Batterieemulation Sicherheit auf zwei Wegen

Keysights ganzheitlicher Powertrain integriert eine bidirektionale Quelle und ein Sicherheitssystem.
Keysights Antriebsstrang integriert eine bidirektionale Quelle und ein Sicherheitssystem.

Der Paradigmenwechsel von konventionellen 12-Volt- hin zu 300-Volt-Batterien im Automobil, verlangt vielen Anwendern Respekt ab und bedeutet im Umgang eine erhebliche Umstellung.

Deshalb legt Keysight im Antriebsstrang EV1003A erheblichen Wert auf Sicherheitsfeatures: Das SDS-System sorgt für besonders schnellen Not-Aus, die bidirektionale Quelle emuliert kritische Batteriezustände gefahrenlos. DESIGN&ELEKTRONIK sprach mit Keysight Marketing Manager Automotive & Energy Solutions Michael Reser, der den Teststand auf der Automotive Testing Expo 2017 vorstellte.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Reser, mit dem Paradigmenwechsel hin zu Elektroantrieben, bewegen sich Teststände vom Niedervoltbereich (~12 V) in den Hochvoltbereich (~300 V). Für die Anwender bedeutet das schon eine erhebliche Umstellung?

Michael Reser: Davon ist definitiv auszugehen. Bei 12 Volt sind viele Technologiebauteile Mainstream, während Leistungshalbleiter-Produkte hingegen deutlich kritischer sind: Für gewöhnlich werden diese sehr viel enger spezifiziert und sind nur eingeschränkt verwendbar.

Diese Veränderung fordert neben Fach- bzw. Spezialwissen auch deutlich veränderte Sicherheits- und Nutzungskonzepte. Hinsichtlich des Sicherheitsaspektes haben wir für unsere neuesten Lösungen einen sogenannten Safety-Disconnect (siehe Titelbild) mitentwickelt, der innerhalb von 12 ms eine Abschaltung auslöst, um Nutzer im Falle-des-Falles zu schützen. 

Darüber hinaus treten in diesen Leistungsklassen deutlich mehr ungewollte Nebeneffekte im Umgang mit Hochspannungskomponenten auf – allein schon bei den Themenbereichen EMI und EMC in entsprechenden Fahrzeugumgebungen. Zur Eindämmung von EMI und Gewährleistung der EMC, müssen wesentlich andere Kapazitäten und Störeffekte betrachtet werden sowie die Bordinfrastruktur mit mehr Bedacht darauf abgestimmt sein.

Bedeutet das eine besonders schnelle Abschaltzeit?

Basierend auf dem Kundenfeedback ist unsere Abschaltzeit um den Faktor Zehn bis Hundert schneller als andere verfügbare Konzepte.

Die Abschaltzeit ist natürlich sicherheitsrelevant, allerdings muss das Thema Sicherheit ganzheitlich betrachtet und implementiert werden.

Welche Funktionalitäten integriert der EV1003A-Teststand?

Die Keysight EV1003A HEV/EV Power Converter Testlösung ist im Wesentlichen ein Batterieemulator mit integrierter Poweranalyse-Fähigkeit. Diese Fähigkeit hilft Ingenieuren wichtige Infrastrukturteile des elektrischen Antriebsstrangs, wie z.B. Ladeeinheiten für Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) oder auch DC/DC-Wandler zu testen bzw. zu charakterisieren (Bild 1).

Da die Ladegeschwindigkeit bei Elektrofahrzeugen und Hybridmodellen ein Qualitäts- und Kaufentscheidungskriterium darstellt, wird besonders auf die entsprechende Ladezeit geachtet. Um hier im Labor adäquate Tests durchzuführen, sollte aus Sicherheitsgründen nicht unbedingt eine entsprechende Lithium-Ionen-Batterie für Versuchszwecke zum Einsatz kommen, sondern, in der entsprechenden Performance-Messung bzw. -Optimierung, eher auf eine deterministische Emulationsumgebung zurückgegriffen werden. Die EV1003A HEV/EV Power Converter Testlösung wurde genau mit Blick auf solche Szenarien entwickelt.

Wie wird die enorme Kühlung auf Ihrem Teststand umgesetzt?

Die Temperaturstabilität ist im Falle unserer Testlösung weniger Folge einer aktiven Kühlung, sondern basiert auf ihrem regenerativen Design.    

In der Leistungselektronik gestalten sich Wärmeverluste schnell kostenintensiv und wirken sich darüber hinaus auch entsprechend auf die Performance aus. Daher haben wir uns entschieden ein hoch-effizientes, regeneratives Lösungskonzept anzugehen, um möglichst viel Energie wieder ins Netz eingespeist zu bekommen und somit, so wenig als möglich Effizienzverluste zu generieren.