FORSCHUNGS- UND

TRANSFERSCHWERPUNKT

AUTOMOTIVE

1. Beschreibung

Der Elektromotoren-Prüfstand ermöglicht allgemein die effiziente Durchführung von Versuchen unter Bedingungen, denen E-Motoren in Elektro- und Hybridelektrofahrzeuge ausgesetzt werden. Darunter Standardbetrieb, Extrembelastung und Dauerbetrieb in Kombination mit thermischen Bedingungen.

Besonderes Augenmerk wird auf die Charakterisierung von Verlusten und parasitäre Effekten wie z.B. Drehmomentwelligkeit, Vibration, magnetische Anisotropie, u. ä. gelegt.

2. Ziele und Beispiele

Ziel ist, die Entwicklung von Methoden zur Zustandsüberwachung, Parameterbestimmung, Erkennung von Produktionsfehlern (Abnahmetest/ Factory Acceptance Test (FAT)) und Untersuchung von Alterungseffekten. Dabei sollen die Besonderheiten der Hochdrehzahlmotoren, Direktantriebe und Motor-Getriebe-Sätze berücksichtigt werden.

Durch den Einsatz von hoch dynamischen Belastungsmaschinen mit drehsteifen und spielfreien Wellen, Kupplungen und Drehmomentmesswellen, können dynamische Effekte, wie Drehmomentwelligkeit oder Schwingungen, untersucht werden sowie auch nachfolgende Komponenten des Antriebsstranges nachgebildet (emuliert) werden.

Beispiele:

Entwicklung von Methoden für die Fehlerdiagnose, sowohl im Abnahmetest, während des Betriebs als auch bei der Wartung. Es werden an der OvGU dafür bereits Methoden untersucht, wobei die Diagnose über die Messung von ausschließlich elektrischen Größen durchgeführt wird und somit keine kostenintensiven Sensoren erfordern. Für diese Entwicklung ist es erforderlich, dass unterschiedliche E-Motoren unter einem breiten Spektrum von Belastungsbedingungen betrieben werden.

 Untersuchung von Effekten, die zur Entmagnetisierung des Rotors führen können und die Entwicklung von Strategien, um sie zu minimieren. Das können temperaturbedingte Langzeiteffekte oder Kurzzeiteffekte bei Extrembelastung bzw. Kurzschluss sein. Solche Bedingungen sollen mit dem Prüfstand nachgebildet werden können.

Methoden für die schnelle Bestimmung von Motorparametern. Damit können in der Entwicklungsphase oder bei der Produktion (trotz produktionsbedingten Abweichungen) die Regelalgorithmen einzeln optimal angepasst werden. Des Weiteren, kann durch diese Parameter eine statistische Prozesslenkung effektiver durchgeführt werden.

3. Einrichtungen:

Um die meisten aktuellen und zukünftigen E-Antriebskonzepte abdecken zu können, ist ein breiter Arbeitsbereich erforderlich. Diese kann mit nur einem Prüfstand nicht erreicht werden. Daher sollen zwei Prüfstände bereitgestellt werden:

3.1       Highspeed-Prüfstand:

3.2       Hightorque-Prüfstand:

3.3       Jeder Prüfstand besteht aus:

• Fundament für die Montage von Prüfling und Belastungsmaschine
• Hochdynamische und getriebefreie Belastungsmaschine
• Drehsteifen und spielfreie Wellen, Kupplungen und Drehmomentmesswellen
• Frequenzumrichter (Rückspeisefähig oder Zwischenkreis verbindbar mit dem Wechselrichter des Prüflings) und Regelung für die Belastungsmaschine
• Hochgenaues Leistungsmessgerät mit Strom- und Spannungswandler entsprechend der elekt. Belastungsmaschine (1200V, Bandbreite: 10 MHz, Genauigkeit 0,025%)
• Mobile Gleichstromversorgung ca. 50-100 kW für die Inbetriebnahme des Elektromotorenprüfstandes (800 V 150-300A )
• Klimahaube für den Prüfling
• Mobiles Klimaaggregat zur Konditionierung
• Mobile Akustikkammer:
  
  • Mehrschichtiger Absorbern im Innenraum (mindestens Genauigkeitsklasse 2 für reflexionsarme Räume)
  • Maximalaufbaugröße (3,5 m x 3,5 m x 3 m (Höhe)) --> aus den Elementen soll z.B. auch ein 2 m x 2 m x 2 m Aufbau möglich sein; aber nicht gleichzeitig genutzt werden können! (alle Maße sind Innenmaße!)
  • Modularer Aufbau mit Bedien- und Wartungsklappen und entkoppelten Schlauch- und Kabeldurchführungen

Es ist nicht erforderlich, dass beide Prüfstände gleichzeitig betriebsfähig sind. Somit können z.B. Frequenzumrichter (oder mindestens der Ein- bzw. Rückspeisemodul), Leistungsmessgerät, Batterieemulator, usw. für beide Prüfstände kombiniert werden.

4. Schnittstelle TGA (Versorgung):

• Spannung: 400V AC, 3-phasig (Frequenzumrichter)
• Leistung: 1,5*250 kW für eine Minute = 375 kW
• Prozesswasser: Kühlwasser / Kälteleistung 20 kW
• Druckluft: optional

5. Frequenzumrichter

• Passend zur Belastungsmaschine
• Regelfrequenz: Bis zu 20 kHz
• Drehmomentanregelung: < 1ms im Stillstand
• Rückspeisefähig
• Drehzahl- und Drehmomentregelung
• Lageregelung
• Fahrprofil vorgeben
• Freiprogrammierbar (n-M-Profil)

6. Schnittstelle übergeordnetes Steuersystem (Automatisierung):

• Bus Kommunikation: CAN, Ethernet/IP, EtherCat, Profinet
• Digital I/O:
  • Betriebsmodus (On / Off)
  • Not-Aus
  • Fehler

7. Messtechnik:

8. Raumanforderungen

Kontakt

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (FEIT)
Institut für Elektrische Energiesysteme (IESY)

Prof. Dr.-Ing. Roberto Leidhold
Gebäude 03, Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg

Tel.: 0391-67-58595
Fax: 0391-67-42481

Stand: 08.11.2021