Diese Arbeit hat den Anspruch, die Möglichkeit der Optimierung der induktiven Komponente im Zweiquadrantensteller hinsichtlich Volumen und Gewicht mithilfe magnetischer Kopplung, angepasster Modulationsverfahren und spezieller Materialien zu modellieren, zu validieren und zu bewerten.
Im Vordergrund steht zunächst die mathematische Modellierung der elektrischen und magnetischen Grundlagen über Schaltmuster, Stromformen und Reluktanzmodelle. Daran schließt sich eine theoretische Betrachtung der Optimierungspotenziale und der daraus resultierenden möglichen Volumen- beziehungsweise Gewichtsersparnis an. Es folgt eine systemtheoretische Beschreibung, um die Grundlage für eine zukünftige Strom- oder Spannungsregelung zu legen.
Die sich anschließende Materialstudie beinhaltet die Verarbeitung und Charakterisierung eines nanokristallinen niederpermeablen Magnetmaterials, welches für die Anwendbarkeit der Technologie eine wichtige Rolle spielt. Ein automatisierter Prüfstand zur Verlustmessung magnetischer Materialien mit niedriger Messdauer ist insbesondere für die speziellen Stromformen der gekoppelten Induktivität entwickelt und in Betrieb genommen worden.
Der zentrale Aspekt ist die Entwicklung eines Berechnungsprogramms zur optimierten Auslegung aller wichtigen Parameter und damit auch zum direkten Vergleich mit anderen Induktivitäten derselben Anwendung. Das entwickelte Verfahren bedient sich der Ergebnisse der vorherigen Studien und bindet die erarbeiteten Modelle ein.
Sämtliche Modelle und Algorithmen, die Anwendbarkeit und Möglichkeiten der Technologie gekoppelter Induktivitäten im Zweiquadrantensteller sowie das Potential bei optimaler Auslegung für einen weiten Anwendungsbereich werden im Experiment durch zwei Funktionsmuster validiert.
Aktualisiert: 2023-04-14
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Eine Möglichkeit der Effizienzsteigerung bei EV und HEV ist der Einsatz eines DC/DC-Wandlers, der zwischen der Traktionsbatterie und dem DC-Link eingesetzt wird und somit eine variable DC-Link Spannung gewährleistet, die der Motorenspannung angepasst wird.Dem Effizienzgewinn in den Antriebsumrichtern und den Motoren stehen jedoch die Verlustleistungen im DC/DC-Wandler entgegen, sodass das zusätzliche Stellglied hocheffizient arbeiten muss.Um eine hohe Effizienz zu erreichen, bietet sich der Einsatz von Halbleitern mit hohem Bandabstand, wie beispielsweise SiC an. Hiermit können höhere Effizienzen erreicht werden als mit konventionellen Si-Halbleitern. Neben dem Einsatz von SiC-Halbleitern spielt auch die Art der Regelung eine Rolle. So kann bei gleichem Hardwareaufbau durch den Einsatz des BCM im Vergleich zum CCM die Schaltfrequenz reduziert werden. Neben der geringeren Anzahl an Schaltvorgängen ist ein weiterer Vorteil das weiche Schalten der Transistoren, das ebenfalls zur Reduzierung der Schaltverluste beiträgt. Dem stehen jedoch erhöhte Leitverluste gegenüber, die durch den erhöhten Effektivstrom verursacht werden, welcher im BCM auftritt. Für den Einsatz von SiC-Halbleitern werden innerhalb dieser Arbeit die Regelmodi CCM und BCM miteinander verglichen.Mithilfe von Messungen sind die zuvor erstellten Berechnungen validiert worden, welche die beiden Modi über einen breiten Arbeitsbereich miteinander vergleichen.Die Ergebnisse zeigen, dass die optimale Betriebsstrategie vom Lastpunkt abhängig ist, sodass sich die höchsten Effizienzen durch einen Wechsel der Modi in Abhängigkeit des Lastpunktes einstellen.
Aktualisiert: 2022-09-30
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