Elektrifizierte Nebenaggregate für modulare Antriebswechselrichtersysteme in Fahrzeugen – ein Innovationsprojekt in der Kategorie Systeme des Spitzenclusters it’s OWL

Das Verbundprojekt it’s OWL-ImWR wurde im Rahmen des Spitzenclusters Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (it’s OWL) zusammen mit der KEB Automation KG realisiert. Nach rund drei Jahren Laufzeit, erfolgte am 06. September 2017 die Abschlusspräsentation in Barntrup. Ziel des Projekts war die Entwicklung eines modularen Wechselrichtersystems für Nebenaggregate in Nutzfahrzeugen, welches aus Modulen unterschiedlicher Leistungsklassen kundenspezifisch konfiguriert werden kann.

Die Projektpartner zeigten sich sehr zufrieden mit dem Ergebnis und zukünftige Kunden und Partner waren von der einfachen Integration in bestehende Systeme und Komponenten begeistert. Im Rahmen von vier Teilprojekten wurden neben dem Wechselrichtersystem mit seinen Komponenten, auch Konzepte entwickelt, die eine intelligente und effiziente Vernetzung des modularen Systems in Kundenanwendungen ermöglichen. Langfristig kann so der Engineering-Aufwand für die Konfiguration reduziert und Fehler im Feld vermieden werden.

Für die Teilprojekte wurden folgende Ziele definiert:

• Teilprojekt 1: Entwicklung des modularen Wechselrichtersystems
• Teilprojekt 2: Intelligente informationstechnische Vernetzung der modularen Komponenten des Wechselrichters
• Teilprojekt 3: Sicherstellung der Konfigurierbarkeit des modularen Systems
• Teilprojekt 4: Entwicklung eines Testkonzepts für den modularen Wechselrichter

Der Fokus des iFE lag auf der Umsetzung des dritten Teilprojekts.

Das modulare Wechselrichtersystem

Elektrifizierte Nutzfahrzeuge haben, je nach Typ, unterschiedliche elektrische Nebenaggregate, die über ein entsprechendes Antriebswechselrichtersystem betrieben werden. Die Nebenaggregate können sich einerseits in der Leistungsklasse unterscheiden und treten weiterhin in verschiedenen Konstellationen mit anderen Nebenaggregaten auf.
Um die Entwicklungskosten für kundenspezifische Systeme zu reduzieren, eignen sich modular aufgebaute Antriebswechselrichtersysteme, die unterschiedliche Leistungsklassen berücksichtigen und für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet sind. Um für Fahrzeuganwendungen nutzbar zu sein, müssen sie dennoch in eine kompakte und solide Fahrzeugkomponente integriert werden.

Sichergestellung der Konfigurierbarkeit des modularen Systems

Der Forschungsauftrag des iFE bestand in der Entwicklung von Konzepten und Modellen, mit denen die Funktion des modularen Systems für die diversen Kundenanwendungen sichergestellt werden kann.

Da sich im Feld nicht nur die kundenspezifischen Systeme mit Wechselrichtermodulen verschiedener Leistungsklassen, sondern auch die Randbedingungen (z.B. Kühlung und Energieversorgung im Fahrzeug) unterscheiden, musste eine Möglichkeit geschaffen werden, schnell und effizient zu überprüfen, ob in der Gesamtkonfiguration z.B. keine thermische Überbeanspruchung oder Überlastung der elektrischen Versorgung auftritt. Hierzu wurden Bewertungsmodelle entwickelt und messtechnisch validiert, die den Applikationsprozess unterstützen und eine Problemlösung ermöglichten.
 
Das Projekt wurde von dem Bundesministerium für Bildung Forschung gefördert und durch den Projektträger Karlsruhe betreut.
Die KEB Automation KG entwickelt u.a. elektrische Antriebstechnik, die in der Automatisierungstechnik, Fahrzeugen und in der Energietechnik eingesetzt wird. Die exzellente fachliche Ausbildung als auch die räumliche Nähe lassen die Hochschule Ostwestfalen-Lippe und KEB auf eine 40-jährige Beziehung zurückblicken. In dieser Zeit haben bereits120 Ingenieure der Hochschule OWL nach ihrem Studium den Weg zu KEB gefunden. Ebenfalls an dem Projekt beteiligt waren das Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) an der Hochschule OWL, das Fraunhofer IEM und die Universität Paderborn.