WO2016023686A1 - Simulationsvorrichtung und verfahren zur simulation einer an ein regelungsgerät anschliessbaren peripheren schaltungsanordnung - Google Patents

Simulationsvorrichtung und verfahren zur simulation einer an ein regelungsgerät anschliessbaren peripheren schaltungsanordnung Download PDF

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WO2016023686A1
WO2016023686A1 PCT/EP2015/065533 EP2015065533W WO2016023686A1 WO 2016023686 A1 WO2016023686 A1 WO 2016023686A1 EP 2015065533 W EP2015065533 W EP 2015065533W WO 2016023686 A1 WO2016023686 A1 WO 2016023686A1
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WO
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current
control means
load
power control
simulation device
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/065533
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg BRACKER
Original Assignee
Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh
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Publication date
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Priority to CN201580042555.5A priority patent/CN106575106B/zh
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Priority to US15/433,236 priority patent/US10338552B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/23—Pc programming
    • G05B2219/23446—HIL hardware in the loop, simulates equipment to which a control module is fixed

Definitions

  • the invention relates to a simulation device for simulating a peripheral circuit arrangement which can be connected to a control device and to a method for simulating a peripheral circuit arrangement that can be connected to a control device.
  • a simulation device for simulating a peripheral circuit arrangement which can be connected to a control device
  • a method for simulating a peripheral circuit arrangement that can be connected to a control device.
  • simulation devices and a selection of hardware components for the simulation devices are known.
  • Control device / e connectable peripheral circuitry to use.
  • simulated electrical loads for the testing of control devices or control devices.
  • HIL simulators different practical examples are listed: The circuit complexity within the HIL simulators and / or the conversion effort when changing the to be tested control device (Engl .:
  • control devices are often referred to in the jargon as control devices.
  • the purpose of a simulation device of the type mentioned consists
  • Regulators often referred to as DUT (English: “device under test”).
  • DUT Device under test
  • a common goal is to check whether the control unit or the DUT reacts in the desired manner, so if the control unit to certain - received via its interfaces - state variables with a suitable
  • I / O input and output, in short by means of I / O, in other words by means of the signals exchanged via I / O interfaces between the control device and its technical environment used by development engineers to the relevant technical environment of such
  • the simulation device comprises at least one simulation computer, also referred to as computation unit (Engl., "Computation unit"), and at least one I / O point I e.
  • computation unit also referred to as computation unit (Engl., "Computation unit”
  • I / O point I e I / O point
  • a mathematical image of the engine ie a mathematical model and an executable model code encompassing the mathematical model is first of all created, which puts the characteristic data and state variables of the engine into a calculable relationship with one another.
  • the mathematical model and its derived model code are often used as synonyms.
  • the control unit acting on the - simulated - motor acting variables - control signals - are received by the arithmetic unit via an I / O interface and on the computing unit, inter alia, based on the I / O signals and / or the other transmitted and / or the stored Information calculated by the mathematical model state variables of the - simulated - simulated - engine.
  • Certain state variables are usually provided to the engine control device via one or more I / O interfaces. The transfer of the state variables from the simulation device to the engine control unit can, depending on the type and
  • simulation device brings in general the considerable advantage that with little effort, a wide range of test cases can be tested and changed environments of the control device -.
  • various drive units - can be simulated.
  • the known circuits for simulating an electrical load are often operated such that the voltage at the output of the control device - so for example, the voltage at the output of
  • Power part of an engine control unit - is detected by measurement, in a mathematical model of the engine to be simulated, a corresponding motor current is calculated, which would flow through the connection of the control unit, taking into account the operating data of the engine, and this
  • Target current value is transmitted to the current control unit, which then adjusts the determined desired current as soon as possible by suitable activations of the circuit at the connection of the control device.
  • a circuit is known in which a coil is used as an electrical energy store, which has an inductance which is significantly smaller than the inductance of the winding of a
  • connection of the control device is typically a pulse width modulated (PWM) voltage signal, on the duty cycle of which the voltage applied to the terminal in the average time can be adjusted.
  • PWM pulse width modulated
  • the coil is connected to its other terminal via a half-bridge with two auxiliary voltage sources, so that by switching the one semiconductor switch of the half-bridge this second terminal of the coil can be set to a high potential, and by switching the other semiconductor switch of the bridge, the second terminal the coil can be set to a very low potential.
  • PWM pulse width modulated
  • semiconductor switch As far as this document refers to a "semiconductor switch", it is to be understood as a switching means produced by semiconductor technology, for example a field-effect transistor, in particular for example a so-called power field-effect transistor, for example a power MOSFET.
  • metal oxide semiconductor field effect transistor a bipolar transistor or a so-called IGBT (insulated gate bipolar transistor). It is known to use a semiconductor switch for interruption, transit and control of a current.
  • the drive systems for example, three-phase three-phase motors in cars or in commercial vehicles, which have an electric or hybrid drive, not infrequently move in a power range from about 10 kW to about
  • control voltages at the terminal of the control device which are in the range of, for example, over 40 V to, for example, over 1000 V and currents in the range of a few 10 A and in the top also several 100 A. can lie.
  • voltages at the terminal of the control device which are in the range of, for example, over 40 V to, for example, over 1000 V and currents in the range of a few 10 A and in the top also several 100 A. can lie.
  • the object of the invention is to provide a
  • Regulation device connectable peripheral circuitry indicate that further develop the state of the art.
  • a simulation device for simulating a peripheral device that can be connected to a control device is provided.
  • the simulation device has a first current control means for influencing a first load current and a second current control means for influencing a first source current, wherein the simulation device of the
  • Model code comprises, and by means of the controllable by the model code first current control means, the first load current is adjustable, and the first load current is guided to a first load terminal of the control device, and by means of the controllable by the model code second current control means of the first Source current is adjustable, and the first source current is passed to a first supply terminal of the control device, and the model code is provided and set up, thereby influencing the model code on the first power control means and the second power control means
  • the first load current is at least partially recoverable from the first source current, and / or
  • first load current is adjusted by means of the model code and the first current control means controlled by the model code
  • first source current is adjusted by means of the second current control means controlled by the model code and the model code controlled by the model code, the model code being the first current setting means and the second
  • the first load current is at least partially recovered from the first source current, and / or
  • the first source current is at least partially recovered from the first load current.
