Die Elektromobilität verändert die Automobilindustrie grundlegend – von der Fahrzeugarchitektur bis hin zu den Validierungsmethoden. Um diese Transformation zu unterstützen, haben sich dSPACE und ENORISE zu einer strategischen Partnerschaft zusammengeschlossen. Im Mittelpunkt steht die Integration einer leistungsstarken Testumgebung, die sich nahtlos in bestehende Labor- und Testinfrastrukturen einfügt und speziell auf die Anforderungen elektrischer Antriebsstränge zugeschnitten ist.
dSPACE und ENORISE: starke Partner für schlüsselfertige Power-HIL-Testsysteme
Um Kunden aus der Automobilindustrie eine schlüsselfertige Lösung für die Validierung von Leistungselektronik-Baugruppen aus einer Hand anbieten zu können, ist dSPACE im Jahr 2023 eine Partnerschaft mit dem Engineering-Dienstleister ENORISE (ehemals FEV) eingegangen.
Gemeinsam bieten die beiden Unternehmen weltweit maßgeschneiderte Power-HIL-Prüfstände an, die sich nahtlos in bestehende Testzentren integrieren lassen. Diese Prüfstände ermöglichen neben einer umfassenden Software-Validierung auch umfangreiche elektrische Leistungstests. Das Service-Angebot reicht von der Anlagenplanung über die Bereitstellung und Integration von Hard- und Software bis hin zur Inbetriebnahme.
Die Zuständigkeiten innerhalb der Partnerschaft sind klar definiert:
- dSPACE verfügt über umfangreiche Erfahrungen im Bereich Hardware-in-the-Loop (HIL) sowie über etablierte Power-HIL-Testsysteme. Mit der Kombination aus SCALEXIO und dem DS5386 High-Voltage Electronic Load Module bietet dSPACE eine leistungsfähige Echtzeitplattform zur Prüfung und Validierung von Leistungselektronik-Baugruppen unter realen Volllastbedingungen.
- ENORISE bringt 35 Jahre Erfahrung in der Integration von Prüfständen für Labore mit und bietet internationale Expertise in Automotive-Testsystemen sowie Automatisierungs- und Echtzeitlösungen. Mit MORPHEE® stellt ENORISE eine bewährte Prüfstandsoftware zur Verfügung, die speziell auf die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden abgestimmt werden kann.
Was macht SCALEXIO und das DS5386 High-Voltage Electronic Load Module zum idealen Power-HIL-System?
Mit SCALEXIO stellt dSPACE eine leistungsstarke Echtzeitplattform für signalbasiertes HIL-Testen bereit. Die modulare Architektur ermöglicht die präzise Simulation elektrischer Antriebe, Batteriesysteme und Netze auf Signalebene – inklusive der modellbasierten Darstellung von Spannungen und Strömen über entsprechende I/O-Schnittstellen. SCALEXIO stellt zahlreiche gebrauchsfertige Simulationsbibliotheken zur Verfügung, darunter XSG PES für Leistungselektronik sowie XSG EC und XSG GDM für Motorsimulation. Alle Bibliotheken sind direkt einsetzbar und flexibel anpassbar.
Für Power-HIL-Anwendungen, bei denen reale Leistungen getestet werden, wird SCALEXIO durch das DS5386 High-Voltage Electronic Load Module ergänzt. Diese Module übertragen das Modellverhalten auf die Leistungsebene und ermöglichen so Tests unter realen elektrischen Bedingungen. Damit wird die Brücke zwischen Simulation und physischer Leistung geschlagen – ein entscheidender Schritt für die Absicherung von Komponenten in Hochvolt-Umgebungen. So sind Tests von leistungselektronischen Steuergeräten mit Spannungen bis zu 1.250 V und mehreren Megawatt Leistung möglich. Jedes Modul ist als eigenständige Einheit dezentral über FPGA geregelt und agiert als hochdynamische Stromquelle oder -senke. Dabei repräsentiert es eine spezifische Funktion, etwa eine Maschinenphase oder einen Batteriepol, deren Verhalten durch das Echtzeitmodell definiert wird.
