BPZSe: Prüfkapazitäten im Bereich Elektromobilität

Drei technologische Innovationen versprechen eine völlig neue automobile Realität. Das autonome Fahren, die Elektrifizierung und das Phänomen Big Data.

Die Elektromobilität gilt als zentraler Baustein eines nachhaltigen und klimaschonenden Verkehrssystems auf Basis erneuerbarer Energien, wie es mit der Verkehrswende angestrebt wird.

Mit BPZSe reagieren wir auf die rasante Entwicklung und schaffen für unsere Auftraggeber Kapazitäten, für gezielte Qualifizierungsprüfungen sowie Design- und Produktvalidierungen, im Bereich der E-Mobilität. Unser BPZSe Prüffeld verfügt über eine Grundfläche von insgesamt 600m².

1. Auszug typischer Prüflinge

• Elektrische Achsantriebe (E-Maschinen) 
• Hbyridmodule
• Elektrische Teilkomponenten wie DC/DC-Wandler
• Hochvolt-Batterien
• Batterie-Ladestationen
• Brennstoffzellen

2. Auszug typischer Prüfverfahren

• Temperaturwechseldauerläufe (PTCE)
• Hochtemperaturdauerläufe (HTOE)
• Dynamische Nachfahrversuche
• Vibrationsprüfungen

3. Technische Ausstattung

3.1 DC-Quelle/Senke (Fahrzeugenergiesystem, Ersatz der realen Hochvoltbatterie im Fahrzeug)

Eine DC-Quelle/Senke simuliert und prüft das Fahrzeugenergiesystem. Sie ist Ersatz für die reale Hochvoltbatterie im Fahrzeug.

Eigenschaften und Kennzahlen:

• Skalierbare Ausgangsleistung, Leistungserhöhung durch Parallelschaltung bei voller Dynamik
  • Ausgangsleistung pro Kanal +/- 125.000 W (seriell/parallel verschaltbar)
  • max. Systemleistung +/- 250.000 W
  • max. Spannung +/- 1200 V
  • max. Strom +/- 1200 A

• Hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten und hohe Dynamik ermöglichen realistische Lastprofile
  • steigende und fallende Stromflanken mit bis zu 800 A/ms
  • Stromanstiegszeiten < 1 ms
  • Regelgenauigkeit 0,1% Inom
  • Restwelligkeit kleiner 0,4% Inom über den gesamten Bereich von 0-1 MHz
  • Regelzyklus 50 kHz

• Stabile Ausgangsspannung auch bei schnellen Laständerungen durch präzise und hochdynamische Regelung
  • Spannungsanstiegszeiten < 1 ms
  • Regelgenauigkeit 0,05% Unom
  • Restwelligkeit kleiner 0,2% Unom über den gesamten Bereich von 0-1 MHz 
  • Regelzyklus 50 kHz

• Schnelle Sollwertvorgabe über CAN-Interface mit Zykluszeiten von 1kHz ermöglicht die Nachbildung
  von Fahrprofilen in quasi-Echtzeit

• Wassergekühlte Systeme schützen die Leistungselektronik zuverlässig vor Überhitzung, weisen eine geringe Geräuschentwicklung auf und erlauben eine Wärmerückgewinnung z.B. zum Beheizen der Gebäude
  • Kühlwasserdruck 2-5 bar
  • Kühlwassertemperatur 18-24 °C
  • Durchflussmenge 25 l/min

• Hoher Wirkungsgrad und Rückspeisefähigkeit ermöglichen ein kosteneffizientes Testen

• Auswahl verschiedener Batteriemodelle und Regelung auf den Innenwiderstand. Dadurch können
  beliebige Batterien nachgebildet werden

• Umfangreiche Sicherheitsfunktionen zum Schutz des Prüflings vor Überstrom, Überspannung und
  Überlast

• deaktivierbare Isolationswächter-Funktion für Erdschluss-Überwachung des Prüflings

3.2 Kühlflüssigkeitskonditionierung

(Kühlflüssigkeits-)Konditioniersysteme simulieren am Prüfstand den Ölkreislauf bzw. Kühlkreislauf im Fahrzeug. Sie gewährleisten die Wärmeabfuhr an den Prüflingen.

Eigenschaften und Kennzahlen:

• Durchfluss separat regelbar für jeden Prüfling (bzw. für jeden Kühlkreis)
  » Durchfluss 0…10 l/min
• Hohe Dynamik für Druck und Temperatur
• Regelungsarten: Druckregelung, Volumenstromregelung mit Druckbegrenzung
• Durchfluss Regelstabilität von +/- 0,1 l/min
• Temperaturen –40°C … 100°C
• Temperatur Regelstabilität von +/- 2 K

3.3 Automatisierungssystem (Prüfstands-Software)

Automatisierungssystem zur übergeordneten Überwachung von verschiedenen Prüfständen. Steuert und regelt die Prüfstände und Zusatzeinrichtungen. Erfasst zusätzlich alle Mess- und Regelgrößen.

Realisiert werden diese zentralen Aufgaben von den leistungsstarken und modularen Automatisierungswerkzeugen wie:

• Beckhoff TwinCAT
• FEV Morphee

3.4 Messtechnik und Applikationstools

Prüfrelevante physikalische Größen wie Drehzahlen, Drehmomente, Temperaturen, Drücke, Ströme und Spannungen werden von den Prüfständen und Prüflingen mit verschiedenster hochpräziser Messtechnik zeitsynchron erfasst und über Echtzeit-Bussysteme an das Automatisierungssystem übertragen.

Zum Messen, Analysieren und Auswerten von internen Größen aus den Fahrzeugsteuergeräten (ECU’s) kommen verschiedene Applikationstools zum Einsatz. Auch die Prüflings-Kalibrierung, die Prüflingsansteuerung und die Fahrzeug-Restbussimulation werden von den Applikationstools übernommen. Verwendet werden hierfür die performanten und verlässlichen Hard- und Software Lösungen von Vector.

• Vector CANape V17.0 (Software-Tool für Prüflingskalibrierung, Prüflingsparametrierung und Diagnose)
• Vector CANoe V13.0 / CANalyzer V13.0 (Software-Tool für CAN-Restbussimulation, Prüflingsansteuerung und Aufzeichnung von prüflingsinternen Größen)
• Vector VN8970 / VN1630A / VN1610 (Hardware-Netzwerk Interface für die Anbindung an die Feldbussysteme im Fahrzeug wie FlexRay, CAN und LIN)

3.5 Kommunikationsschnittstellen

Kommunikationsschnittstellen/Bussysteme zur schnellen, deterministischen Kommunikation zwischen Automatisierungssystem, Prüfstandskomponenten, Messtechnik, Sensoren, und Prüflingen.

Gängige Feldbussysteme:

• CAN / CAN FD mit Zykluszeiten von 1 ms
• EtherCAT mit Zykluszeiten von ≤ 100 µs bei geringem Jitter von ≤ 1 µs
• Flex Ray 
• LIN