MA – Entwicklung und Kalibrierung eines thermischen Modells von Pulswechselrichterkomponenten für die Online-Temperaturschätzung

In klassischen elektrischen Antriebsystemen begrenzen die Leistungsschalter des Pulswechselrichters (PWR) die Spitzenleistung, während die Dauerleistung typischerweise durch den Elektromotor limitiert wird. Durch die immer höheren Leistungsdichten der Pulswechselrichter kommt es allerdings bei modernen Traktionsantrieben für Elektrofahrzeuge immer häufiger dazu, dass passive Bauelemente des Pulswechselrichters unter bestimmten Randbedingungen ein Limit für die Dauerleistung darstellen. Zu den potentiell limitierenden Komponenten gehören neben dem Zwischenkreiskondensator auch der DC-Pfad und die Komponenten des EMV-Filters. Der DC-Pfad besteht dabei aus den DC-Schienen und dem DC-Stecker.

Ziel der Arbeit ist zunächst die Entwicklung eines thermischen Modells (thermisches Ersatzschaltbild mittels Cauer-Netzwerk) zum Abbilden der verschiedenen Temperaturen im DC-Pfad und im EMV-Filter. Hierbei sollen die Temperatur der DC-Schienen, die Temperatur des Steckers oder der Stecker-Schnittstelle und die Temperaturen der relevanten EMV-Filter Komponenten modelliert werden. Der Fokus liegt dabei auf Lasten im Bereich der Dauerleistung und darüber, so dass die Eigenerwärmung der EMV-Filter-Komponenten eine untergeordnete Rolle spielt. Das Modell soll eine ausreichend einfache Struktur besitzen, um in Echtzeit auf Mikrocontrollern gerechnet werden zu können, die typischerweise für Pulswechselrichter eingesetzt werden.

Anschließend soll die Kalibrierung der Parameter des thermischen Modells erfolgen. Zunächst werden geeignete Startparameter mittels analytischer Formeln oder mittels (FEM-)Simulationen bestimmt. Anschließend sollen auf Basis existierender Messdaten ausgehend von den Startparametern Parametersätze mit hoher Temperaturschätzgenauigkeit mittels Optimierungsalgorithmen gefunden werden. Es sollen dabei unterschiedliche Optimierungsalgorithmen und Optimierungskriterien zum Einsatz kommen. Die bestehenden Messdaten werden dabei unterschiedlich in Trainingsdaten und Validierungsdaten unterteilt, um die Auswirkungen der Trainingsdatenauswahl auf die Temperaturschätzgenauigkeit zu untersuchen. Ziel ist es, Kriterien für gute Trainingsdaten zu finden.

Bearbeiter: Maximilian Christ

Betreuer: Alexander Rambetius (Valeo)

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März