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Nachrichten aus dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe 30. April 2014, Nr. 1/2014

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Institut für Stromrichter-

technik und Elektrische

Antriebe

LeistungselektronikSpeichersysteme

Elektrische Antriebe

Elektrische Antriebe • Leistungselektronik für die Mobilität von morgen Seite 3

Vorgestellt • Die ISEA-Abteilung Netzintegration und Speichersystemanalyse Seite 4

Kurz & knapp • E-Mobilität und mehr Seite 3

Aktuelle Publikationen aus dem ISEA Seite 6

Geht es um Batterien für Elektrofahrzeuge, rücken (nicht nur) in der öffentlichen Diskus-sion sehr schnell Aspekte wie Kosten, Kapazität und Lebensdauer in den Vordergrund. Effizienz und Sicherheit der kompakten Energiequellen sind jedoch gleichfalls wichtige Themen. Im Projekt DriveBattery2015 untersuchen zwölf Partner aus Industrie und Forschung arbeits-teilig, welche Entwicklungsschritte notwendig sind, um solche Batterien effizienter und sicherer zu machen.

Beteiligt sind als Projektpartner namhafte Unternehmen wie Audi Venture, Daimler, Opel, Volkswagen, Deutsche Accumotive, Sensor-

Technik Wiedemann, TWT, BVB Innovative, Infi-neon Technologies sowie hochschulseitig die TU München, die TU Dortmund und das ISEA der RWTH Aachen. Das BMWi beteiligt sich an der Finanzierung mit einem Fördervolumen von 5,8 Millionen Euro.

Bei aktuell verfügbaren Elektrofahrzeugen ist das jeweilige Batteriepack quasi das Herz des Elektrofahrzeugs. Wenn diese Komponente – beispielsweise durch einen Zelldefekt – ausfällt, bleibt das Fahrzeug unweigerlich stehen. Einen sogenannten Limp-Home- oder Notlauf-Modus wie in der Regel bei Autos mit Verbrennungs-kraftmotoren gibt es bei E-Fahrzeugen bisher

Neue Testumgebung für Leistungsmodule

Mithilfe von InTeLekt – Integrierte Prüf- und Testumgebung für Leistungselektroniken können künftig schon in der Entwurfssphase von Leistungsmodulen konstruktive Schwachpunkte erkannt und vermieden werden.

Prüfstand: PV-Wechselrichter im Härtetest

Auf dem ISEA-Prüfstand für dreiphasige Wechselrichter werden Zertifizierungstests und Wirkungsgradvermessungen, aber auch Prüfungen der generellen Leistungsfähigkeit von Wechselrichtern und deren Regelung durchgeführt.

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

viele der Themen in dieser Ausgabe der ISEA News haben direkt oder indirekt mit der Elektromobilität zu tun. Mit DriveBat-tery2015 werden Autobatterien effizi-enter und sicherer, InTeLekt verkürzt die Entwicklungszyklen von Leistungsmodu-len für E-Fahrzeuge, und dank InSeL wird die Leistungselektronik in Elektroautos störungsärmer. Darüber hinaus stellen wir die ISEA-Abteilung Netzintegration und Speichersystemanalyse mit ihrem breiten Aufgaben- und Leistungsspektrum vor. Auch das Thema Prüfen und Testen spielt eine wichtige Rolle: Der Teststand für dreiphasige Wechselrichter und DC-DC-Wandler arbeitet komplett losgelöst von Einflüssen des realen Netzes und zeichnet sich vor allem durch Vielseitigkeit aus.

Eine spannende Lektüre wünscht IhnenRik W. De Doncker

Editorial

Speichersysteme/Elektrische Antriebe I Forschungsprojekt

Seite 2

Seite 4

Sichere und effiziente E-Mobilität dank DriveBattery2015 Wirtschaft und Forschung arbeiten gemeinsam an Batteriepacks der Zukunft

Aus dem Inhalt

Beispielhafter Fehler in Batteriepacks:

defekte Zellspannungsmessleitung

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Nachrichten aus dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe 30. April 2014, Nr. 1/2014

