09.12.2020: Leistungsprüfstand für induktive Ladesysteme bis 30 kW, 800 V und 75 A

Im Rahmen des geförderten Forschungsprojekts E-Profil wurde durch den Forschungsbereich Elektromaschinenbau ein Leistungsprüfstand für induktive Ladesysteme bis max. 30 kW bei bis zu 800 V oder 75 A der Firma DHG Engineering GmbH angeschafft und in Betrieb genommen. Die Prüfeinrichtung ermöglicht es Ladepads induktiver Ladesysteme zu untersuchen und zu qualifizieren. Herzstück des Leistungsstellers ist der mit 86 kHz getaktete Umrichter in SiC-Modulbauweise. Durch die SiC-Module ist eine effiziente Wandlung von sehr hohen Strömen bei Spannungen bis über 800 V möglich. Vier durch Schraubbrücken konfigurierbare Kondensatormatrizen erlauben ein feines Einstellen der Schwingkreiskapazitäten in einem weiten Kapazitätsbereich. Dadurch sind unterschiedlichste Spulendesigns mit verschieden Induktivitätswerten mit dem Prüfsystem erfassbar. Um notwendigen Kapazitäten präzise ermitteln zu können, wurde von DHG Engineering eine Schaltung entwickelt, mit welcher die Haupt- und Streuinduktivitäten eines Übertragerpärchens ermittelt werden können.
Durch die geschickte Rückführung des sekundärseitigen Stroms über einen Buck-Boost-Converter in den Zwischenkreis, kann die im System bewegte Leistung ein Vielfaches der aus dem Netz bezogenen Leistung betragen. Im eingeschwungenem Fall, wird aus dem Netz nur die Verlustleistung nachgeliefert. Über das Tastverhältnis des Buck-Boost-Converters lassen sich verschiedene Lastszenarien fahren, etwa den Fall einer nahezu leeren oder einer vollen Batterie simuliert werden.
Das gesamte System wird über eine übersichtliche aber umfassende Oberfläche von einem über das Netzwerk verbundenen PC gesteuert. Ferner werden alle Systemdaten und -zustände über CAN-Bus zur Verfügung gestellt, wodurch eine Verknüpfung mit einer übergeordneten SPS-Steuerung möglich wird.
Das System wird zu Prüfung und Weiterentwicklung der im Projekt E-Profil hergestellten Prototypen und Referenzsystemen genutzt. Insbesondere können durch die hohe Leistungsfähigkeit des Prüfsystems die Leistungsgrenzen der Ladepads ermittelt werden und so mögliche Schwachstellen im Produkt- und Prozesslayout erfasst werden.

Wir bedanken uns sehr bei Herrn Dipl.-Ing. Eiber von der Firma Zollner Elektronik AG, welcher uns bei der Ermittlung der Systemanforderungen, Design-Kriterien sowie unteranderem durch das zur Verfügungstellen eines Referenzladepadsystems, während des gesamten Entwicklungsprozesses begleitet und äußerst kompetent beraten hat.

Hersteller und Entwickler DHG Engineering GmbH
System-Taktfrequenz 86 kHz (durch Firmware-Anpassung änderbar)
Maximale Ausgangsspannung 800 V
Maximaler Strom 75 A DC (entspricht dem max. “Ladestrom”)
Maximal kompensierbare Verluste 10 kW (durch Einsatz eines größeren AC/DC-Netzteils bis zu 30 kW)
Leistungsumrichtertechnologie SiC-Module
Netzanschluss 400 V AC (3 phasig) CEE 16 A
Steuerspannung 24 V DC
Schnittstellen CAN-Bus, Ethernet, externer Notauskreis, BNC-Buchsen für Oszilloskop

 

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