Mehrkriterielle Optimierungsmethodik zur Erhöhung der Integrationsdichte leistungselektronischer Systeme

Medientyp: E-Book; Hochschulschrift

Titel: Mehrkriterielle Optimierungsmethodik zur Erhöhung der Integrationsdichte leistungselektronischer Systeme

Beteiligte: Schilling, Marco [Verfasser:in]; Reimann, Tobias [Akademische:r Betreuer:in]; Bakran, Mark-Matthias [Akademische:r Betreuer:in]; Eckel, Hans-Günter [Akademische:r Betreuer:in]

Körperschaft: Technische Universität Ilmenau

Erschienen: Ilmenau: Universitätsbibliothek, 03.12.2018

Umfang: 1 Online-Ressource (xii, 201 Seiten); Diagramme, Illustrationen (teilweise farbig)

Sprache: Deutsch

Identifikator:

Schlagwörter: Elektroantrieb > Triebstrang > Gleichspannungswandler > Temperaturabhängigkeit > Gedruckte Schaltung > Hochstromübertragung > Leistungselektronik > Mehrkriterielle Optimierung > Ansteuerung > Verlustleistung
Mehrkriterielle Optimierung > Gleichspannungswandler > Mechatronik

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2018

Anmerkungen: Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
Systemvoraussetzung: Acrobat reader

Beschreibung: Ein aktueller Trend im Bereich der Mechatronik im Fahrzeug ist die Integration von elektrischen und mechanischen Komponenten auf engstem Bauraum. Dadurch entstehen neue Herausforderungen (z.B. sehr hohe Umgebungstemperaturen, begrenzte Baugröße, etc.). Die Kombination von elektronischen, mechanischen und thermischen Systemen macht die Betrachtung des Gesamtsystemverhaltens notwendig. So können Verkopplungen der Teilsysteme untersucht und die Systemgrenzen ermittelt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Entwurfswerkzeugs zur Gesamtsystembetrachtung und schließlich auch zur mehrkriteriellen Optimierung der Systeme hinsichtlich der definierten Gütegrößen. Als zu untersuchende Applikationen wurde sowohl ein elektrisches Antriebssystem als auch ein 12V / 48V Bordnetzwandler festgelegt. In einer vorangestellten Studie der Technologiestandards werden verschiedene Topologien und Technologien aufgezeigt und die Optimierungspotentiale erarbeitet. Darauf basierend werden Festlegungen und Einschränkungen für die weiteren Untersuchungen vorgenommen. Auf Basis der vorangestellten Festlegungen wird ein Simulationswerkzeug erarbeitet, mit welchem vergleichende Untersuchungen verschiedener Systemauslegungen hinsichtlich elektrischer und thermischer Belastung und Wirtschaftlichkeit der Hauptkomponenten durchgeführt werden können. Für die untersuchten Systeme wird eine herstellerunabhängige Datenbasis und entsprechende Verfahren zur Bestimmung der notwendigen Bauelementeparameter erarbeitet. Aufbauend auf dem Simulationswerkzeug wird ein vierstufiger Prozess entwickelt, mit welchem eine Systemoptimierung hinsichtlich verschiedener Gütegrößen in einem überschaubaren Aufwand und einer transparenten Methodik durchgeführt werden kann. Zum Abschluss der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Fallbeispiele aufgezeigt. In den Fallbeispielen werden konkrete integrierte leistungselektronische Umrichter und DC-DC-Wandler hinsichtlich Effizienz bzw. Leistungsdichte optimiert und eine wirtschaftliche Betrachtung durchgeführt. Im Ergebnis stehen weiterhin auch allgemeine Aussagen und Designkriterien zur Nutzung neuer Bauelementetechnologien (SiC, GaN). Um die Nutzerbandbreite zu erhöhen, empfiehlt es sich, das Werkzeug in einer fortführenden Arbeit hinsichtlich weiterer Topologien zu ergänzen. Auch der Einsatz in der akademischen Forschung und Lehre bietet sich durch die transparente Vorgehensweise an. Eine Erweiterung hinsichtlich der Optimierung der Betriebsstrategie von Antrieben und Konvertern ist ebenfalls denkbar.

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