Dr.-Vorträge Januar 2024

Alle Vorträge online (ZOOM) und CARL, Tagungsräume, Erdgeschoss, Campus-Boulevard 89, 52074 Aachen

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Montag, 22. Januar 2024
09:00 Uhr, Tobias Frambach, M.Sc
„Anwendungsgerechte Dimensionierung und Betriebsstrategien von 48 V Plug-In-Hybridfahrzeugen“ (Vortragssprache: Deutsch)

Um die Erreichung der Klimaziele zu gewährleisten, ist eine deutliche Senkung der Treibhausgas-Emissionen innerhalb des Transportsektors unausweichlich. Ein wichtiger Beitrag dazu wird durch die Hybridisierung von Antriebsstrangsystemen geleistet, wobei der Verbrauch von fossilen Energieträgern gesenkt und durch die Nutzung elektrischer Energie substituiert wird. In dieser Arbeit wird die Dimensionierung und Betriebsweise als Plug-In-Hybrid auf einer Systemspannungsebene von 48 V untersucht, welche den Einsatz von kostengünstigen Komponenten ermöglicht, allerdings im Vergleich zu Hochvoltfahrzeugen in der verfügbaren Leistung limitiert ist. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Betrachtung der Traktionsbatterie, da dieses Antriebsstrangkonzept den Einsatz von Hochenergiezellen ermöglicht, die bislang selten in Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. In Laboruntersuchungen werden dazu Charakterisierungs- und Alterungsmessungen durchgeführt und anschließend in ein rechenzeiteffizientes Batteriemodell für Antriebsstrangsimulationen überführt. Die in Bezug auf die Lebenszyklusemissionen optimale Batteriekapazität wird für verschiedene Nutzungsszenarien und Fahrzeugklassen hergeleitet. Neben der Auswirkung verschiedener Betriebsstrategien und unterschiedlicher Ladehäufigkeiten wird der Einfluss der Emissionsmodellparameter unter aktuellen und zukünftigen Randbedingungen untersucht. Das vorgestellte 48 V Plug-In-Hybridsystem wird schließlich hinsichtlich des Emissionseinsparpotentials bewertet und im Vergleich zu herkömmlichen Hybridsystemen eingeordnet, um zur Entwicklung einer möglichst nachhaltigen und ökologischen Mobilität beizutragen.

Donnerstag, 25. Januar 2024
16:00 Uhr, Julia Warmuz, M. Sc.
“The Diode-Assisted Gate-Commutated Thyristor: Current Interruption Capability and Feasibility Assessment for a Medium-Voltage Direct Current Hybrid Circuit Breaker Application“ (Vortragssprache: Englisch)

Diese Dissertation untersucht die Machbarkeit der Verwendung des Diode-Assisted Gate-Commutated Thyristors (DAGCT) in einem hybriden Leistungsschalter für mittelspannungs-Gleichstromnetze. Der DAGCT, ein GCT-basierter Leistungshalbleiter, welcher speziell für die Abschaltung von hohen Kurzschlussströmen entwickelt wurde, integriert Dioden mit hoher Durchlassspannung in seinem Ausschaltpfad und eliminiert somit die Notwendigkeit für vorab geladene Kondensatoren, wie sie bei einem IGCT vorhanden sind. Der konstruierte Prototyp unterbricht erfolgreich einen Strom von 1,3 kA. Das Ausschaltverhalten wird anhand des Gatestrom-Kommutierungsverhaltens analysiert. Eine Fehleranalyse identifiziert die Ursachen für Ausfälle und schlägt eine angepasste DAGCT-Konstruktion vor. Ein SPICE basieretes Simulationstool prognostiziert eine Stromausschaltsfähigkeit von 10 kA mit einer Kommutationszeit von 650 ns. Vergleiche mit dem IGCT zeigen einen überlegenen Abschaltmechanismus des DAGCT auf. Eine Zuverlässigkeitsbewertunge hebet die Vorteile des DAGCT hervor, darunter die minimale Energieanforderung, was eine kostengünstige Hilfsstromversorgung ermöglicht.

Freitag, 26. Januar 2024
10:00 Uhr, Rafael Goldbeck, M. Sc.
“Modellbasierte Regelung der dreiphasigen Dual-Active Bridge für einen dynamischen Betrieb und die adaptive Kompensation von Parameterabweichungen“ (Vortragssprache: Englisch)

Im Zuge der Energiewende ist eine präzise Regelung der Energieflüsse von zunehmend zentraler Bedeutung für eine stabile und unterbrechungsfreie Energieversorgung. Leistungselektronischen Wandlern kommt dabei eine Schlüsselrolle zu, da sie die erforderlichen digitalen Regelungsschnittstellen liefern. Die dreiphasige Dual-Active Bridge (DAB3) sticht als bidirektionaler DC/DC-Wandler mit galvanischer Trennung und hoher Leistungsdichte besonders hervor. Ein nahezu instantanes Ansprechverhalten in der Stromdynamik macht sie zur idealen Wahl für präzise Regelungs- und Stabilisierungsaufgaben. Mangels akkurater Modelle wird das enorme dynamische Potenzial der DAB3 in modernen Regelungskonzepten jedoch nicht voll ausgeschöpft. Große Fertigungstoleranzen beim Schlüsselparameter der Streuinduktivität schränken die Leistungsfähigkeit angewandter Regelungen zusätzlich ein.
In dieser Arbeit wird eine Regelung entwickelt, die das volle dynamische Potenzial der DAB3 ausschöpft und zur Laufzeit auf Parameterabweichungen reagiert, um maximale Regelgüte zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird ein akkurates, zeitdiskretes Modell unter Berücksichtigung der Momentanwertabtastung hergeleitet. Ein linearer Ansatz für die primären Regelungsaufgaben garantiert vorhersagbare Eigenschaften der Störantwort. Um Dynamikeinbußen und asymmetrischen Phasenbelastungen infolge von Streuinduktivitätsabweichungen entgegenzuwirken, wird die Regelung durch adaptive und symmetrierende Elemente ergänzt.
Die Wirksamkeit des Regelungskonzepts wird bestätigt durch Messungen an einem Rapid-Control-Prototyping-Testaufbau, bestehend aus einer Echtzeit-Regelungsplattform und einer DAB3 im Labormaßstab mit 1 kW Leistung und 120 V Spannung im Nennbetrieb.