Die Einführung der 800-V-Antriebsarchitektur stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Betrachten wir die Herausforderungen bei der Entwicklung und Erprobung der 800-V-Antriebsarchitektur für Elektrofahrzeuge.
Das Potenzial von 800-V-Systemen ausschöpfen
Die 800-V-Antriebsarchitektur bezeichnet das elektrische System eines Elektrofahrzeugs (typischerweise Elektro-Lkw und Baumaschinen), das mit einer Nennspannung von 800 Volt arbeitet. Dies stellt eine deutliche Steigerung gegenüber der derzeit in batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) verwendeten 400-V-Antriebsarchitektur dar. Diese Fahrzeuge benötigen an öffentlichen Gleichstrom-Schnellladestationen (DCFC) Ladezeiten zwischen 40 und 120 Minuten. Diese Ladezeiten sind durch den praktischen Querschnitt des Kabels begrenzt, das für den erforderlichen Stromfluss zum Akku benötigt wird. 800-V-BEVs sind eine vielversprechende Alternative, um extrem hohe Ladeleistungen von 350 oder 400 Kilowatt zu erreichen.
Der Übergang zu batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) mit 800 Volt bietet eine Lösung für die Reichweitenangst. Durch die Verdopplung der Spannung bei gleichbleibendem Strom verdoppelt sich die effektive Energieausbeute des Fahrzeugs. Da das Fahrzeug 50 % schneller aufgeladen werden kann (was einer Halbierung der Ladezeit entspricht), verringert diese Weiterentwicklung die Sorgen um die Batterieentladung auf längeren Fahrten deutlich.
Balkendiagramm zur Darstellung des Wachstums des Produktionsanteils von 800-V-Systemen zwischen 2020 und 2030. Quelle: Yole Marktforschung
Erhöhte Reichweite von Elektrofahrzeugen
Dadurch können diese Fahrzeuge potenziell in weniger als 23 Minuten von 5 % auf 80 % aufgeladen werden, was einer Reichweite von etwa 320 km entspricht. Dies steht im deutlichen Gegensatz zu den 40 bis 120 Minuten, die für derzeit verfügbare 400-V-Batteriesysteme üblicherweise benötigt werden.
Darüber hinaus ermöglicht die hohe Spannung die Übertragung der gleichen Leistung mit einem geringeren Strom, was die Verwendung von Kabeln und Steckverbindern mit kleinerem Durchmesser innerhalb des Antriebssystems erlaubt. Dies führt zu einem leichteren Elektrofahrzeug und letztendlich zu einer größeren Reichweite bei einem vergleichbaren Akku.
Weitere Vorteile des Übergangs von 400 auf 800 Volt sind eine verbesserte Gesamteffizienz und ein einfacheres Wärmemanagement im gesamten Antriebsstrang-Subsystem.
Laut dem Marktforschungsunternehmen Yole wird die Automobilindustrie voraussichtlich bis 2023 mit der Einführung von 800-V-Systemen als Standardlösung beginnen. Dieser Wandel wird durch die bereits erwähnten zahlreichen Vorteile vorangetrieben, insbesondere im Premiumsegment, wo Automobilhersteller wie Audi, Porsche, Hyundai und Kia die ersten Schritte zur Kommerzialisierung unternehmen. Zwar können derzeit nur wenige öffentliche Schnellladestationen die 800-V-Architektur vollständig nutzen, doch steigt diese Zahl täglich, und es ist wahrscheinlich, dass die Mehrheit der öffentlichen Schnellladestationen innerhalb der nächsten fünf Jahre mit 150 kW oder mehr betrieben wird.
Thermische Vorteile von Breitbandgeräten
Bei Hardware-Ansätzen liegt der Schwerpunkt auf dem Einsatz von Halbleitern mit großem Bandabstand (WBG) wie SiC- und GaN-Schaltern. Diese Wahl beruht auf ihren schnellen Schalteigenschaften und ihrer hohen Temperaturtoleranz. Diese Komponenten arbeiten auch bei erhöhten Temperaturen effizient, verbessern den Wirkungsgrad und reduzieren die gesamte harmonische Verzerrung (THD). Der erweiterte Betriebstemperaturbereich von WBG-Bauelementen vereinfacht zudem die Wechselrichterkonstruktion und minimiert den Bedarf an Wärmemanagementsystemen. In unserer Zusammenarbeit mit Normungsorganisationen wie JEDEC und IEC konzentrieren wir uns auf Normen zur Schaltanalyse und Dioden-Sperrverzögerungsmessung, die grundlegend für die Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von WBG-Bauelementen sind.
Oszilloskope spielen eine entscheidende Rolle bei der Validierung
Oszilloskope spielen eine entscheidende Rolle bei der Validierung und Diagnose von Problemen mit Traktionsmotoren und Wechselrichtern in Elektrofahrzeugen. Sie ermöglichen es Entwicklern, ambitionierte Effizienzziele zu erreichen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein Oszilloskop allein für all diese Messungen möglicherweise nicht ausreicht.
Messlösungen und Analysesoftware spielen eine entscheidende Rolle. Optisch isolierte Spannungssonden helfen Entwicklern bei Messungen an Hochspannungs-Gate-Ansteuersystemen
Tektronix bietet eine Lösung für den Breitband-Doppelimpulstest (DPT) oder Doppelimpulstest auf den Oszilloskopen der Serien MSO 4 B, MSO 5 B und MSO 6 B an, die Ingenieuren hilft, genaue und wiederholbare Messungen an hochmodernen Leistungswandlerdesigns durchzuführen.
Speziell angepasste Software, wie beispielsweise die IMDA-Lösung (Inverter Motor Drive Analysis) von Tektronix, ergänzt diese Möglichkeiten durch die Ermöglichung dreiphasiger Messungen für PWM- und mechanische Daten und erhöht so den Gesamtnutzen der Lösung.
Spezielle Strom- und Spannungstastköpfe sind unerlässlich, um die korrekten Amplituden und Frequenzen an kritischen Punkten zu messen. Die Oszilloskope der Serien MSO 5 und 6 sind eine hervorragende Lösung für Ingenieure, die Antriebsstränge für Elektrofahrzeuge entwickeln. Sie bieten eine hohe Kanalanzahl, Analysesoftware für Wechselrichter und vielseitige Tastkopfoptionen.
Ein Ingenieur führt mit dem Mixed-Signal-Oszilloskop Tektronix Series 5 B Tests am Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs durch.
AUTOR: Denis Solomon, Tektronix
