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Des thermostats de processus comme composants clés pour tester les inverseurs
Les exigences croissantes en matière d'électromobilité, telles que des attentes plus élevées en termes d'autonomie, une capacité de charge plus rapide, une gestion thermique améliorée ou de nouvelles normes de sécurité, entraînent des demandes correspondantes plus élevées sur les composants du véhicule. L'inverseur, un composant électronique de haute performance, est un élément central du système de propulsion. L'entreprise AVL SET de Wangen (Allemagne) construit des bancs d'essai pour ces composants et d'autres composants électroniques de puissance et s'appuie sur les thermostats de processus de LAUDA en tant que composant intégral pour les échantillons de test de conditionnement. Ensemble, AVL SET et LAUDA rendent possibles des tests électriques et thermiques approfondis dans des conditions réalistes, contribuant ainsi à la fiabilité et à la fonctionnalité ultérieures.
Présentation d'AVL SET et de LAUDA
Basée à Wangen (Allemagne), AVL SET est un fabricant reconnu de systèmes de test pour l'électronique de puissance dans le domaine de la mobilité électrique. Pour tester et développer des onduleurs, ils ont spécialement conçu l'AVL Inverter TS, qui permet de tester toutes les fonctions des onduleurs de manière sûre et efficace.
LAUDA est leur partenaire pour la régulation de température et fournit le thermostat de processus performant LAUDA Integral, qui rend possible de nombreux scénarios de test grâce à sa gestion thermique.
Fonctionnement et gestion thermique des onduleurs
Les inverseurs ont deux fonctions dans un véhicule électrique. D'une part, ils convertissent le courant direct (DC) stocké dans la batterie en courant alternatif (AC) pour le moteur électrique. D'autre part, ils sont également responsables du processus inverse, le retour de l'énergie lors de la récupération. Le moteur agit comme un générateur, convertissant l'énergie cinétique libérée lors du freinage, de la descente ou de l'accélération en énergie électrique. Le courant alternatif qui circule ici doit être reconverti en courant direct pour la batterie. En fonctionnement, les inverseurs génèrent une quantité considérable de chaleur, surtout en cas de charge élevée. Cela nuit à leur efficacité et à leur durée de vie. Pour que l'onduleur reste aussi efficace que possible et pour éviter la surchauffe, la gestion thermique garantit un flux de chaleur résiduel optimisé à travers le circuit de refroidissement.
Tests de résistance des onduleurs
Les onduleurs et autres composants critiques sont soumis à des tests intensifs et approfondis lors du développement et de la validation afin de garantir un fonctionnement fiable et efficace à l'avenir. Des conditions réalistes telles que la pleine charge (par exemple, l'accélération), des températures ambiantes extrêmes (hiver/été ou zones climatiques très chaudes ou très froides) et des débits de réfrigérant variables sont simulés, exposant les inverseurs à une grande variété de scénarios. Cela nécessite des chambres climatiques pour simuler les conditions climatiques externes, ainsi que des thermostats de processus (voir figure 1), qui simulent la gestion thermique (c.-à-d. le circuit de refroidissement) du véhicule.
Les thermostats de process Integral sont utilisés dans les bancs d'essai tels que ceux d'AVL SET dans le monde entier. Ils permettent les scénarios de tests suivants, entre autres.
Tests de charge thermique et de cycle
En alternant les basses et les hautes températures, les contraintes thermomécaniques sont simulées et la robustesse de l'onduleur est testée. Les thermostats de processus permettent de régler et de contrôler la température du réfrigérant avec une grande précision (±0,1 °C) et de simuler des cycles de températures extrêmes entre -40 et 140 °C.
Tests d'efficacité
Des tests d'efficacité sont utilisés pour examiner l'influence de la température du réfrigérant et du débit sur l'efficacité de l'onduleur. Les thermostats de processus garantissent des conditions de fonctionnement stables en régulant précisément la température du réfrigérant et en minimisant les fluctuations thermiques. Cela est essentiel pour tester l'efficacité et la robustesse de l'onduleur dans différentes conditions de charge.
Tests de limite
Pour vérifier le fonctionnement complet, l'onduleur est également testé dans des situations extrêmes telles qu'un démarrage à froid. Dans ce cas, la forte demande de puissance des moteurs électriques au démarrage génère une quantité importante de chaleur résiduelle au niveau de l'onduleur. Pour protéger le composant compact d'une surchauffe, une dissipation de chaleur suffisante doit être assurée immédiatement. Pour ce faire, un thermostat de processus combiné à une unité de contrôle du débit doit fournir très rapidement le débit volumétrique du fluide de refroidissement pré-tempéré. De cette manière, la température du fluide de refroidissement et le débit variable sont utilisés pour contrôler rapidement la dissipation de la chaleur et amener ou maintenir l'onduleur à sa température de fonctionnement.
Tests de durée de vie
Les profils de cyclage de la température et la régulation du débit volumétrique sont utilisés pour tester de manière réaliste la durée de vie des composants de l'onduleur et leur fonctionnement électronique. Lors de la régulation thermique, les thermostats de processus doivent être en mesure de compenser à la fois la chaleur résiduelle de l'onduleur et les influences de la simulation environnementale dans la chambre climatique. Pour obtenir des résultats réalistes, le même liquide de refroidissement que celui utilisé dans le système actif ultérieur doit être utilisé pendant le test. Les thermostats de processus Integral LAUDA peuvent être utilisés avec les liquides de refroidissement réels et répondent aux exigences d'une plage de température de -40 à 140 °C et d'une précision de contrôle (±0,1 °C). Une unité de contrôle du débit et une unité de remplissage et de vidange sont toutes deux disponibles en tant qu'extensions du système (voir Figure 2).
Conclusion
Les thermostats de process, tels que le LAUDA Integral, complètent les bancs d'essai (comme l'AVL Inverter TS) et les centres de test, permettant aux fabricants de valider la gestion thermique des onduleurs et d'analyser leurs performances dans une large gamme de conditions de fonctionnement.
La reproductibilité et la fiabilité des données issues de l'analyse et de la validation dépendent en grande partie du thermostat de processus associé à un système de contrôle du débit.
Des extensions supplémentaires du système, telles qu'une unité de remplissage et de vidange, font également de l'Integral un outil idéal pour les tests en série, car elles standardisent le changement d'échantillons de test, augmentent l'efficacité du banc d'essai et garantissent la reproductibilité des résultats.
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