  • the advantage (s) of the simulation device or the method according to the invention is that in comparison to known Simulation devices or compared to known methods for
  • a so-called "backfeed" in a mains voltage connection of a public power supply network is substantially prevented or at least reduced, and / or
  • the power loss is reduced, which is particularly important because for the removal of heat caused by the loss of heat usually additional expenses, for example. Fans, cooling devices are required, the cost tends to increase when the power loss increases.
  • Figure 1 is a schematic view of an embodiment of a first
  • Figure 2 is a schematic view of an embodiment of a second
  • FIG. 3 is a schematic view of an exemplary embodiment of a simulation device that simulates a three-phase electric motor and an electrochemical energy storage, as well as a schematic view of a mains voltage terminal, a transformer, a rectifying means and a control device.
  • a simulation device 100 comprises at least one first current control means 150 shown by way of example in FIG. 1 and FIG. 3 and a second current control means 160 exemplarily shown in FIG. 2 and FIG. 3.
  • the simulation device comprises a computing unit CU, which is arranged, for example, in a separate housing or “distributed” at several locations of the simulation device Electricity control means 150 and the second power control means 160, and optionally the / the further power control / n 170, 180, 190 as
  • Switching signals for influencing the output current influenced by the respective switch control means 152, 162, 172, 182, 192 serve, for example for influencing the first source current IS1 or for influencing the first load current IL1.
  • the output signals of the arithmetic unit CU influence the switching behavior of the first current setting means 150 and of the second current setting means 160, and optionally of one or more others
  • the peripheral circuit arrangement simulated by means of the simulation device 100 according to the invention is preferably a simulated image of both an inductive load and an electrochemical energy store.
  • Energy storage such as a battery or an accumulator with Lithium-ion cells or lead-acid cells, electrically connected.
  • a model code executable on the arithmetic unit CU and prepared for the device described and the method described can be assumed within the scope of the present teaching, since the production of the model code represents a routine measure of the person skilled in the art.
  • the simulation device 100 is flexibly adaptable to predefined properties of a modified load to be simulated and / or a modified electrochemical energy store to be simulated. Both the already mentioned inductive load and the mentioned
  • model code is configurable, so in particular flexible
  • a user interface can be provided by means of the configuration data, the specific characteristics of the respective peripheral
  • Reflect circuitry to which model code can be added may be provided to adapt configuration data such as the number and inductance values of the motor coils, mass moment of inertia of the rotor etc. in the model code, as soon as a new peripheral
  • Circuit arrangement is to be simulated.
  • Configuration data with which the model code is preferably parameterized, are parameters of the electrochemical energy store, that is, for example, the type of energy storage cells (eg lead-acid battery cells or lithium-ion battery cells), the number of battery cells, the state of charge the accumulator cells and / or average temperature of the battery cells etc.
  • the type of energy storage cells eg lead-acid battery cells or lithium-ion battery cells
  • the number of battery cells eg lead-acid battery cells or lithium-ion battery cells
  • the state of charge the accumulator cells e.g., the state of charge the accumulator cells etc.
  • a first current control means 150 provides a controlled first load current IL1, and this first load current IL1 is supplied to a first load terminal W1 of a control unit DUT.
  • a first measurement is preferably carried out by measuring the voltage across a measuring resistor (not shown in FIG. 1)
  • Switch control means 152 supplied via signal connection connected computing unit CU.
  • the first measured variable 156 comprises not only a measured first voltage value at the first load terminal W1 against a reference potential, but additionally also a measured current value of the first load current IL1. It is thus particularly preferred that the first measuring point 158 comprises both a voltage measuring function at the first load terminal W1 and a current measuring function for measuring the first load current IL1.
  • the load to be simulated ie, for example, a motor winding, is simulated by means of the mathematical model code executable on the arithmetic unit
  • the first power control means 150 then immediately sets the setpoint of the first load power IL1 calculated by means of the model code by a suitable control of the first
  • Connection point 191 connected another semiconductor switch preferably switch depending on a respective pulse width modulated
  • a voltage signal each provided by an associated switch control means or provided.
  • one switch control means each control two associated semiconductor switches, namely:
  • the first switch control means 152 controls the first semiconductor switch 153 and the second semiconductor switch 154.
  • the second switch control means 162 controls the third semiconductor switch 163 and the fourth semiconductor switch 164.
  • the third switch control means 172 controls the two illustrated
  • the fourth switch control means 182 controls the two illustrated switches
  • the fifth switch control means 192 controls the two illustrated ones
  • Switch control means 152 is symbolized in Figure 1 and in Figure 3 each with a double arrow. In principle, a unidirectional signal connection from the arithmetic unit CU to the first switch control means 152 is sufficient. Optionally, however, is a bidirectional signal connection between the
  • Computing unit CU and the first switch control means 152 providable, for example, in an embodiment of the first power control means 150, in which the first measured variable 156 is first forwarded to the first switch control means 152 and then, for example, the first measured variable 156 via signal connection from the first switch control means 152 to the arithmetic unit CU is transmitted.
  • the model code executed on the arithmetic unit CU preferably calculates in each time step, which is particularly preferably a model sampling interval, with preferably predefined maximum duration on the basis of the cyclic updated first measured variable 156 a first reference variable for
  • Influencing the first flow control means 150 wherein this influence is preferably carried out by the first reference variable either from the
  • Arithmetic unit CU or by the first switch control means 152 cyclically in switching signals for driving the first semiconductor switch 153 and the second semiconductor switch 154 is implemented.
  • Time step calculates and provides at least one reference variable for influencing at least one physical parameter to be controlled, often referred to as a "model sampling interval.”