LeistungselektronikSpeichersysteme

Elektrische Antriebe

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Leistungselektronik I Neue Testumgebung für Leistungsmodule

so gut wie nicht. Eine Aufteilung der üblicher-weise verwendeten Batteriepacks auf mehrere Teilbatteriesysteme ist die Lösung, an der im Projekt DriveBattery2015 intensiv gearbeitet wird. Bei Ausfall eines Bausteins, beispielsweise durch einen Zelldefekt, können die übrigen Teilkomponenten das Fahrzeug (dann natür-lich mit geringerer Leistung als die Gesamt-heit der Teilsysteme) mit Energie versorgen. Somit ist zumindest noch eine komfortable und nahezu einschränkungsfreie Fahrt zur Werk-statt möglich. Die dazu notwendigen Untersu-chungen und Entwicklungsarbeiten erfolgen am ISEA zunächst mit simulativen Mitteln. Im anschließenden Schritt ist eine Umsetzung in realen Demonstrationsfahrzeugen vorgesehen.

Gravierende Fehler in den verbauten Zellen selbst oder auch in der zugehörigen elektri-schen Peripherie (z. B. in der Verkabelung; s. Bild) müssen schnell und zuverlässig erkannt werden. Dazu werden am ISEA Konzepte und Verfahren inklusive der Hardware entwi-ckelt, die möglichst die bereits vorhandene Hardware der Batteriemanagementsysteme ausnutzt und damit sehr kostengünstig sein kann. Derzeit können solche Untersuchungen nur mit teuren, hochspeziellen Messeinrich-tungen durchgeführt werden. Geplant ist es, diesen Mehrwert künftig auch in herkömm-liche Batteriemanagementsysteme zu integ-rieren. Damit wäre das Gesamtsystem Batte-riepack selbst in der Lage, beispielsweise

schleichende Alterungsprozesse in Kabeln frühzeitig zu erkennen und anzuzeigen.

Sowohl die Einzelbatteriepacks als auch die wichtigen Mehrwertsysteme werden selbst-verständlich intensiv getestet, bevor es an die praktische Umsetzung in realer Umgebung geht. Um diese Untersuchungen mit selbst entwickelten Zellmodellen und Fehlerinduk-tionsprozeduren durchführen zu können, schafft das Institut einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand an. Dank dieser Technik kann hier demnächst die Gesamtheit der Hardware eines Batteriemanagementsystems „auf Herz und Nieren“ geprüft werden.

Elektronische Leistungsmodule sind ausge-sprochen wichtige Bestandteile der Energie-versorgung von Elektrofahrzeugen, werden in ihrer Bedeutung aber nicht selten unterschätzt. Sie regeln die effiziente Energieversorgung des Antriebs und der Bordelektronik aus dem Batteriespeicher. Im Alltagsbetrieb sind diese Module hohen elektrischen und mechanischen Lasten ausgesetzt – mit nicht selten negativen Auswirkungen auf deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Das Verbundprojekt InTeLekt – Integrierte Prüf- und Testumgebung für Leistungselektro-

niken, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über drei Jahre geför-dert wird, soll sicherstellen, dass Entwickler solche Gefährdungen in Zukunft schon beim Entwurf von Leistungsmodulen ausschließen können. Letztlich geht es darum, mögliche konstruktive Schwachpunkte mithilfe der Simulation frühzeitig zu erkennen, um so ohne aufwendige und teure Untersuchungen an fertig entwickelten Modulen Elektrofahrzeuge zuverlässiger und sicherer zu machen.

Im Projekt InTeLekt wird eine Simulationsum-gebung aufgebaut, die eine Beurteilung der

Zuverlässigkeit und der Lebensdauer von elektro-nischen Leistungsmodulen ermöglicht. Hierzu werden an heute existierenden Modulen auftretende Fehler im Laborversuch analysiert, Fehlerursachen

abgeleitet und in eine experimentelle und numerische Simulationsumgebung eingear-beitet. Diese numerische Simulationsumge-bung soll in der Lage sein, kritische elektrische, thermische und mechanische Belastungen in einem Modell des zu entwickelnden Leistungs-moduls abzubilden. Betriebszuverlässigkeit und Ausfallsmechanismen in realen Betriebs-situationen können so schon in der Entwurfs-phase untersucht werden. Zusätzlich wird im Rahmen des Projekts eine experimentelle Test-umgebung aufgebaut, um elektronische Leis-tungsmodule im Hinblick auf ihre Robustheit und Lebensdauer zu testen und die Ergebnisse der numerischen Simulation zu überprüfen.

