In modernen Kraftfahrzeugen werden Antriebs-, Fahr- und Komfortfunktionen zur Reduktion von CO2 Emissionen zunehmend elektrifiziert. Dadurch steigt der elektrische Energie- und Spitzenleistungsbedarf, der durch das konventionelle 12 V Energiebordnetz nicht zuverlässig zur Verfügung gestellt werden kann. Ein Mehrspannungsbordnetz, mit der Integration zusätzlicher Energiespeicher, bietet die Möglichkeit den zukünftig weiter ansteigenden Leistungsbedarf zuverlässig zur Verfügung zu stellen. In diesen Mehrspannungsbordnetzen nimmt der DC/DC-Wandler, als regelbare leistungselektronische Komponente, eine Schlüsselrolle bei der bedarfsgerechten Energieverteilung ein. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Entwicklung der DC/DC-Wandlerregelung für Mehrspannungsbordnetze im Kraftfahrzeug vorgestellt. Das Entwicklungsvorgehen basiert auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen, in denen jeweils ein eingeschränkter Frequenzbereich betrachtet wird. Dadurch werden in jeder Ebene unterschiedliche nicht relevante Effekte ausgeblendet, was zu einer reduzierten Komplexität bei der Entwicklung führt. Diskutiert werden die unterschiedlichen Entwicklungsaufgaben in den Abstraktionsebenen. Die Auslegung des Leistungsteils wird in der Schaltungsebene, die Entwicklung der Regelung in der Komponentenebene sowie die Integration von Betriebsstrategien in der Systemebene betrachtet. Eine angepasste Modellierungsmethode für DC/DC-Wandler ist notwendig, um die Simulation als entwicklungsbegleitendes Werkzeug verwenden zu können. Angeleimt an das Entwicklungsvorgehen wird anschließend eine hierarchische ReglerStruktur abgeleitet. Die Anwendbarkeit dieser Reglerstruktur wird experimentell an einem Wandlerprototypen in einem Mehrspannungsbordnetzprüfstand bestätigt. Einen weiterer Fokus hegt auf der Optimierung des Energieübertragungsverhaltens des DC/DC-Wandlers auf Basis der Regelung und Ansteuerung. Ziel ist hierbei möglichst ohne Veränderungen am Leistungsteil, an der Regelung oder der Betriebsstrategie, die Eigenschaften des Wandlers zu verbessern. Diese Optimierungen können weitestgehend parallel zu dem Entwicklungsprozess entworfen sowie in bereits bestehende DC/DC-Wandlerplattformen implementiert werden. Diskutiert wird eine Methode zur Verbesserung der Stromaufteilung in Mehrphasenwandlern sowie die Verbessung des Synchrongleichrichterbetriebs durch Optimierung der Ansteuertotzeiten. Die Funktionsweisen und Optimierungspotentiale werden an einem Wandlerprototypen experimentell untersucht.
Reglerentwicklung und Optimierungsmethoden für DC/DC-Wandler im Kraftfahrzeug
2012
148 Seiten, Bilder, Tabellen, 113 Quellen
Theses
German
Die Taguchi-Optimierungsmethoden
Automotive engineering | 1989
|European Patent Office | 2016
|Kraftfahrzeug-Bordnetze mit Kopplung über einen DC-DC-Wandler
European Patent Office | 2017
|Anwendungsbezogenes Ausbildungskonzept für bidirektionale DC/DC-Wandler im Kraftfahrzeug
Tema Archive | 2013
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