter ein Dach: die schädigungsrelevante Kombination der Lasten, deren prüfstandstechnische Abbildung und ihre numerische Simulation.


Der neue Prüfstand im Fraunhofer LBF kombiniert mechanische Vibrationsbelastung und elektrothermische Belastung zu einem realitätsnahen Lastprofil

Foto: Fraunhofer LBF, U. Raapke

Sie ermöglicht es, den Inverter des Elektrofahrzeugs realitätsnah zu betreiben, indem die Batterie und die E-Maschine nachgeahmt werden. Weil Szenarien aus dem Fahrbetrieb zum Einsatz kommen, lassen sich realistische thermomechanische Lastzustände der Elektronik experimentell simulieren. Zeitgleich können mechanische Vibrationen aufgeprägt werden.

Es ist somit möglich, das gesamte Belastungskollektiv, das aus dem elektrothermischen und dem Vibrationsanteil besteht, realitätsnah experimentell zu simulieren. Künftig werden die Ergebnisse dazu beitragen, den Entwicklungsaufwand zu reduzieren, da die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Designvarianten in früheren Stadien bewertet werden können. Insbesondere für Entwickler aus der Automobilbranche verkürzen sich dadurch die Entwicklungszeiten.

Parallel zur experimentellen Testumgebung entwickelten die Darmstädter Forscher zusammen mit den Projektpartnern eine numerische Simulationsumgebung. Dafür erarbeiteten sie Methoden, mit denen sie den Schädigungseintrag durch Vibrationen in elektronische Bauteile simulieren.

Für die betrachtete Gatetreiberplatine entwickelten sie eine Schädigungslandkarte, mit der sich kritisch belasteter Bereiche der Platine vorab bewerten lassen. Darauf aufbauend lassen sich kritische Bauteile einer gesonderten, detaillierteren Simulation unterziehen, um für diese eine quantitative Ausfallwahrscheinlichkeit abzuschätzen.

Weitere Informationen:

http://bit.ly/intelekt

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fraunhofer.de

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