Durch ein tiefer gehendes Verständnis der Fehler- und Ausfallmechanismen solcher Leis-tungselektroniken können künftig bereits früh im Verlauf der Bauteilentwicklung die Zuver-lässigkeit und die Lebensdauer der Module vorausberechnet werden. Eine durchgehende Testumgebung kann auftretende Phänomene schnell experimentell und numerisch erfassen und ist sehr hilfreich, wenn es darum geht, Entwicklungszyklen zu beschleunigen.

InTeLekt verkürzt Entwicklungszyklen und spart Kosten

Thermische Simulation

einer IGBT-Struktur

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LeistungselektronikSpeichersysteme

Elektrische Antriebe

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Kurz & knapp I

In Melaten rollen die Bagger an

Seit Februar arbeiten die Bagger auf dem neu entstehenden Campus Melaten und bereiten das Land für das Zentrum für Elektromobil-produktion (ZEP). Gefördert durch den Euro-päischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) beteiligt sich das ISEA am ZEP mit zwei Infrastrukturprojekten, dem Elektromo-bilitätslabor eLab und dem NRW Zentrallabor für Batteriesystemtechnik. Zusammen mit klein- und mittelständischen Unternehmen wird dort ab 2015 an Konzepten und Lösungen für die Elektromobilität gearbeitet. Für diese Arbeiten werden im ZEP Werkstätten und Prüf-stände eingerichtet.

* * *

Neuer Hochdrehzahlprüfstand bald fertig

Ein neuer Hochdrehzahlprüfstand nähert sich seiner Fertigstellung. Nachdem mit dem Prüf-bett die größte und mit 17 Tonnen „Lebend-gewicht“ auch schwerste Komponente des Prüfstands am ISEA angekommen ist, geht

der Aufbau wie geplant weiter. Viel Fingerspit-zengefühl war nötig, um das Prüfbett sicher

an seinen Bestimmungsort zu manövrieren. Erste Tests der elektrischen Komponenten verliefen erfolgreich. Demnächst können auch die mechanischen Komponenten in Betrieb genommen werden.

* * *Kosten- und Bauraumreduzierung dank EMiLE

Mitte März fand am ISEA das Konsortialmee-ting zum Projekt „Elektro-Motor integrierte Leistungs-Elektronik“ (EMiLE) statt. Nach angeregten Diskussionen wurde ein favo-risiertes Umsetzungskonzept zur Vorlage beim Projektträger – VDI/VDE IT im Auftrag des BMBF – erstellt. Ziel des erarbeiteten Konzeptes ist die Kosten- und Bauraumredu-zierung von Elektromotoren durch verstärkte Modularisierung und Integration. Insbeson-dere die direkte Anbindung von verteilten Leistungsumrichtern an die Motorwicklungen verspricht größere Ausfallsicherheit, eine günstigere Fertigung sowie reduzierte Stör-aussendung.

Leistungselektronik/Elektrische Antriebe I Integration mit Folgen

Mit dem Projekt InSeL – Inhärent Störungs-arme Leistungselektronik haben sich die beteiligten Unternehmen und Forschungsein-richtungen zum Ziel gesetzt, die elektromag-netische Störaussendung von Leistungselek-troniken in Elektrofahrzeugen zu reduzieren. Das Förderprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) läuft seit Anfang 2014 über einen Zeitraum von drei Jahren. Beteiligt sind ein Industriekonsortium mit den Firmen BMW, Lenze, Bosch, Infineon und EPCOS, die Fraunhofer Institute LBF und IISB sowie das ISEA der RWTH Aachen.

Die Integration von leistungselektroni-schen Bauelementen/Modulen direkt in die Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen nimmt aus unterschiedlichen Gründen – Gewicht, Effizienz, Baugröße – immer mehr zu. Damit steigt aber der Aufwand zur Einhaltung der EMV-Grenzwerte (EMV=Elektromagnetische Verträglichkeit) und zur Erreichung gewünschter Störfes-tigkeiten. Zur Unterdrückung der von den Leistungselektronikmodulen ausgesendeten Emissionen werden heute in der Regel nach

Erfahrungswerten ausgelegte passive EMV-Filter verwendet.

