Absicherung und Erprobung der Elektromobilität

Mit welcher Methodik können die Komponenten eines elektrischen Antriebs effizient und mit maximaler Aussagekraft abgesichert werden?
Welche Tests müssen in den einzelnen Phasen eingeplant werden, um frühzeitig verlässliche Erkenntnisse im Entwicklungsverlauf zu gewinnen?

Die Elektromobilität ist mit zunehmender Geschwindigkeit auf dem Vormarsch und die Beantwortung der genannten Fragen ein zentraler Erfolgsfaktor. Gleichzeitig stellen Inverter oder Batteriespeicher wichtige Bausteine für die Umsetzung der Energiewende dar! Bertrandt stellt daher die Absicherung sämtlicher Komponenten für die elektrische Mobilität und der dahinterliegenden Energieversorgung konsequent in seinen Fokus. Egal ob E-Maschine, Inverter, Batterie oder Ladesystem.  Den technischen Innovationen dieser Produkte begegnen wir dabei mit hochmoderne Prüftechnologien und neuartigen Prüfmethoden. Mit der kontinuierlichen Erweiterung unserer Kapazitäten an unseren Standorten sowie einer effizienten Testplanung und -durchführung unterstützen wir den Entwicklungsprozess unserer Kunden – vom Einzeltest bis zu vollständigen Validierungsprogrammen.

Der Trend zur Elektromobilität beschleunigt sich kontinuierlich. Elektrische Antriebe finden in einem breiten Leistungsspektrum ihren Einsatz. Effizienz ist dabei ein entscheidendes Kriterium

  • Um die zuverlässige Funktion der Antriebe zu gewährleisten, spielt die Absicherung der elektrischen Antriebe eine zentrale Rolle.

Darüber hinaus finden elektrische Antriebe oder Inverter – in einer großen Leistungsbreite – auch Einsatz in Industrieanlagen bzw. der Energietechnik.

  • Hierbei ist die Energieeffizienz, also der Wirkungsgrad der Komponenten, ein entscheidendes Merkmal, um die System- und Betriebskosten zu optimieren.

Unsere Lösungen im Überblick:
Um im Entwicklungsprozess frühzeitig tiefe Erkenntnisse zu gewinnen, bieten wir unseren Kunden eine Vielzahl von Lösungen an – passgenau auf ihre Bedürfnisse abgestimmt.

Darunter zählen:

  • Virtuelle Absicherung
  • Funktionale Absicherung
  • Nachbildung mechanischer Belastungen
  • Elektrische Tests
  • Umweltsimulation

Unsere langjährige Expertise in der Absicherung ist dabei eng mit dem notwendigen Produkt- und System-Know-how verknüpft. Innerhalb des Bertrandt Netzwerkes haben wir Zugriff auf das dafür notwendige branchenspezifische Wissen in Automobil, Luftfahrt, Maschinen- und Anlagenbau, der Elektroindustrie sowie der Energietechnik.

  • Prüffeld für E-Maschinen im Automobilbereich: Bertrandt entwickelt spezifische Prüfkonzepte und verfügt dabei über die notwendigen Prüfmöglichkeiten für Elektromotoren und den gesamten elektrischen bzw. elektrifizierten Antriebsstrang. Die Spanne reicht dabei von (Mild) Hybrid-Anwendungen (HEV), Plug-in-Hybriden (PHEV) bis hin zu rein batterieelektrische Fahrzeugen (BEV). Wir ermitteln Kennlinien und Wirkungsgrade, führen Drehzahlwechselprüfungen durch und bieten umfassende Lebensdaueruntersuchungen an.
  • Wirkungsgradbestimmung: Wirkungsgrade von weit über 90 % bei E-Antrieben stellen hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit und die Messgenauigkeit der Prüf- und Messtechnik. Mit unseren Prüfsystemen können wir Verbesserungen von Wirkungsgraden im Zehntel-Prozentbereich valide und reproduzierbar bestimmen.
  • Allrad-Rollenprüfstände: Auf unserem aktuellen Rollenprüfstand sind wir in der Lage, Fahrzeuge bis zu einer Nennleistung von 550 kW zu validieren oder Reichweitenermittlungen durchzuführen.
  • Trend 800-Volt-Systeme: Wir prüfen nicht nur klassische 400-Volt-, sondern auch 800-Volt-Leistungskomponenten.
  • Trend höhere Drehzahlen: Wir sehen bei elektrischer Antrieben in den kommenden Jahren den klaren Trend zu höheren Drehzahlen – bis hin zu 25.000 oder 30.00 Umdrehungen. Unsere E-Maschinen-Prüfstände sind bereits jetzt für diese neue Generation an Antrieben gerüstet.
  • Trend mehrphasige Systeme: An die Stelle bisheriger 3-Phasen-Ansteuerungen werden zunehmend 6-phasige Komponenten wie Multiphasenwandler eingesetzt. Bertrandt hat seine Prüf- und Messtechnik deshalb für diese neuen Komponenten angepasst und ausgebaut.