  • model sampling intervals are common in numerical simulation, which are only a few microseconds. Sampling by means of model code, whereby at least one measured value or sensor value is processed by the model code in each model sampling interval and an associated reference variable of each model sampling interval the
  • Semiconductor switch 153 and the second semiconductor switch 154 is depending on the switch position of these two semiconductor switches 153, 154, a potential adjustable within a range of a positive
  • Connection point 151 namely the positive supply voltage Vp +, and whether the negative value range limit of the potential at the first
  • Connection point 151 namely, the negative supply voltage Vp-, is adjustable, depends on negligibility of the internal resistances each of one of these two semiconductor switches 153, 154 in the state of maximum set conductivity and an influence of the potential at the first connection point 151 by the potential at a first load terminal W1 of the control device DUT.
  • the positive or negative value range limit of the potential at the first connection point 151 is always achievable because reaching these two value range limits is not necessary for a realistic simulation of the environment of the control device DUT.
  • the first measured variable 156 is directly connected to the first switch control means
  • the first measured variable 156 is preferred to the arithmetic unit CU and one of the first
  • Arithmetic unit CU - optionally in a converted signal format - transferable to the first switch control means 152.
  • the alternatives referred to in this paragraph for "passing on” the first measured variable are symbolized in FIG. 1 by the two dashed arrows which lead to the arithmetic unit CU or to the first switch control means 152.
  • the first switch control means 152 preferably controls both a first semiconductor switch 153, with which a connection from a positive
  • Supply voltage Vp + to the first load terminal W1 can be produced, as well as a second semiconductor switch 154, with which a connection from a negative supply voltage Vp to the first load terminal W1 can be produced. It goes without saying that the first semiconductor switch
  • the second semiconductor switch 154 may not be simultaneously in a state of maximum conductivity, because otherwise a short circuit from the positive supply voltage Vp + would be made to the negative supply voltage Vp-.
  • the first switch control means 152 is preferably designed in such a way that the first semiconductor switch 153 is not put into the conductive state by the first switch control means 152, if the second one is previously
  • the first switch control means 152 is preferably configured such that the second
  • Semiconductor switch 154 only from the first switch control means 152 in the conductive state is offset, if before or at the same time the first
  • Semiconductor switch 154 can flow through the respective locked semiconductor switch 153, 154, should not be discussed further in the context of the present description, because this is not necessary for the understanding of the invention.
  • Semiconductor switch 153 and the second semiconductor switch 154 can in principle be "distributed" on several computing units (English: distributed computing), for example, partly in the arithmetic unit CU and partly within the first
  • Switch control means 152 take place, this example assumes that within the first switch control means 152 a computational means for suitable further processing of the signals of the arithmetic unit CU is established. Depending on the position of the first semiconductor switch 153 and the second
  • Connection point 151 is present, which of course to an interruption of the first
  • the model code executed on the arithmetic unit CU interacts with the first switch control means 152 and its associated first one
  • a first measured variable 156 is provided, which preferably represents both a measured amount and a measured polarity, wherein the first measured variable 156 is processed by the model code.
  • the reference potential in particular for the voltage measurement at the first measuring point 158, is preferably a ground potential, particularly preferably a "common ground potential".
  • a reference potential terminal although not shown in the figures, is included in the described embodiments of the invention.
  • ground potential is to be understood as meaning a ground potential which is to be regarded as a substantially identical reference potential for all load terminals W1, W2, W3 and all supply terminals C1, C2 of the control device DUT Ground potential, the electrical voltages at the first load terminal W1 and all others
  • Load connections W1, W2, W3 of the control device DUT to be tested differ depending on the predefined intended use of the control device DUT
  • Loads in particular inductive loads connectable.
  • one or more different electrochemical energy storage devices can be connected to the first supply connection C1 or to the two supply connections C1 and C2 of the control device DUT shown in FIGS. 1 to 3.
  • the simulation device 100 is the
  • Simulation model or the model code is familiar to those skilled in the relevant technical field.
  • the control device DUT to be tested preferably has, in addition to
  • the load terminals W1, W2, W3 of the control unit DUT are preferably set up to be connected in a later use to one terminal each of an electric motor winding.
  • the first load terminal W1 is connected to the first power control means 150 such that a current IL1, depending on the position of the first
  • Semiconductor switch 153 and the second semiconductor switch 154 either from the first load terminal W1 to the first power control means 150 or from the first power control means 150 flows to the first load terminal W1.
  • the further connections X of the control device DUT preferably comprise
  • Interface / s for networking such as a CAN bus and / or FlexRay and / or Ethernet interface and / or
  • a first coil L1 is arranged between the first connection point 151 and the first load connection W1.
  • the determined first measured variable 156 is preferably fed directly to the arithmetic unit CU.
  • the information contained in the first measured variable 156 of the first current setting means 150 is transmitted "distributed", ie, for example, a measured voltage value at the first load terminal W1 is transmitted directly to the arithmetic unit CU and a measured current value of the first load current IL1 the first
  • Switch control means 152 is transmitted.
  • the first switch control means 152 has a corresponding - not shown - information processing means to transmit on the basis of the measured first load current IL1 and that of the arithmetic unit CU to the first switch control means 152
  • simulation device 100 In a preferred embodiment of the simulation device 100
  • a second current control means 160 provides a controlled first source current IS1, and this first one Source stream IL1 a first supply terminal C1 of the control device DUT supplied.
  • a voltage at the first supply terminal C1 is preferably measured by voltage measurement via a measuring resistor (not shown in FIG. 2) and a second measured variable 166 is determined.
  • the second measured variable 166 does not only comprise a measured voltage value at the first supply terminal C1 against a reference potential, but additionally also a measured one
  • the second measuring point 168 comprises both a voltage measuring function at the first supply terminal C1 and a current measuring function for measuring the first source current IS1.
  • the determined second measured variable 166 is preferably fed directly to the arithmetic unit CU.
  • the information contained in the second measured variable 166 of the second current regulating means 160 is transmitted "distributed", ie, for example, a measured voltage value at the first supply terminal C1 is transmitted directly to the arithmetic unit CU and a measured current value of the first source current IS1 the second
  • Switch control means 162 is transmitted.