Im Rahmen des Projekts InSeL werden Simula-tionstools und EMV-Maßnahmen entwickelt, mit deren Hilfe die Emissionen an Leistungs-modulen begrenzt werden können. Letztlich geht es hier darum, entweder die Störaussen-dung zu reduzieren oder diese gezielt in Rich-tung eines verbesserten Systemverhaltens zu beeinflussen.

Die Arbeitsschwerpunkte des ISEA liegen in der Modellierung und Implementierung von Treiberschaltungen und Ansteuerungskon-zepten mit verringerter Störaussendung. Zwei Aspekte stehen dabei im Vordergrund: zum einen die Erforschung von Treiberschaltungen und zum anderen die Entwicklung sowie Veri-fikation von Simulationsmodellen.

Heutige kommerzielle Treiber steuern die Schaltflanken über die Nutzung verschie-dener Gate-Widerstände. Intelligente Trei-berkonzepte bieten die Möglichkeit, diese Flanken dynamisch zu beeinflussen. Ziel des

Projektes ist es, die technischen Zusammen-hänge zu identifizieren und diese zu nutzen, um den Halbleiter sowohl verlustoptimal als auch hinsichtlich verminderter Störaussen-dung ansteuern zu können.

Durch quantitativ genauere Vorhersagen von Störemissionen mithilfe simulativer Werkzeuge wird eine bessere Abschätzung hinsichtlich der Erfüllung von Normen schon früh im Entwicklungsprozess möglich. Dies unterstützt den Trend in der Automobilindus-trie, frühzeitig detaillierte Aussagen über das Verhalten von Komponenten und Systemen ohne den Bau kostenintensiver Prototypen treffen zu können. In diesem Fall soll insbe-sondere der Einfluss der Halbleiteransteu-erung auf die Störaussendung abgebildet werden.

Die so gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden vom Konsortium in Normungsgremien (z. B. DKE) und Verbände (VDA) eingebracht, um auf dieser Basis verbesserte EMV-Vorgaben, Normen und Messverfahren zu entwickeln.

InSeL erforscht störungsarme Leistungselektronik für die Mobilität von morgen

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LeistungselektronikSpeichersysteme

Elektrische Antriebe

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PV-Wechselrichter und andere Umrichter im HärtetestDer ISEA-Teststand für dreiphasige Wechsel-richter ist mit einer Leistung bis 500 kW und einer maximalen DC-Spannung von 1000 V primär für Tests von PV-Wechselrichtern ausge-legt. Mit einer modifizierten Steuerungssoft-ware können aber auch andere Umrichter, z. B. DC-DC-Wandler, getestet werden.

Als Leistungsquelle (PV Emulator, gelb) dient ein vierphasig versetzt arbeitender Tiefsetz-steller, der dem Device Under Test (DUT, rot)

eine Gleichspannung entsprechend einer vorge-gebenen U-I-Kennlinie zur Verfügung stellt. Damit kann das Verhalten eines Photovoltaik-moduls bei unterschiedlichen Einstrahlungssi-

tuationen oder Teilverschattung nachgebildet werden. Auf der Wechselspannungsseite speist das DUT seine Leistung in ein dreiphasiges, vom Netzemulator (grün) simuliertes Netz. Da die Energie im Kreis zirkuliert, müssen über die externe Quelle (blau) lediglich die Verluste kompensiert werden.

Der Netzemulator kann sowohl von 50 Hz abwei-chende Frequenzen erzeugen als auch Span-nungseinbrüche einzelner Phasen nachbilden.

Mit dem Prüfstand werden Zerti-fizierungstests nach TR3 und Wirkungsgradvermessungen, aber auch Prüfungen der gene-rellen Leistungsfähigkeit von Wechselrichtern und deren Regelung durchgeführt. Da der Prüfstand komplett losgelöst von Einflüssen des realen Netzes arbeitet, lassen sich Netzzu-stände gezielt und beliebig oft

nachbilden. Bei der Untersuchung von DC-DC-Wandlern arbeiten beide Umrichter (grün, gelb) als DC-Quelle bzw. DC-Senke.