Beispielhafte Projekte in unseren Testhäusern:

  • Validierung der Leistungselektronik: Wir führen für namhafte OEM und Systemlieferanten vollständige Validierungsprogramme für die Leistungselektronik durch. Neben der klassischen Umweltsimulation prüfen wir die Betriebsfestigkeit, aber auch die elektrischen und funktionalen Merkmale des Antriebs sind wichtige Testfelder.
  • Durchgängigkeit: Unser Auftrag startet mit der Erarbeitung des Testplans sowie der Prüfspezifikation, um so die geforderte Testabdeckung zu erreichen. Anschließend begleiten wir mit unseren Absicherungsspezialisten den gesamten Entwicklungsprozess bis hin zum Serienanlauf. Kurzfristige Testbedarfe oder Änderungen im Erprobungsablauf begegnen wir mit einem geschickten Projektmanagement und einer hohen Quantität an Testanlagen.
  • Transparenz: Unser Anspruch ist es, den Kunden mit höchster Transparenz über die Testfortschritte und -ergebnisse zu informieren. Damit schaffen wir die notwendige Nähe zwischen Entwicklung und Testing und erzielen damit eine hohe Effizienz im Entwicklungsprozess. Technisch unterstützen wir dies u. a. durch VPN- oder Cloud-basierten Zugriff auf das Prüfstands-Monitoring-System. So lassen sich Erkenntnisse ohne Zeitverzug in den Entwicklungsprozess zurückspielen. Erfahrene Projektleiter übernehmen Priorisierungen, Anpassungen im Testprogramm oder auch das notwendige Reporting.

Den Energiespeichern kommt im stationären Einsatz als auch in der mobilen Anwendung eine zentrale Bedeutung beim Transformationsprozess im Energie- und Mobilitätssektor zu. Die Innovationsschübe sowie das breite Anwendungsspektrum von Energiespeichern führen zu einem steigenden und gleichzeitig differenzierten Bedarf an Absicherungsleistungen, durch die unsere Kunden die Qualität ihrer Produkte auf hohem Niveau gewährleisten können.

Eingebettet in den hausinternen Entwicklungsprozess von Lithium-Ionen-Energiespeichern können in unseren Prüfzentren Energiespeicher hinsichtlich Umwelteinflüssen sowie mechanische und elektrischen Belastungen getestet werden.

Zu den Testeinrichtungen zählen:

  • Prüfzentren Hochvolt-Energiespeicher: Wir prüfen das Verhalten von Hochvolt-Batterien, von der Modulebene über Hybridbatterien bis hin zu Batterien für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge unter verschiedensten Klimatischen und elektrischen Bedingungen.
  • Hochvolt-Werkstatt: In unseren Hochvolt-Werkstätten führen wir – eingebettet in Entwicklungsprojekte – den Aufbau von Batterien durch. Dies beinhaltet selbstverständlich auch die notwendigen Dokumentationen sowie „Beginn-Of-Life-Tests“. Nach Abschluss der Erprobung können die Speicher zerlegt werden; der Zustand jeder einzelnen (Sub-) Komponente wird dokumentiert.
    Über unsere umfangreiche Expertise in der Batterie-Entwicklung sind wir darüber hinaus in der Lage, Bewertungen des Zustands zu erarbeiten oder Optimierungspotentiale im Design abzuleiten.
  • Testsysteme für 1.200 V/1.200 A: Unsere mehrkanalig ausgelegten Testsysteme ermöglichen sowohl das (energie-)effiziente Testen von mehreren Batterien, als auch die Realisierung von sehr hohen elektrischen Leistungen. Umfangreiche Sicherheitskonzepte sorgen für den sicheren Betrieb und damit auch für den Schutz des Prüfteils.
  • Tests auf Strukturfestigkeit: Um das Ziel einer betriebsfesten und crashsicheren Batterie zu erreichen, führen wir zahlreiche Einzelprüfungen durch. Das Augenmerk liegt dabei auf der im Pkw-Sektor üblichen Fahrzeugstruktur-integrierten Batterie, der Auslegung von Batteriegehäusen, -strukturelementen sowie aufnahmen.
  • Kapazitäten für umfangreiche Projekte: Bertrandt verfügt über ausreichend Kapazitäten auch für große Projektumfänge und lange Projektdauern. Wir sorgen für die Validierung der Energiespeicher über alle Musterphasen hinweg und begleiten die gesamte Entwicklung bis zum Serienanlauf.