  • the second switch control means 162 has a corresponding information processing means (not shown) for transmitting on the basis of the measured first source current IS1 and that of the arithmetic unit CU to the second switch control means 162
  • a second coil L2 is arranged between a second connection point 161 and the first supply connection C1.
  • Semiconductor switch 164 is a line inductance of a connection line between the second connection point 161 and the first one
  • Electricity 160 is included, for example, in the model code.
  • Supply connection C1 by second measuring point 168 is thus preferably simulated by means of the executable on the arithmetic unit CU mathematical model code to be simulated electrochemical energy storage, such as an accumulator or a battery by a corresponding first source current IS1 is calculated, according to the model code on the first Supply connection C1 of the control device DUT with mathematical consideration of the operating data of the "real" electrochemical
  • Source current IS1 is preferably transmitted to the second power control means 160.
  • the second current setting means 160 then immediately sets the nominal value of the first source current IS1 calculated by means of the model code by suitable actuations of the third semiconductor switch 163 and of the fourth semiconductor switch 164 at the first supply terminal C1 of FIG
  • Switch control means 162 is symbolized in Figure 2 and in Figure 3 each with a double arrow. In principle, a unidirectional signal connection from the arithmetic unit CU to the second switch control means 162 is sufficient. Optionally, however, is a bidirectional signal connection between the
  • Arithmetic unit CU is transmitted.
  • the model code executed on the arithmetic unit CU preferably calculates in each time step, which is particularly preferably a model sampling interval, with preferably predefined maximum duration on the basis of the cyclic
  • Arithmetic unit CU or by the second switch control means 162 cyclically in switching signals for driving the third semiconductor switch 163 and the fourth semiconductor switch 164 is implemented.
  • Switch position of these two semiconductor switches 163, 164 a potential adjustable that within a range of the positive
  • Connection point 161 namely the negative supply voltage Vp- is adjustable, of course, depends on negligibility of the internal resistances in each case of one of these two shown in Figure 2 semiconductor switches 163, 164 in the state of maximum set conductivity and an influence of the potential at the second connection point 161st by the potential at a first supply terminal C1 of the
  • the second measured variable 166 can be transmitted directly to the second switch control means 162 and from there to the arithmetic unit CU.
  • the second measured variable 166 can be transmitted to the arithmetic unit CU and a second reference variable calculated from the second measured variable by means of the model code via the arithmetic unit CU - possibly in a converted signal format - to the second switch control means 162.
  • the second switch control means 162 preferably controls both a third semiconductor switch 163 with which a Connection of a positive
  • Supply voltage Vp + to the first supply terminal C1 can be produced, as well as a fourth semiconductor switch 164, with which a connection from a negative supply voltage Vp- to the first
  • Supply connection C1 can be produced. It goes without saying that the third semiconductor switch 163 and the fourth semiconductor switch 164 may not be simultaneously in a state of maximum conductivity, because otherwise a short circuit from the positive supply voltage Vp + to the negative supply voltage Vp- would be established.
  • the second switch control means 162 is preferably configured in such a way that the third semiconductor switch 163 is not put into the conductive state by the second switch control means 162 until the fourth semiconductor switch 164 has been set to the blocking state by the second switch control means 162. becomes.
  • the second switch control means 162 is preferably configured such that the fourth
  • Semiconductor switch 164 is then set by the second switch control means 162 in the conductive state, if before or at the same time the third
  • Semiconductor switch 163 has been set by the second switch control means 162 in the blocking state or is. On any - relatively small - leakage currents, despite a blocking state of the third semiconductor switch 163 and / or the fourth
  • Semiconductor switch 164 can flow through the locked semiconductor switches 163, 164, not in the context of the present description
  • Semiconductor switch 163 and the fourth semiconductor switch 164 can in principle be "distributed" on several computing units (English: distributed computing), for example, partly in the arithmetic unit CU and partly within the second
  • Switch control means 162 take place, this example assumes that within the second switch control means 162 a computational means for suitable further processing of the signals of the arithmetic unit CU is established.
  • the current direction of the first source current IS1 either directed to the first supply terminal C1 or directed away from the first supply terminal C1.
  • the first supply terminal C1 there may also be a case that there is no potential difference between the first supply terminal C1 and the second connection point 161, which of course will result in an interruption of the first source current IS1.
  • the model code executed on the arithmetic unit CU interacts with the second switch control means 162 and its associated third
  • a second measured variable 166 is provided, which preferably both a measured amount and a measured polarity represents.
  • the second measured variable 166 is preferably a second voltage measuring variable, ie represents the voltage and the polarity at the second measuring point 168 against a reference potential.
  • the reference potential in particular for the voltage measurement at the second measuring point 168, is preferably a ground potential, particularly preferably a "common ground potential".
  • a second coil L2 is arranged between the second connection point 161 and the first supply connection C1.
  • Figure 3 are schematically next to the control device DUT, the first
  • Power control means 150 and the second power control means 160 and the arithmetic unit CU additional additional power control means, namely the third power control means 170, the fourth power control means 180 and the fifth power control means 190 shown.
  • all power control means 150, 160, 170, 180, 190 are constructed identically.
  • Simulation device 100 includes
  • each of the model code for each of the power control means 150, 160, 170, 180, 190 provides associated control variables.
  • the model code includes computational rules to individually control each power control means 150, 160, 170, 180, 190.
  • Prefers for example, the reference values for each of the current setting means 150, 160, 170, 180, 190 are updated during the course of the simulation in each model sampling interval by means of the model code.
  • the first supply connection C1 and / or the further supply connection C2 is / are preferably each supplied with a capacitance, for example by a respective connected capacitor. These capacitors delay these voltage changes at the first capacitor
  • first load connection W1 and / or the further - here second - load connection W2 and / or the further - here third - load connection W3 are each subjected to a capacitance, for example by a connected capacitor the first
  • Load terminal W1 and / or at the other - here second - load terminal W2 and / or at the other - here third - load terminal W3 causes a delay of the voltage changes.
  • the capacitors or capacitors referred to in this paragraph contribute to a "decoupling" of the respectively assigned connections of the control device .