Leistungselektronik I Vielseitiger Prüfstand Kurz & knapp II

ZeEUS elektrifiziert Buslinien

Das Ende 2013 gestartete Projekt ZeEUS – Zero Emission Urban Bus System unterstützt mit einem Fördervolumen von 13,5 Millionen Euro die Einführung von Elektrobussen. 40 Projektpartner arbeiten zusammen, um in acht Städten Europas ausgewählte Busli-nien vollständig zu elektrifizieren. Die RWTH Aachen ist Demonstrationsleiter der Linie in Münster, bestehend aus fünf Elektrobussen, drei Schnellladestationen und einem stati-onären Speicher. Das ISEA hat die wissen-schaftliche Begleitung des Gesamtprojekts übernommen.

* * *Jubiläumsedition zur 100. Lieferung

Anlässlich der Lieferung der einhundertsten Temperaturkammer überreichte Jutta Ehinger, Vertriebsleiterin der Firma Binder, eine

goldene Sonder-Edition. Eingesetzt werden die Geräte für Prüfungen im Temperaturbereich

von -40 °C bis über 100 °C, in denen keine spezi-ellen Anforderungen an die Luftfeuchtigkeit gestellt werden. Je nach Größe der Batterien oder der Zahl der Zellen werden Kammern mit 53, 240 oder 720 Liter Innenraumvolumen eingesetzt. Die Geräte zeigen trotz starker Beanspruchung eine sehr geringe Ausfall-rate, was für die oft monatelangen Tests von großer Bedeutung ist.

* * *Kostenvergleich für Elektro- und Dieselbusse

Unter www.isea.rwth-aachen.de/e-bus-lcc bietet das ISEA Busbetreibern einen einfachen Kostenvergleich für die Systeme „Elektrobus“ und „Dieselbus“ an. Dabei werden Lebenszy-kluskosten (life cycle costs = LCC), bestehend aus Kapitaldienst (z. B. für Fahrzeug, Batterie, Ladestationen) und laufende Kosten (Energie-kosten, Wartung) berechnet. Über die Angabe jährlicher Teuerungsraten und Einmal-Förde-rungen können eigene Szenarien definiert werden. Mittels vorgegebener Default-Werte kommen Nutzer auch ohne Detailkenntnis aktueller Preise schnell und einfach zu einem realitätsnahen Ergebnis.

Netzintegration und Speichersystemanalyse (NIS)

Speichersysteme I Vorgestellt

Der schnell wachsende Anteil erneuerbarer Stromerzeugung ist mit erheblichen Heraus-forderungen an den Umbau des Stromversor-gungssystems verbunden. Gleichzeitig werden die Verbindungen zwischen den Versorgungs-netzen für Strom, Wärme, Gas und Mobilität immer enger. Die Abteilung „Netzintegration und Speichersystemanalyse (NIS)“ erforscht und entwirft mit einem Team von gut 20 wissen-schaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern systemoptimierte Lösungen für Speichersys-teme. Dazu werden detaillierte Kenntnisse über Leistungsfähigkeit und Alterungseigenschaften

von Energiespeichern, insbesondere von Batte-riespeichern, mit umfassenden Analysen mögli-cher Anwendungen verbunden.

Aktuelle Schwerpunkte der Arbeiten sind:

•SpeicherinHaushaltenmitPV-Anlagen

In Kombination mit PV-Anlagen erhöhen Batteriespeicher den Verbrauch des selbst erzeugten Stroms und vermeiden so Einspeise-spitzen in das Stromnetz. Solche Speichersys-teme werden gemeinsam mit Partnern aus der Industrie technisch weiterentwickelt. Untersu-

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E.ON ERC I Colloquium

chungen zum betriebswirtschaftlichen und zum volkswirtschaftlichen Nutzen der Anlagen (www.pv-nutzen.rwth-aachen.de) spielen hier eine ebenso wichtige Rolle wie die wissen-schaftliche Begleitung des Markteinführungs-programms von BMU und KfW.

