OBELICS

Das übergeordnete Ziel von OBELICS ist die Entwicklung eines systematischen und umfangreichen Frameworks für Design, Entwicklung und Prüfung moderner elektrischer Antriebsstränge und Modellreihen für Elektrofahrzeuge. Mithilfe heterogener modellbasierter Prüfmethoden und Tools sowie skalierbarer und leicht parametrierbarer Echtzeitmodelle soll der Entwicklungsaufwand um 40 Prozent reduziert werden und gleichzeitig die Effizienz des elektrischen Antriebsstrangs um 20 Prozent sowie die Sicherheit um einen Faktor 10 gesteigert werden.

Projektumfang

Ziel von OBELICS ist die Entwicklung von innovativen und zuverlässigen Modellierungsansätzen, die auf grundlegenden Wirkprinzipien wie mechanistischen, physikalischen, elektrochemischen, elektrothermischen, elektromagnetischen Modellen beruhen, echtzeitfähig sind und die systematische Skalierbarkeit auf Echtzeitmodelle erlauben. Im Rahmen des Projekts werden auch systematische skalierbare Ansätze für Echtzeitmodelle erarbeitet. Darüber hinaus soll die Kompatibilität der Modelle für unterschiedliche Komponenten und Entwicklungsebenen /-phasen sichergestellt werden.

Im Rahmen des Projekts werden innovative modellbasierte Prüfmethoden und Tools für HiL-Tests untersucht, die für die Entwicklung von elektrischen Antriebssträngen von großer Bedeutung sind, vor allem in Bezug auf die erforderlichen höheren Frequenzen für Wechselrichter, Elektromotoren und Batterien sowie die Beurteilung der thermischen, mechanischen und elektrischen Zuverlässigkeit von Batterien. Superschnelle effiziente Testanlagen zur Emulation von 20 kHz arbiträren Signalformen (mithilfe neuer SiC-Elektronik) und Spannungen bis zu 1000 V werden im Rahmen des Projekts spezifiziert. Bei der Entwicklung der Testmethoden und Tools werden darüber hinaus reale Einsatzprofile berücksichtigt. Im Projekt kommen Test-Prototypen und Use Cases zum Einsatz, um das elektrische, mechanische und thermische Verhalten von Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs zu bestimmen und die Testmethoden und Tools zu validieren.

Konzept und Ansatz

Die Grundidee von OBELICS besteht darin, Systeme bereits vom Beginn der Entwicklungsphase an systematisch zu modellieren und zu testen und etwaige Fehler zu beheben. In traditionellen Designprozessen ist eine systematische Prüfung des Gesamtsystems erst nach vollständiger Implementierung möglich. Daher bleiben Designfehler im Entwicklungsprozess auch lange verborgen und machen sich erst bemerkbar, wenn eine Behebung sehr aufwändig und teuer ist. Durch den Umstieg auf modellbasierte Tests können Konstruktionsteams die Auswirkungen von Designänderungen besser erkennen, die Konstruktionsabsicht besser kommunizieren und das Systemdesign noch vor der endgültigen Umsetzung analysieren.

Derzeit kommt bei Entwicklungsprojekten in der Automobilindustrie das V-Modell zum Einsatz, bei dem Integration und Testen auf der rechten Seite des V erfolgt. In traditionellen Designprozessen ist eine systematische Prüfung des Gesamtsystems erst nach vollständiger Implementierung möglich. Bei OBELICS werden die Tests vom rechten Arm auf den linken Arm des V transferiert, um damit den Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Da sehr detaillierte und hochgenaue Modelle oft geringe Rechengeschwindigkeiten zur Folge haben, muss die Modellkomplexität für bestimmte Simulations- und Prüfaufgaben einfach und effizient verringert werden, wenn höhere Rechengeschwindigkeiten erforderlich sind (z. B. Echtzeitfähigkeit). Durch die Skalierbarkeit der Modelle können diese abhängig von der jeweiligen Aufgabe sehr einfach in die eine (höhere Genauigkeit) oder andere Richtung (schnellere Rechengeschwindigkeit) angepasst werden.

Beitrag der FH JOANNEUM

Im Projekt entwickeln die Expertinnen und Experten des Instituts Electronic Engineering einen Wechselrichter-Konfigurator, um Designteams bereits in frühen Projektphasen zu unterstützen. Darüber hinaus entwerfen wir skalierbare Modelle von Hochfrequenz-Wechselrichtern auf Basis von Siliziumkarbid (SiC)-Technologie unter Berücksichtigung elektrischer und thermischer Effekte. Wir erforschen Frontloading- und Trade-Off-Methoden und Tools für Echtzeiteinsatz und -prüfung des HF-Wechselrichtermodells und seines Regelalgorithmus. Die entwickelten Modelle, Methoden und Tools werden auf einem von der FH JOANNEUM entwickelten Prototyp einer Emulatorplattform demonstriert, in der CPUs und FPGA in einem modellbasierten Designansatz integriert sind. Dieser Ansatz erlaubt die automatische Generierung von C-Code und VHDL aus MATLAB/Simulink sowie die nahtlose Ausführung des generierten Codes beziehngsweise der Hardware durch die Userin oder den User.

Die Ergebnisse des Projekts OBELICS stehen in einem Booklet zur Verfügung und zeigen auch den wesentlichen Beitrag des Instituts Electronic Engineering.