  • Figure 3 also shows a schematic view of a mains voltage connection 500, a transformer 400 and a rectification means despite the described power recovery by means of the invention no "loss-free" energy cycle during the
  • Simulation can be achieved. Consequently, during operation of the simulation device, in particular for compensation within the
  • the rectification means 300 provides at its output a positive supply voltage Vp + and a negative supply voltage Vp- for the simulation device 100. It should be noted at this point that the positive supply voltage Vp + and the negative supply voltage Vp- in principle also be provided in other ways, for example by means of accumulators. If, as shown in the embodiment according to FIG. 3, a three-phase motor designed for three-phase operation with three winding connections is to be simulated by means of the simulation device 100, then instead of the "true" winding connections of the three-phase motor are preferred for simulation purposes in each case a power control means 150, 180, 190 per simulated winding connection, each having a load connection W1, W2, W3 of
  • the first load terminal W1 of the control device DUT which is preferably to be connected to a first winding connection of the three-phase motor in the later-provided "real" use of the control device DUT, is instead used for simulation purposes with the first
  • Power control means 150 connected such that the first load current IL1 between the first load terminal W1 and the first
  • Connection point 151 can flow.
  • the second load connection W2 of the control device DUT which is preferably to be connected to a second winding connection of the three-phase motor in the later provided "real" use of the control device DUT, is instead used for simulation purposes with the other
  • fourth - power control means 180 connected such that the second
  • Connection point 181 can flow.
  • the third load connection W3 of the control device DUT which is preferably to be connected to a third winding connection of the three-phase motor in the later provided "real" use of the control device DUT, is instead used for simulation purposes with the other
  • fifth power control means 190 connected such that the third
  • Connection point 191 can flow.
  • the first supply connection C1 of the control device DUT which is preferably used in the later intended "genuine" use of the
  • the further supply connection C2 of the control device DUT which is preferably used in the later intended “real" use of the
  • Issued currents IS1, IS2, IL1, IL2, IL3 and their current direction are adjustable by means of the model code.
  • the currents IS1, IS2, IL1, IL2, IL3 output by the current control means 150, 160, 170, 180, 190 to the control device DUT and the voltages applied to the load terminals W1, W2, W3 and supply terminals C1, C2 are against Reference potential in each model sampling interval respectively by means of the current control means associated
  • the measuring points 158, 168, 178, 188, 198 of the respective ones preferably provided and set up for voltage measurement against a reference potential and for the current measurement of IS1, IS2, IL1, IL2, IL3
  • the simulated peripheral circuit arrangement comprises both the first
  • Stromstell means 150 associated simulated image of a first inductive load and a second power control means 160 associated simulated image of an electrochemical energy storage, wherein
  • Power control means 160 is connected, and
  • the simulated inductive load and the simulated electrochemical energy store are included in the same simulation device 100.
  • Calculated unit CU executed model codes in each model sampling interval, at the first load terminal W1 of the control device DUT provides.
  • inductive loads in contrast to so-called “pure ohmic loads", the inductive resistances are not negligible and generally have to be used in particular for the calculation of the respective current-time characteristics, for example by means of the associated model codes.
  • the simulation of the electrochemical energy storage device takes place, for example, by virtue of the second current setting means 160 having a first source current flow IS1 which is generated in each case by means of the model code executed on the arithmetic unit CU Model sample interval is provided at the first load terminal W1 of the control device DUT.
  • An at least partial recovery of the first load current IL1 from the first source current IL1 or at least partial recovery of the first source current IL1 from the first load current IL1 is via the above-mentioned electrical connection of the terminals for a positive
  • Simulation device 100 is particularly advantageous because in many practical simulation scenarios for the test of a control device DUT in its simulated technical environments, the first load current IL1 and the first source current IS1 are adjusted in terms of absolute value. Also, therefore, the described type of "recycling" or the recovery of electrical energy, either from the first power control means 150 for the second
  • the first power control means 150 and the second power control means 160 are constructed identically.
  • An advantage of the identical construction of the first power control means 150 and the second power control means 160 is that modeling code and model parameterization is facilitated because with additional identity environmental conditions and command values for the two power control means 150, 160 an identity of the outgoing flows, Thus, for example, the first load current IL1 and the first source current IS1 is assumed, as far as, for example, temperature-related deviations or component tolerances are negligible.
  • first power control means 150 and the second power control means 160 facilitates their manufacture, maintenance and repair.
  • the first current control means (150) and the second current control means (160) can be influenced in a timed manner such that in a successive N-time sequence of model sampling intervals in each model sampling interval N times Sequence of the first load current (IL1) in response to the first source current (IS1) or the first source current (IS1) in response to the first load current (IL1) is changed.
  • the described timing and the described dependency of the first load current IL1 on the first source current IS1 or the dependence of the first source current IS1 on the first load current IL1 is preferably anchored in the model code, for example by including in the calculation of the reference variable for influencing the first current setting means 150 Characteristic of the second flow control means 160, for example.
  • N is an integer number that is at least 2. So N is equal to or greater than 2.
  • a further development of the invention is an increase in the accuracy according to the model code specifications, in the setting of the first load current IL1 and / or the first source current IS1, compared to the accuracy without the described timing and the described dependence of the first load current IL1 of the first source current IS1 or the dependence of the first source current IS1 of the first load current IL1 is observed.
  • Simulation device has at least one further power control means 170, 180, 190 which is identical to the first power control means (150) and / or to the second
  • Electricity control means (160) is constructed on.
  • FIG. 3 An example of such an embodiment is shown in FIG. 3, this example being used to simulate an electrochemical energy store and a three-phase three-phase motor is suitable.
  • the simulation device 100 shown in FIG. 3 comprises:
  • Connection point 171 is preferably connected via the third coil L3 to the further supply terminal C2;
  • Connection point 181 is preferably connected via fourth coil L4 to the other - here second - load terminal W2;
  • Connection point 191 is preferably connected via the fifth coil L5 with the other - here third - load connection W3.
