Der nächste Beitrag dieser Blog-Reihe stellt das Powertrain-Modul vor. Es ist für die Entwicklung, Fertigung und Instandhaltung der Inverter (dt: Wechselrichter) zuständig.
Im allradgetriebenen EDGE sind zwei Stück verbaut, wobei jeder Inverter zwei der permanenterregten Synchronmaschinen ansteuert. Dabei handelt es sich um eine spezielle Art eines Elektromotors. Im Wesentlichen wandelt diese Komponente die Gleichspannung aus dem 600V-Akku in Dreiphasenwechselspannung für die Motoren um.
Die Hardware für den Inverter besteht grob zusammengefasst aus einem Controller, zwölf Gate-Treibern und sechs Siliciumcarbid-Halbbrücken, die eine Anordnung von zwei Transistoren sind. Der Controller erzeugt ein Steuersignal, während die Gate-Treiber anhand dieses Steuersignals die Transistoren der Halbbrücken ansteuern. Gestützt durch die Zwischenkreiskondensatoren schalten die Halbbrücken die Energie aus dem Akku. Darüber hinaus sind im Inverter Hardware-Schutzschaltungen untergebracht, um den Controller bei Überstrom, Überspannung oder Fehlerzuständen der Gate-Treiber zu deaktivieren. Da auftretende Schaltfrequenzen mit 20kHz zu Störungen führen können, ist ein EMV-Filter im Wechselrichter verbaut. Dieser stellt sicher, dass die Störungen nicht auf der Versorgungsleitung nach außen gelangen und somit andere Komponenten beeinflussen.
Die benötigten Leiterplatten werden von Powertrain mit dem Programm KiCad entwickelt. Die Mitglieder programmieren den Controller von Texas Instruments in der Programmiersprache C und verwenden dazu die Entwicklungsumgebung Code Composer Studio. Er erhält von der ECU über den CAN-Bus, das Kommunikationssystem im Auto, das gewünschte Drehmoment und setzt dieses als Stellgröße für die feldorientierte Regelung. Dieser Regelkreis sorgt dafür, dass das Moment, das am Motor anliegen soll, in Signale für die Gate-Treiber umgewandelt wird. Dies funktioniert mit einem Drehgeber am Motor (in unserem Fall ein Resolver) und Stromsensoren auf jeder Phase.
Mithilfe von MATLAB/Simulink erstellen die Modulmitglieder ein digitales Modell des Inverters. Damit können verschiedene Schaltmuster für die Gate-Treiber simuliert werden, deren Fokus z.B. auf Effizienz oder Performance gelegt werden kann. Um neue Komponenten oder veränderte Software im Inverter zu testen und zu validieren, steht Powertrain ein Inverter- und Motorenprüfstand auf der TU Wien zur Verfügung.
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