Systemorientierte Entwurfsmethodik für Fahrzeugladegeräte

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In dieser Arbeit wird eine Entwurfsmethodik für Fahrzeugladegeräte entwickelt, die eine umfassende Analyse des gesamten Ladesystems ermöglicht, bestehend aus Netz, Ladegerät und Fahrzeugbatterie. Die Methodik orientiert sich am V-Modell eines Entwicklungsprozesses und umfasst eine einheitliche Methode zur analytischen Modellbildung der Leistungselektronik sowie eine Rapid Prototyping Umgebung. Diese Modellbildung ermöglicht eine zeiteffiziente Analyse der Ladegeräteentwürfe und des Ladesystems. Die Rapid Prototyping Umgebung unterstützt die schnelle Validierung von Bauelementen, Topologien und Betriebsstrategien des Ladegerätes unter realen Bedingungen. Beide Elemente der Methodik werden entwickelt, um eine frühzeitige Eigenschaftenabsicherung im Entwurfsprozess zu gewährleisten, was in einem herkömmlichen Prozess nicht möglich wäre. Die Methodik wird auf ein Fahrzeugladegerät mit einer Nennleistung von 3,6 kW und Galliumnitrid Leistungshalbleitern angewendet. Die Auswahl der Topologien beschränkt sich auf eine aktive Vollbrücke für die Leistungsfaktorkorrektur sowie einen CLLC-Wandler und eine Dual Active Bridge für den DC/DC-Wandler. Diese werden modellbasiert analysiert und optimiert. Die Dual Aktive Bridge erreicht den höchsten Wirkungsgrad von 98,7%. Alle Komponenten des Ladegerätes werden unter realen Bedingungen validiert, was die Grundlage für die Entwicklung eines optimierten Funktionsmusters bildet.