  • the further - here third - current control means 170 is used in the simulation
  • Power control means 160 can be seen in that a creation and / or
  • the further current control means 170, 180, 190 are electrically connected to a further load connection W2, W3 or to a further supply connection C2. Whether another or more further current control means 170, 180, 190 can be advantageously used in the simulation apparatus 100 depends primarily on How many current-carrying - in particular power - - load connections W1, W2, W3 and / or supply terminals C1, C2 of the control device DUT are to be combined in the sum with the simulation device 100.
  • simulation device 100 that has a first power supply 150 for providing a first load current IL1 for a first load terminal W1 and a second power setting means 160 for providing a first source current IS1 for a first supply terminal C1
  • a simulation device 100 that has a first power supply 150 for providing a first load current IL1 for a first load terminal W1 and a second power setting means 160 for providing a first source current IS1 for a first supply terminal C1
  • a simulation device 100 is intended to have both a three-phase electric motor and an electrochemical one
  • Load currents IL1, IL2, IL3 thus, for example, the three phase currents of the three
  • the currents over two battery electrodes are advantageously each individually influenced, is preferably, as shown in Figure 3, equipped with a total of five power control means 150, 160, 170, 180, 190.
  • This embodiment has the advantage that in a simulation device 100, for example, an exceptionally high load current IL1, IL2,
  • IL3 or an exceptionally high source current IS1, IS2 which can be imposed, for example, on a supply terminal C1, C2 or a load terminal W1, W2, although in one embodiment of the invention
  • Simulation device of only a single power control means 150, 160, 170, 180, 190, the unusually high load current IL1, IL2, IL3 or the exceptionally high source current IS1, IS2 would not be represented.
  • a current addition of the parallel-connected current control means so for example, the first power control means 150, which is connected in parallel to the further Stromstell medium 170 or the second power control means 160 that is connected in parallel to the further power control means 180, a solvent for example one Maximum value of a load current IL1, IL2, IL3 or a source current IS1, IS2 to achieve.
  • the latter embodiment of a simulation device 100 preferably has a switch matrix and the switch matrix is provided and arranged to produce a parallel connection of the first power control means 150 or the second power control means 160 with the further power control means 170, 180, 190.
  • the advantage of this embodiment of a simulation device 100 is, in particular, that this parallel connection can be flexibly constructed and also reduced in so-called real time, that is, for example, the original state that precedes a structure of the
  • the switching means of the switch matrix have correspondingly specified switching times, it is possible, for example, to produce one of the above-mentioned parallel circuits in a model sampling interval for selective current increase at a load terminal W1, W2, W3 or at a supply terminal C1, C2 and in a directly following model Sampling interval the latter parallel circuit, for example, for "uniform"
  • this is provided and set up for the simulation of an electric motor connected to the control device DUT.
  • the simulation of an electric motor is preferably carried out by the fact that at the / the load terminal / load terminals W1, W2, W3 of the control unit DUT of the / the respective load connection / load terminals W1, W2, W3 associated Stromstellstoff / n 150, 180, 190 via model code calculated / r and the / the load connection / load terminals W1, W2, W3 assigned / r
  • Load current / load currents IL1, IL2, IL3 are set. Of /
  • Load current / load currents IL1, IL2, IL3 are modeled after the "real" load currents by means of the model code such that the load current / load currents IL1, IL2, IL3 correspond respectively to the corresponding electric motor winding current (s) flowing in a real electric motor would flow when the electric motor winding current (s) from the control device DUT
  • Simulation device 100 is that a different electric motor can be simulated by an exchange of the model code virtually by pressing a button.
  • a return of currents from the simulation device 100 out to a mains voltage connection 500 is prevented or substantially prevented. Regardless of whether, for example, the mains voltage connection 500 is a connection to a three-phase public three-phase network or single-phase network, there is one due to the inhibition of the latter feedback
  • Simulation device with a significant recovery in a public power grid would be used, because such feedback is usually subject to stringent requirements of the electric power companies that provide the public power grid.
  • Voltage amplitudes must be ensured compatibility of the return current to the public power grid, which would possibly require high additional investment, if the said feedback from the simulation device is not prevented or kept at least below a maximum allowable limit.
  • the model code is arranged to change both the first load current IL1 and the first source current IS1 in a same model sample interval trigger. The benefit of triggering the change of both the first
  • Load current IL1 and the first source current IS1 in a same model sampling interval is that a more realistic emulation of the first load current IL1 and the first source current IS1 is possible.
  • the computing unit CU of the simulation device 100 comprises a microprocessor and / or an FPGA, wherein the microprocessor and / or the FPGA for controlling the first
  • Stromstel In ittels 150 and / or the second power control means 160 is provided. It is particularly preferred if comparatively frequently changing and comparatively temporally unproblematic model code parts in the
  • Microprocessor are calculated and comparatively less frequently
  • a breakdown of the model code execution on a microprocessor and a FPGA offers an advantageous use of the strengths of the microprocessor, in particular its flexibility of implementing model code changes, and on the other hand, the FPGA, especially its particularly high speed in performing basic logic functions and the particularly good support of a parallel processing of the basic logical functions.
  • Simulation device 100 is provided that the first power control means 150 and / or the second power control means 160 each having a power FET or a silicon carbide FET or have.
  • the first semiconductor switch 153 the second semiconductor switch 153.
  • Semiconductor switch 164 designed as power field effect transistors, abbreviated power FETs or as silicon carbide field effect transistors, abbreviated silicon carbide FETs. Comparative experiments with different switching means, in particular different semiconductor switches, show that a
  • Simulation device 100 of the inventive type particularly reliable and very realistic a source current IS1, IS2 and / or a
  • the model code acts on both the first current setting means 150 and the second current setting means 160 within an mth model sampling interval, and thus both the first load current IL1 and the first source current IS1 be changed within the mth model sample interval.
  • the already described preferred timing and the preferred interdependence of a change of the first load current IL1 and the first source current IS1 is, as already described, preferably anchored in the model code, for example in the calculation of the reference variable in the mth model sampling interval Influencing the first
  • Stromstellstoffs 150 a characteristic of the second power control means 160, for example.
