Modulationsverfahren für elektrische Traktionsantriebe

Projektziel

Wissenschaftliche Analyse von Modulationsverfahren und Entwicklung einer systematischen Parametrierstrategie zur optimalen Wahl der Modulationsstrategie für elektrische Traktionsantriebe.

Elektrische Traktionsantriebe bestehen im Wesentlichen aus den Komponenten Hochvoltbatterie, Inverter und Elektromotor. Der Inverter speist dabei den Drehfeldmotor mit AC-Spannung, sodass der resultierende Strom exakt das vom Fahrzeugsteuergerät angeforderte Drehmoment im Motor generiert und über das Getriebe an die Fahrzeugachse überträgt. Umgekehrt lädt der Inverter beim Verzögern des Fahrzeugs die Hochvoltbatterie durch Rekuperation der kinetischen Fahrzeugenergie. Neben der Steuereinheit zur Überwachung und Regelung des Antriebsstrangs umfasst der Inverter einen Pulswechselrichter mit DC-Zwischenkreis. Durch Variation der Tastgrade setzt er die von der Motorregelung angeforderte Grundschwingungsspannung in den gepulsten Ausgangsspannungen um. Der zeitliche Verlauf der Wechselspannung wird hierzu zeitdiskret aber amplitudenkontinuierlich in den Tastgrad der Ausgangsspannung moduliert.

Die Pulsweitenmodulation lässt sich durch verschiedene Verfahren realisieren. Indem es die Gestalt des Pulsmusters maßgeblich prägt, stellt die Wahl des Modulationsverfahrens einen softwareseitigen Freiheitsgrad dar. So nimmt die Form des Pulsmusters direkt oder unmittelbar Einfluss auf unter anderem die AC-Stromwelligkeit, Schaltverluste, Motorverluste, DC-Spannungswelligkeit und die Energieeffizienz. Letztere trägt neben der Kapazität der Hochvoltbatterie signifikant zur Reichweite und damit Attraktivität des elektrischen Traktionsantriebs bei. Mit diesem Forschungsprojekt soll der Freiheitsgrad „Modulation“ unter Berücksichtigung typischer Anforderungen der Elektromobilitätsbranche wissenschaftlich analysiert und systematisch optimiert werden.

Die Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden bearbeitet das Forschungsprojekt im Rahmen einer kooperativen Promotion mit der Technischen Universität Darmstadt.

Projektlaufzeit

Juli 2022 bis August 2026 (50 Monate)