Die Power-HIL-Testsysteme von dSPACE lassen sich dank ihres modularen Aufbaus flexibel an unterschiedliche Anwendungen und Leistungsanforderungen anpassen. Die Konfiguration erfolgt dabei ganz einfach über die passende Anzahl an DS5386 High-Voltage Electronic Load Modules – je nach gewünschter Funktionalität und Prüfstandsleistung. Und das Beste: Wenn sich die Anforderungen im Projektverlauf ändern, wächst das System einfach mit. Neue Funktionen? Mehr Leistung? Zusätzliche Module machen es möglich.
Weshalb eignet sich MORPHEE® als effiziente Steuerzentrale für Power-HIL-Prüfstände?
Für die umfassende Steuerung und Automatisierung des Power-HIL-Prüfstands kommt die Software MORPHEE® zum Einsatz. Sie bietet eine einzigartige Echtzeit-Messleistung mit einer Abtastkapazität von bis zu fünf Millionen Einzelwerten pro Sekunde und ist damit ideal geeignet für die präzise Analyse des Lade- und Entladeverhaltens sowie der elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Batterien in der Elektromobilität.
Darüber hinaus ermöglicht MORPHEE® die direkte Ansteuerung von Drittanbieterkomponenten wie Klimakammern und Kühlwasserkonditionierern über Sollwertvorgaben. Leistungsmessgeräte lassen sich nahtlos in die Automatisierungsumgebung integrieren, ebenso wie sicherheitsrelevante Schnittstellen des Labors – etwa der zentrale Not-Aus zur Fehlerabschaltung. Damit trägt MORPHEE® entscheidend zur sicheren, flexiblen und durchgängigen Durchführung anspruchsvoller Power-HIL-Tests bei.
Wie arbeiten SCALEXIO und MORPHEE® zusammen?
Im Power-HIL-Prüfstand arbeiten SCALEXIO und MORPHEE® Hand in Hand: SCALEXIO übernimmt die latenzarme Echtzeitsimulation elektrischer und mechanischer Komponenten direkt auf FPGA-Basis, während MORPHEE® die übergeordnete Steuerung und Parametrierung der Testumgebung ermöglicht. Diese Kombination erlaubt es, hochdynamische Prozesse wie das Verhalten elektrischer Maschinen präzise zu berechnen und die resultierenden Sollwerte nahezu verzögerungsfrei an die elektronischen Lastmodule weiterzugeben.
Gleichzeitig können über MORPHEE® während der Laufzeit zentrale Modellparameter wie Strangwiderstände, Induktivitäten oder mechanische Arbeitspunkte flexibel angepasst werden. So lassen sich komplexe Fahrzyklen nicht nur realitätsnah abbilden, sondern auch mehrfach mit variierenden Maschinenparametern durchspielen – etwa zur Analyse des Steuergeräteverhaltens unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen.
Ein entsprechender Proof of Concept (PoC) hat gezeigt, wie leistungsfähig und vielseitig diese Systemintegration für die Entwicklung und Absicherung moderner E-Antriebstechnologien ist.
PoC: So funktioniert ein Power-HIL-Test mit SCALEXIO und MORPHEE®
Im Rahmen eines Proof of Concept (PoC) wurde das Zusammenspiel von SCALEXIO und MORPHEE® in einer kompakten Niedervolt-Testumgebung demonstriert. Obwohl das gemeinsame Angebot primär auf Hochvolt-Power-HIL-Systeme ausgerichtet ist, zeigt dieser Aufbau, wie flexibel die Plattformen auch für kleinere Anwendungen – etwa im Bereich Mikromobilität – eingesetzt werden können. Signaltechnisch bestehen keine Unterschiede zur Hochvolt-Variante, da die gleichen Echtzeitsysteme verwendet werden. Dies unterstreicht die Skalierbarkeit und Konfigurierbarkeit der dSPACE Lösungen.