  • Embodiment of the method according to the invention because thus an increase in accuracy and realism can be achieved according to the model code specifications, in the setting of the first load current IL1 and / or the first
  • Source current IS1 compared to an accuracy and realism, which can be detected without the described timing and mutual dependence of the change of the first load current IL1 and / or the first source current IS1.
  • an output of the first current setting means 150 or an output of the second current setting means 160 is connected in parallel with an output of at least one further current setting means 170, 180, 190.
  • Simulation device 100 can be provided within the mth model sampling interval, for example, an exceptionally high load current IL1, IL2, IL3 or an exceptionally high source current IS1, IS2, the For example, a supply terminal C1, C2 or a load terminal W1, W2, W3 can be acted upon.
  • Power are connected to each other for a predefined or calculated period of time and thus a total current is available.
  • Stromstell medium 150 with another - here fourth power control means 180 to be connected in parallel.
  • the outputs of these two current control means 150 and 180 are connected, thus consequently forming the sum of the first load current IL1 and the second load current IL2. The generated with it
  • a current addition by means of parallel connection of the first current control means 150 or of the second current control means 160 with a further current control means 170, 180, 190 advantageously allows a higher maximum value of a load current IL1, IL2, IL3 or a source current IS1 within the corresponding mth model sampling interval. To achieve IS2 than without said
  • Current control means 150 is calculated as a function of a first measured variable 156 measured at a first load connection W1 of the control device DUT,
  • Electricity control means 160 as a function of a at a first
  • Supply terminal C1 of the control unit DUT measured second measured variable 166 is calculated, and subsequently the first load current IL1 provided by the first current control means 150 and influenced by the first reference variable is updated to a first load terminal W1 of the control device DUT,
  • Supply terminal C1 of the control unit DUT is updated.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Simulationsvorrichtung (100) zur Simulation einer an ein Regelungsgerät (DUT) anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung, wobei die Simulationsvorrichtung (100) mit dem Regelungsgerät elektrisch verbunden oder elektrisch verbindbar ist, und die Simulationsvorrichtung (100) ein erstes Stromstell mittel (150) zur Beeinflussung eines ersten Laststromes (IL1) und ein zweites Stromstell mittel (160) zur Beeinflussung eines ersten Quellenstromes (IS1) aufweist, wobei die Simulationsvorrichtung (100) des Weiteren eine Recheneinheit (CU) und ein auf der Recheneinheit (CU) ausführbaren Modellcode umfasst, und mittels des von dem Modellcode steuerbaren erster Stromstellmittels (150) der erste Laststrom (IL1) einstellbar ist, und der erste Laststrom (IL1) an einen ersten Lastanschluss (W1) des Regelungs-gerätes (DUT) geführt ist, und mittels des von dem Modellcode steuerbaren zweiten Stromstellmittels (160) der erste Quellenstrom (IS1) einstellbar ist, und der erste Quellenstrom (IS1) an einen ersten Versorgungsanschluss (C1) des Regelungsgerätes (DUT) geführt ist, und der Modellcode vorgesehen und eingerichtet ist, damit per Einflussnahme des Modellcodes auf das erste Stromstell mittel (150) und das zweite Stromstellmittel (160) der erste Laststrom (IL1) zumindest anteilig aus dem ersten Quellenstrom (IS1) zurückgewinnbar ist, und/oder der erste Quellenstrom (IS1) zumindest anteilig aus dem ersten Laststrom (IL1) zurückgewinnbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Simulation.

Description

Simulationsvorrichtung und Verfahren zur Simulation einer an ein
Regelungsgerät anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung Die Erfindung betrifft eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer an ein Regelungsgerät anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Simulation einer an ein Regelungsgerät anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung. Aus dem gedruckten Produktkatalog„Catalog 2014 Embedded Success dSPACE" auf den Seiten 282 bis 31 1 und den Seiten 472 bis 491 ebenfalls bereitgestellt in einer elektronischen Internet-Version unter http://www.dspace.de oder http://www.dspace.com/de/gmb/home/medien/product_info.cfm
sind Simulationsvorrichtungen und eine Auswahl an Hardware-Bausteinen für die Simulationsvorrichtungen bekannt.
Den Fachleuten auf dem Gebiet der Entwicklung von Regelungsgeräten, ist bekannt, eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer an das/die
Regelungsgerät/e anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung zu verwenden. Außerdem ist es bekannt, simulierte elektrische Lasten für den Test von Steuergeräten bzw. Regelungsgeräten einzusetzen. Beispielsweise werden in einem SAE-Fachaufsatz von A. Wagener et al. aus dem Jahr 2007 mit dem Titel„Hardware-in-the-Loop Test Systems for Electric Motors in Advanced Powertrain Applications" unterschiedliche Praxisbeispiele von HIL-Simulatoren aufgelistet. Der Schaltungsaufwand innerhalb der HIL-Simulatoren und/oder der Umrüst-Aufwand beim Wechsel des zu testenden Regelungsgerätes (engl.:
„device under test" bzw. kurz„DUT") ist/sind hoch.