 

Beispielhafte Projekte im Bereich Hochvolt-Energiespeicher:

  • Herausforderung Lebensdauererprobung: Wir führen Verifikations- und Validierungstest an Hochvolt-Batterien durch und untersuchen hierbei die thermische Alterung sowie die Zyklenfestigkeit. Die hier berechneten Testdauern von teilweise zwölf Monaten und länger erfordern hohe Zuverlässigkeit der Prüftechnik sowie eine vollumfängliche Automatisierung der Testabläufe. Dabei bringen wir neben dem Bauteilverständnis auch unsere langjährige Expertise im Betrieb der Testanlagen mit ein. Unsere Kunden profitieren so von einer verlässlichen Planung in ihren Entwicklungsprojekten.

Für den Betrieb von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist eine verlässliche Ladelösung entscheidend. Hierzu bieten wir Absicherungslösungen für sämtliche im Ladevorgang beteiligten Komponenten – wie Onboard-Charger, Lade-Port, Leitungssätze und Steckverbinder sowie die Ladesäule selbst. Wir betrachten dabei sowohl die funktionale bzw. elektrische Seite als auch die Umwelteinflüsse und das daraus resultierende Alterungsverhalten. 

  • Ladetester für die funktionale Absicherung:  Mit unserer modularen Prüftechnik sind wir in der Lage, das normkonforme Verhalten der Systemkomponenten sowie projektspezifische Anforderungen zu untersuchen. Dabei kann das Verhalten des Fahrzeugs (EV) untersucht und die Ladesäule (EVSE) simuliert werden oder die Ladesäule selbst als Testobjekt fungieren.  Im „Man-in-the-middle“-Setup kann das Verhalten von realem Fahrzeug und realer Ladesäule analysiert werden. Wir setzen uns dabei beispielsweise mit der DIN SPEC 70121 oder ISO 15118 auseinander.
  • Umweltsimulation: Um die geforderte Lebensdauer sämtlicher am Ladevorgang beteiligten Komponenten zu bestätigen, führen wir in unseren Laboren Untersuchungen unter Temperatur-, Feuchtigkeits- oder mechanischen Belastungen durch. Dabei entwickeln wir auch spezifische Mess- und Automatisierungstechniken, um eine maximalen Informationsgewinn für den Entwicklungsprozess zu erlangen.

Die Praxis zeigt, dass es sowohl um die Validierung als auch um die Verbesserung von Komponenten und Systemen geht. Hier sind neben dem Know-how für Absicherungsmethoden vor allem auch das notwendige Produkt-Know-how und die Verknüpfung mit weiteren Leistungen im gesamten Entwicklungsprozess der Komponenten oder des Systems gefragt. Bertrandt kann alle gefragten Anforderungen vollumfänglich, zuverlässig und genau auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt abdecken und ist damit weit mehr als ein reiner Absicherungspartner.

  • Know-how für komplette Systeme: Bertrandt ist einer der größten Entwicklungs-Dienstleister für OEM und Tier n in den Bereichen Automobil, Luftfahrt, Maschinen- und Anlagenbau, Medizintechnik, Elektroindustrie sowie der Energietechnik. Wir verfügen über langjährige Erfahrung in diesen Branchen und verknüpfen die Felder gezielt,um so einen Mehrwert für unsere Kunden zu generieren.
  • Schnelle Projektumsetzung: Unsere Arbeit beginnt bereits bei der Erstellung von anforderungsabhängigen Prüfspezifikationen. Über unsere Erfahrungen mit Prüfmethoden, -technologien und -abläufen gelingt es uns hier, ein ausgewogenes Verhältnis von Aufwand/Nutzen/Zeit zu erreichen oder gezielt einzelne Ziele zu priorisieren. Mit skalierbaren Prüfkapazitäten können wir dabei auch hohe Volumina termingerecht und gezielt ableisten.
  • Standorte in Kundennähe: Als einer der größten Entwicklungspartner in Mitteleuropa sind unsere Testing-Standorte stets in Kundennähe.
  • Know-how für große Datenmengen: Wir haben in unseren Prüfungen einen hohen Automatisierungsgrad umgesetzt. Mittels leistungsfähiger Anbindung der Prüfstände an unsere Storage-Systeme, aber auch bedarfsorientierter Cloud-Lösungen, erhalten unsere Kunden aus unseren Tests den größten Informationsgewinn und können so ihren Entwicklungsprozess kurz- und mittelfristig optimieren.