•LadestrategienvonElektrofahrzeugen

Die Lebensdauer von Batterien hängt erheb-lich von der Betriebsstrategie ab. Hohe Lade-zustände wirken sich ebenso negativ aus wie große Ladezustandshübe. Gleichzeitig kann die intelligente Steuerung der Ladevorgänge eine fluktuierende Stromerzeugung im Netz ausglei-chen und damit die Systemstabilität erhöhen. Mithilfe von Flottentests und durch Simula-tions- und Optimierungsrechnungen erforscht NIS Ladestrategien, die den Anforderungen „hohe Batterielebensdauer“ und „Nutzen für das Stromnetz“ gleichermaßen gerecht wird.

• Großbatteriespeicher Das bedeutendste Projekt dieses Bereichs ist ein 5-MW-Batteriespeichersystem, das gemeinsam mit Partnern aus der Industrie am ISEA-Standort Hüttenstraße aufgebaut wird. Neben der Optimierung des Managements

einer Anlage mit verschiedenen Batterietech-nologien wird hier die Eignung des Speicher-systems für Netzdienstleistungen und für Opti-mierungen der Versorgung von Einzelkunden im realen Betrieb untersucht (mehr dazu in der nächsten Ausgabe der ISEA-News).

•ZukünftigeEnergieversorgungssysteme

Mit dem für das Projekt GENESYS entwickelten Simulationsprogramm wird untersucht, wie ein europäisches Energieversorgungssystem auf Basis erneuerbarer Energien idealerweise aussehen könnte. Zentrale Fragestellung ist dabei, wie viel Speicher mit welchen Charakte-ristiken (Langzeit-/Kurzzeitspeicher) benötigt werden (www.genesys.rwth-aachen.de)

•NetzferneStromversorgungssysteme

Mindestens 20 Prozent der Weltbevölkerung haben keinen Zugang zu einem Stromnetz. Zudem müssen in vielen Fällen netzferne tech-nische Einrichtungen, beispielsweise Mobil-funkstationen in unzugänglichen Regionen, zuverlässig mit Strom versorgt werden. Eigen-ständige lokale Stromversorgungssysteme auf Basis erneuerbarer Energien sind hier eine mögliche Lösung. Die ISEA-Abteilung NIS

entwickelt Werkzeuge, um optimale System-konfigurationen und Betriebsführungsstrate-gien für solche Systeme zu berechnen.

•EntwicklungvonTechnologienundMärkten

In einer Vielzahl von Studien werden zu erwar-tende technische Entwicklungen von Spei-chersystemen, der Wettbewerb verschiedener Flexibiltätsoptionen untereinander und neue Anwendungsbereiche von Speichersystemen untersucht. Dies erfolgt in Arbeitsgruppen von Verbänden wie der ETG im VDE, im Auftrag von politischen Think Tanks, im Industrieauftrag oder auch direkt bzw. indirekt im Auftrag von Ministerien.

ISEA I Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe, RWTH Aachen

Lehrstuhl Stromrichtertechnik und Elektrische AntriebeProf. Dr. ir. Dr. h. c. Rik W. De Doncker

Lehrstuhl Elektrochemische Energiewand-lung und SpeichersystemtechnikProf. Dr. Dirk Uwe Sauer

Redaktion & Kontakt:Dr. Ute Müller/Dr. Rolf SweekhorstISEA I Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische AntriebeRWTH AachenJägerstraße 17 - 1952066 Aachen

Tel. : +49 241 80 99597Fax: +49 241 80 92203Mail: newsletter@isea.rwth-aachen.de

Url: www.isea.rwth-aachen.de

Veranstaltungen/Termine

24.-25.09.2014 Energiespeicher für Bordnetze, Hybridfahrzeuge und Antriebssysteme – Anforderungen, Technologie, Praxiserfahrungen, Seminar Haus der Technik am ISEA, Aachen; Programm: s. Link

09.-11.03.2015 9th International Renewable Energy Conference (IRES) und Energy Storage Europe, Düsseldorf.

27.-29.04.2015 7. Fachkonferenz „Kraftwerk Batterie“, Eurogress, Aachen

22.-25.06.2015 PEDG2015: The 6th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, Quellenhof, Aachen.

