Simulation elektrischer Antriebe für den automotiven Einsatz die Smart Electric Drives Library

Transkript

1 Simulation elektrischer Antriebe für den automotiven Einsatz die Smart Electric Drives Library DI Harald Giuliani arsenal research

2 Outline Wozu dient die neue Dymola Smart Electric Drives (SED) Bibliothek? Warum wird in Dymola simuliert? Einführung in elektrische Antriebsregelungen Aufbau und Struktur der Library Modell einer feldorientierten Antriebsregelung Modell einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe SED in Kürze

3 Motivation zur SED Elektrische Maschinen für den automotiven Einsatz gewinnen immer mehr an Bedeutung Simulation der Nebenaggregate wie Wasserpumpe, Ölpumpe, Klimaanlage, Lüfter, Lenkhilfepumpe Simulation verschiedener E-Maschinen mit geeignetem Regelungskonzept Simulation eines gesamten Hybridfahrzeuges Optimales Energiemanagement zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung möglich

4 Warum wird in Dymola simuliert? graphisches Tool zur Simulation von elektrischen pneumatischen, hydraulischen und mechanischen Komponenten besonders im automotiven Bereich finden wir eine Vielzahl von physikalischen Systemen Simulation der Interaktion zwischen diesen Systemen Basismodelle von elektrische Maschinen findet man in der Modelica Standard Library ohne Einbindung in eine Steuerungs- und Regelungsumgebung können die bestehenden Modelle nicht sinnvoll genutzt werden

5 Einführung in die elektrische Antriebsregelung Spannungsversorgung Solldrezahl Drehzahl Regelung Sollstrom Strom Regelung Drehzahlregler Stromregler Umrichter E- Maschine Drehgeber Rotordrehzahl Gemessener Strom Gemessene Drehzahl Prinzip einer Antriebsregelung

6 Aufbau und Struktur der Library(1)

7 Aufbau und Struktur der Library(2)

8 Aufbau und Struktur der Library(3)

9 Beispiel einer feldorientierten Antriebsregelung(1) Field Oriented Control (FOC) Raumzeigerrechung Drehmomententwicklung in der Maschine sind beide Zeiger parallel, wird kein Drehmoment entwickelt die leistungseffizient größte Drehmomentbildung erfolgt wenn die beiden Raumzeiger aufeinander senkrecht sehen β γ m m = ψ i s sin(γ ) s i s Ψ s α

10 Beispiel einer feldorientierten Antriebsregelung(2) vmachinemax k=vnominal ismax k=inominal psiref k=1 TorqueRef SmartElectricDrivesLibrary DC_AC batteryideal DC FOC AC Ground1 Referenzgrößen FieldOrientedControl(FOC) Ideale Batterie Umrichter (DC/AC) Flussmodel duration=0.1 currentmodel mbox Strom/Spannung/Drehzahl - Sensor LoadRef tau Torque1 Star1 m=3 in Stern geschaltete Asynchronmaschine starttime=4 AIMC

11 Beispiel einer feldorientierten Antriebsregelung(3)

12 Beispiel einer feldorientierten Antriebsregelung(4)

13 Beispiel einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe (1) Wasserpumpe als Nebenaggregat im Auto soll autonom über Elektromotor und Batterie angetrieben werden Wasserpumpe mit Drehzahlregelung + einfaches Energiemanagement sorgt für Laden der Batterie ControlUnit Verwendung von quasistationären Asynchronmaschinen (SED) AIMQS

14 Beispiel einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe (2) batteryidealized PumpSpeedRef period=300 Ground1 ControlUnit Pressure p=0 WaterPump AIMQS1 AIMQS2 Engine SpeedS w

15 Beispiel einer elektrisch angetriebenen Wasserpumpe (2)

16 SED in Kürze Die SED ist ein sehr leistungsstarkes Tool zur Simulation elektrischer Antriebssysteme. Speziell im automotiven Sektor unterstützt die SED die Elektrifizierung von Nebenaggregaten zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen Sehr große Beispielauswahl und gute Dokumentation erleichtern die Anwendung der SED Der durch Dymola generierte C- Code eines Modells soll in nächster Zukunft eine Hardware In the Loop (HIL) Anwendung ermöglichen.