Für den PoC wurde ein Inverter eines elektrischen Scooters an ein Niedervolt-Lastmodul angeschlossen, das das Verhalten des Motors und der Batterie realitätsnah emulierte. Die Steuerung des Inverters erfolgte über MORPHEE® via CAN, während SCALEXIO die Echtzeitsimulation über FPGA übernahm. Die Kommunikation zwischen SCALEXIO und den Lastmodulen lief über den dSPACE-eigenen Echtzeitbus IOCNET.
Zusätzlich kommunizieren SCALEXIO und MORPHEE® über EtherCAT und die ASAM XIL API. EtherCAT wird bidirektional genutzt, um mechanische Sollwerte sowie elektrische Mess- und Simulationsdaten auszutauschen. Die ASAM XIL API ermöglicht die Parametrierung der emulierten Maschine und ihrer Lagegeber. Nach Auswahl des Motormodells in SCALEXIO konnte der gesamte Prüfstand direkt aus MORPHEE® heraus gesteuert und angepasst werden.
Die Vielzahl verfügbarer Schnittstellen erlaubt es, weiteres Equipment wie Klimakammern oder Kühlwasserkonditionierer nahtlos in den automatisierten Testablauf zu integrieren. Der erfolgreiche PoC zeigt, wie effizient und flexibel SCALEXIO und MORPHEE® gemeinsam auch in kompakten Power-HIL-Szenarien eingesetzt werden können.
Möglicher Signalplan eines Power-HIL-Testsystems: Übersicht der zentralen Komponenten und deren Zusammenspiel.
Was sagen die Experten?
Die Partnerschaft mit dSPACE hat uns gezeigt, wie wertvoll eine starke technische Zusammenarbeit sein kann. Gemeinsam haben wir nicht nur unsere technologischen Fähigkeiten erweitert, sondern auch neue Maßstäbe in der Integration von Prüfständen gesetzt. Diese Synergie ist der Schlüssel zu unserem gemeinsamen Erfolg.
Die enge Zusammenarbeit mit ENORISE hat es uns ermöglicht, unser hochperformantes Power-HIL-System nahtlos in bestehende Labore zu integrieren und mit allen Drittanbieterkomponenten zu koppeln. Durch den kontinuierlichen Austausch und die gemeinsame Nutzung von Fachwissen konnten wir die Effizienz und Präzision unserer Testsysteme erheblich steigern. Die Bedienung erfolgt über eine einzige Software, und das Beste: Alles kommt aus einer Hand!
Zusammenfassung
Die strategische Partnerschaft zwischen dSPACE und ENORISE bietet der Automobilindustrie schlüsselfertige Power-HIL-Testsysteme, die speziell auf die Anforderungen elektrifizierter Antriebsstränge zugeschnitten sind. Durch die Kombination der leistungsstarken Echtzeitplattform SCALEXIO und des DS5386 High-Voltage Electronic Load Module von dSPACE mit der flexiblen Prüfstandsoftware MORPHEE® von ENORISE entstehen integrierbare Power-HIL-Lösungen, die sich nahtlos in bestehende Testzentren einfügen lassen.
Kunden profitieren von:
- maßgeschneiderten Prüfständen für Hochvolt-Anwendungen,
- realitätsnaher Simulation elektrischer Systeme unter Volllastbedingungen,
- hoher Automatisierung und Messgenauigkeit,
- flexibler Erweiterbarkeit der Testsysteme durch modulare Architektur,
- direkter Anbindung von Drittanbieterkomponenten,
- und einem durchgängigen Service aus einer Hand – von Planung bis Inbetriebnahme.
Diese Komplettlösungen ermöglichen eine effiziente, sichere und skalierbare Validierung moderner Leistungselektronik in der Elektromobilität.
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