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Matthias Leuthold/Dipl.-Ing. Dirk Magnor,

Abteilungsleitung „Netzintegration und Speichersys-

temanalyse“

leuthold@isea.rwth-aachen.de

magnor@isea.rwth-aachen.de

DasNIS-TeamentwickeltsystemoptimierteLösungenfürSpeichersysteme

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Aktuelle Publikationen aus dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe 30. April 2014, Nr. 1/2014

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ISEA I Aktuelle Publikationen

Sebastian Richter:

Digitale Regelung von PWM-Wechselrichtern mit niedrigen Trägerfrequenzen

Sebastian Richter hat am 2. Mai 2013 seine Promotionsprüfung mit dem Thema „Digitale Regelung von PWM-Wechselrichtern mit nied-rigen Trägerfrequenzen“ erfolgreich abgelegt.

Im Vordergrund der Untersuchung steht die aktive Dämpfung von schwingungsfähigen Filtersystemen bei sehr niedrigen Schaltfre-quenzen und damit ebenfalls niedrigen Regel-frequenzen im Kilohertzbereich. Sebastian Richter beschäftigt sich in seiner Dissertation mit der Regelung im alpha-beta-System mittels PR-Reglern, die eine interessante Alternative zu den etablierten PI-Reglern darstellen.

Darüber hinaus wurde für die Arbeit ein neues Verfahren zum „Anti-Windup“ des PR-Reglers entwickelt und mit bestehenden Implemen-tationen verglichen. Eine Neuentwicklung ist auch der reduzierte Störgrößenbeobachter für ein LCL-Filter, der eine implizite Prädiktion um eine Abtastperiode beinhaltet. Damit wird

eine gute Kompensation der Störgröße sowie eine zuverlässige Schätzung der Netzspan-nung ermöglicht, ohne auf zusätzliche Span-nungssensoren zurückgreifen zu müssen. Die

verschiedenen Aspekte wurde in der Praxis auf einem dreiphasigen Versuchsumrichter mit 11 kVA Leistung verifiziert.

Die Dissertationsschrift ist im Shaker-Verlag als Band 70 der Aachener Beiträge des ISEA erschienen und unter der ISBN 978-3-8440-2641-2 erhältlich.

Dr. Sebastian Richter ist seit 2011 bei der AixControl GmbH Leiter des Bereichs Regelungstechnik.Am ISEA hat er als Student angefangen und war im Anschluss von 2006 bis 2011 als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig.

Stephan Thomas:

A Medium-Voltage Multi-Level DC/DC Converter with High Voltage Transformation Ratio

Am 2. Mai 2013 hat Stephan Thomas seine Promotionsprüfung in Aachen zum Thema „A Medium-Voltage Multi-Level DC/DC Converter with High Voltage Transformation Ratio“ erfolg-reich abgeschlossen.

In der Arbeit wird als Vertreter der Multi-Level-DC/DC-Wandler-Topologien exemplarisch eine einphasige 3-Level-Neutral-Point-Clamped/2-Level-Dual-Active-Bridge-Topol-ogie untersucht und umfassend analytisch beschrieben. Das Vorgehen zum Herleiten der analytischen Beschreibung des Umrich-

ters kann analog auf weitere Multi-Level-DC/DC-Wandler-Topologien übertragen werden. Dies wird anhand einer einphasigen 5-Level-Neutral-Point-Clamped/2-Level-Dual-Active-Bridge gezeigt.

In einem eigenständigen Optimierungskapitel werden unterschiedliche Operationsmodi und die Transformatorausnutzung untersucht und nach der Art des Schaltvorgangs der Halbleiter-schalter unterteilt.

Messergebnisse an einem einphasigen 3-Level-NPC/2-Level-Dual-Active-Bridge-Wandler für 6 kV/750 V, der im Rahmen eines Batterie-Charak-terisierungs- und Energiespeichersystems umgesetzt wurde, bestätigen die analytischen Gleichungen und Simulationen.

Die Dissertationsschrift ist im Shaker-Verlag als Band 69 der Aachener Beiträge des ISEA erschienen und unter der ISBN 978-3-8440-2605-4 erhältlich.

Dr. Stephan Thomas ist zurzeit bei der AixControl GmbH als Leiter des Bereichs Leistungselek-tronikentwicklung tätig.Zuvor war er wissenschaft-licher Mitarbeiter am ISEA und am Institut PGS des E.ON Energy Research Centers der RWTH.