Verbundprojekt InTeLekt Generisches Simulationsmodell für Leistungsmodule im Elektroantrieb entwickelt

Im Verbundprojekt »InTeLekt - Integrierte Prüf- und Testumgebung für Leistungselektroniken« hat Berner & Mattner eine neue, generische Simulationsumgebung der Leistungselektronik des Traktionsnetzes und des Elektromotors realisiert.

Elektronische Leistungsmodule in Bereichen wie Antrieb, Batterie oder Bordelektronik sind im Elektrofahrzeug hohen elektrischen und mechanischen Lasten ausgesetzt. Im Rahmen der Ergebnisse von »InTeLekt« soll daher künftig eine neue Simulationsumgebung die schnellere Beurteilung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer dieser Leistungselektroniken ermöglichen. Die im Projekt gewonnenen neuen Simulationsansätze von Berner & Mattner fließen in eine verbesserte Fehleranalyse für die gesamte Steuergeräteumgebung der E-Maschine mit ein. Damit lassen sich nicht nur Funktionskomponenten analysieren, auch Fehlerkombinationen und deren Auswirkungen auf das Gesamtsystem Elektro-/Hybridfahrzeug können frühzeitig und einfacher abgeleitet werden. Die beteiligten Industrie- und Forschungspartner profitieren aufgrund der realistischen Simulationsdaten von deutlich kürzeren Entwicklungszeiten und höheren Sicherheitsstandards.

Generische Fehlersimulation für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Das Modell ermöglicht eine Nachbildung der Komponenteninteraktion und Fehlerfortpflanzung im Inverter. Somit können die Auswirkungen von Komponentenfehlern im integrierten Fahrzeugantrieb auf modularer Ebene untersucht werden, wobei Methoden wie Fehlerinjektionssimulation zum Einsatz kommen. Dieselben Modelle lassen sich in die gesamte Motorsimulationsumgebung wie auch in die Fehlerkettenbetrachtung der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanalysen integrieren.

 

Ursache-Wirkungs-Mechanismen bis auf Fahrzeugebene

In einem nächsten Schritt wird das generische Simulationsmodell für die Anwendung in der Praxis weiter spezifiziert. Zusätzlich implementiert der Hersteller relevante, kritische Fehlerarten wie Kurzschluss oder Sperre in das Modell, wodurch sich Ursache-Wirkungs-Mechanismen von Bauteilfehlern auf Schaltungsebene im Vergleich zu herkömmlich Modellansätzen besser darstellen lassen. Um eine detaillierte Nachbildung der real eingesetzten Elektromotorsteuergeräteumgebung zu ermöglichen, ist zudem die Integration neuer Funktionsmodule, beispielsweise das HV-Board, und sicherheitsspezifische Funktionen wie Spannungsüberwachungen und Range-Check-Algorithmen vorgesehen.

Im Verbund mit den experimentell ermittelten Daten der Projektpartner werden abschließend hierarchische FMEA- oder FTA-Modelle generiert. Bis zum Abschluss des Projektes 2016 sollen dann Fehlermodi und deren Auswirkungen bis auf die Fahrzeugebene simuliert werden. Der generische Ansatz sowie gewonnene Erfahrungen und Erkenntnisse aus der Simulation können dann in künftige Projekte der Industrie- und Forschungspartner mit einfließen.