Mobile Energiebordnetze
Forschungsgegenstand
Die Anzahl elektronischer Komponenten in Fahrzeugen ist in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. Komplexität, Kosten und Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit lassen sich mit traditionellen Architekturen jedoch kaum mehr beherrschen. Neuere Entwicklungen streben eine deutliche Reduktion der Komponenten an. Man spricht von Zonen- bzw. Zentralarchitekturen, wo alle Funktionen auf wenige Elektroniksysteme konzentriert werden. Eine optimale Elektronikarchitektur verspricht minimale Kosten bei gleichzeitig maximaler Sicherheit, Zuverlässigkeit und die Möglichkeit der Fehlerdiagnose.
Diese Entwicklungen lassen sich in allen mobilen Systemen beobachten. Autos, Flugzeuge, Schiffe und auch Roboter benötigen kosteneffiziente Lösungen bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit und sehr hohen Sicherheitsanforderungen, unter der Einhaltung von Gewichts- und Bauraumgrenzen.
Aktoren und Logikeinheiten teilen sich häufig eine gemeinsame Energie- und Businfrastruktur. Dieser hohe Integrationsgrad reduziert zwar den Verkabelungsaufwand, stellt jedoch vergleichbare Anforderungen an die Spannungsstabilität, elektromagnetische Verträglichkeit und Ausfallsicherheit.
Das Finden optimaler Architekturen ist eine große Herausforderung, die durch immer weiter zunehmende Funktionsumfänge weiter erschwert wird. Um die hohe Komplexität und die verschiedenen Anforderungen bereits im frühen Entwicklungsstadium beherrschen und erfüllen zu können, führt an einer virtuellen und simulationsbasierten Auslegung kein Weg vorbei.
Innerhalb dieses Forschungsschwerpunkts werden Methoden und Prozesse entwickelt, mit denen Energieversorgungsbordnetze mit einer oder mehreren Spannungsebenen (12 V, 48 V, 400 V usw.) unter den Aspekten Spannungsqualität, Kosten, Bauraum und Gewicht optimiert werden können. Außerdem werden Methoden für eine zentralisierte Fehlerdiagnose oder prädiktive Instandhaltung entwickelt und weiter optimiert.
Methoden
Modellbildung und Simulation
Für die mobile DC-Energieversorgungen wird an Modellierungs- und Simulationsverfahren für viele relevante Fragestellungen gearbeitet. Unter anderem werden die folgenden Aspekte betrachtet:
- Stabilitätsbetrachtungen in verschiedenen Arbeitspunkten
- Thermische Belastbarkeit von Leitungsisolationen
- Thermische Belastbarkeit von Steckersystemen
- Signalübertragung/Signalintegrität in Leitungssystemen
- Störpulse in der Energieverteilung, Ursachen und Auswirkungen
- Intelligente elektronische Sicherungen
Messtechnische Analyse
In komplexen Versuchsaufbauten können Bordnetzkonfigurationen untersucht werden. Hierfür stehen die folgenden Komponenten zur Verfügung:
- Quellen bis 500 A und 80 V bzw. 500 V und 30 A
- Elektronische Lasten bis 10 kW, 510 A und 80 V
- AC/DC 4-Quadranten Spannungsverstärker mit 600 A Spitzenstrom und ± 70 V
- Lichtbogenprüfstand für 48 V-Aufbauten
- Hochgenaue Strom- und Spannungsmesstechnik
- Umfangreiche Temperaturmesstechnik
- Konfigurierbare elektronische und intelligente Sicherungen