Die Regelungsgeräte werden in der Fachsprache alternativ oft als Steuergeräte bezeichnet. Der Zweck einer Simulationsvorrichtung der genannten Art besteht
insbesondere darin, das Regelungsgerät auf dessen Funktionalität hin zu überprüfen ist, ohne dass das Regelungsgerät in dessen "echte"
Arbeitsumgebung gebracht werden muss. Eine realitätsnahe Simulation der „echten" Arbeitsumgebung des Regelungsgeräts ist eine Voraussetzung dafür, dass bei den Tests des Regelungsgeräts frühzeitig Probleme und Fehler erkannt werden können, die sich beispielsweise während einer Entwicklung oder
Modifikation des Regelungsgeräts entstanden sind. Die Tests, die mit der Simulationsvorrichtung ausgeführt werden, zielen beispielsweise auf eine
Überprüfung der leistungselektronischen Schnittstellen der Regelungsgeräte. In dem oben geschilderten technischen Zusammenhang werden die
Regelungsgeräte oft als DUT (engl,„device under test") bezeichnet. Ein häufig gestelltes Ziel ist, zu überprüfen ob das Regelungsgerät bzw. das DUT in gewünschter Weise reagiert, ob also das Regelungsgerät auf bestimmte - über seine Schnittstellen empfangene - Zustandsgrößen mit einer geeigneten
Ausgabe von - über seine Schnittstellen ausgegebene - Ausgangsgrößen reagiert. Die Kommunikation des Regelungsgerät mit seiner technischen
Umgebung erfolgt mittels Eingabe und Ausgabe (englisch:„input and Output"), kurz mittels I/O, mit anderen Worten mittels der Signale, die via I/O-Schnittstellen zwischen dem Regelungsgerät und dessen technischer Umgebung ausgetauscht werden. Eine Simulationsvorrichtung wird häufig von Entwicklungsingenieuren verwendet, um die relevante technische Umgebung eines solchen
Regelungsgerätes ganz oder teilweise nachzubilden, beispielsweise weil die später vorgesehene„echte" technische Umgebung den Entwicklungs- Ingenieuren nicht bzw. noch nicht zu Verfügung steht. Die Simulationsvorrichtung umfasst zumindest einen Simulationsrechner, auch als Recheneinheit (engl, „computation unit") bezeichnet, und zumindest eine I/O-Sch n ittstel I e . Im Falle eines Motorregelungsgeräts kann beispielsweise mit Hilfe einer Recheneinheit oder mehreren Recheneinheiten mit I/O- Schnittstellen der anzusteuernde Motor - ganz oder teilweise - simuliert werden. Zu diesem Zweck wird zunächst ein mathematisches Abbild des Motors, also ein mathematisches Modell und ein das mathematische Modell umfassender ausführbarer Modellcode geschaffen, der die Kenndaten und Zustandsgrößen des Motors miteinander in einen berechenbaren Zusammenhang stellt. In Fachkreisen werden das mathematische Modell und der davon abgeleitete ausführbare Modellcode oft als Synonyme gebraucht.
Die von dem Regelungsgerät auf den - simulierten - Motor einwirkenden Größen - Stellsignale -, werden von der Recheneinheit über eine I/O-Schnittstelle empfangen und auf der Recheneinheit werden unter anderem auf Grundlage der I/O-Signale und/oder der weiteren übertragenen und/oder der gespeicherten Informationen durch das mathematische Modell Zustandsgrößen des - nachgebildeten also simulierten - Motors berechnet. Bestimmte Zustandsgrößen werden üblicherweise über eine oder mehrere l/O-Schnittstelle/n dem Motorregelungsgerät zur Verfügung gestellt. Die Übergabe der Zustandsgrößen von der Simulationsvorrichtung zum Motorregelungsgerät kann je nach Art und
Zweck der Zustandsgröße in festen oder variablen Zeitabständen oder nur nach Anforderung erfolgen.
Die Verwendung der Simulationsvorrichtung bringt ganz allgemein den erheblichen Vorteil mit sich, dass mit nur geringfügigem Aufwand ein großes Spektrum an Testfällen erprobt werden kann und auch veränderte Umgebungen des Regelungsgeräts - z. B. verschiedene Antriebsaggregate - simuliert werden können.
Es ist unmittelbar einleuchtend, dass eine Simulationsvorrichtung, die für die aufgeführten Anwendungsbeispiele eigerichtet ist, von einem Regelungsgerät - beispielsweise von dem Motorregelungsgerät - nicht nur Signale im
Kleinsignalbereich erhält, sondern auch elektrische Großsignale, wenn das Regelungsgerät über leistungselektronische Ausgänge verfügt, wie dies insbesondere bei der Ansteuerung von elektrischen Antrieben der Fall ist.
In der Praxis werden die bekannten Schaltungen zur Nachbildung einer elektrischen Last häufig derart betrieben, dass die Spannung am Ausgang des Regelungsgeräts - also beispielsweise die Spannung am Ausgang des
Leistungsteils eines Motor-Regelungsgeräts - messtechnisch erfasst wird, in einem mathematischen Modell des zu simulierenden Motors ein entsprechender Motor-Strom berechnet wird, der über den Anschluss des Regelungsgerätes unter Berücksichtigung der Betriebsdaten des Motors fließen müsste, und dieser
Sollstromwert wird der Stromsteuereinheit übermittelt, welche dann den ermittelten Sollstrom möglichst zeitnah durch geeignete Ansteuerungen der Schaltung am Anschluss des Regelungsgeräts einstellt. Aus der WO 2007/04228 A1 ist beispielsweise eine Schaltung bekannt, bei der als elektrischer Energiespeicher eine Spule verwendet wird, die eine Induktivität aufweist, die deutlich kleiner ist als die Induktivität der Wicklung eines
nachzubildenden Elektromotors. Üblicherweise sind zur Ansteuerung eines Elektromotors mehrere Anschlüsse erforderlich, weil derartige Antriebe mit größeren Leistungen mehrphasig - meist dreiphasig - anzusteuern sind. Am Anschluss des Regelungsgerätes liegt typischerweise ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Spannungssignal an, über dessen Tastverhältnis die an dem Anschluss im zeitlichen Mittel anliegende Spannung eingestellt werden kann. Die Spule ist mit ihrem anderen Anschluss über eine Halbbrücke mit zwei Hilfsspannungs- quellen verbunden, so dass durch Schalten des einen Halbleiterschalters der Halbbrücke dieser zweite Anschluss der Spule auf ein hohes Potential gelegt werden kann, und durch Schalten des anderen Halbleiterschalters der Brücke der zweite Anschluss der Spule auf ein sehr niedriges Potential gelegt werden kann. So ist es möglich, den Stromfluss innerhalb der Spule zu beeinflussen und den Istwert des Stromes am Anschluss des Regelungsgerätes auf den Wert eines vorgegebenen Sollstromes einzustellen bzw. zu regeln.
Soweit in diesem Dokument die Rede von einem„Halbleiterschalter" ist, so ist darunter ein mittels Halbleitertechnologie hergestelltes Schaltmittel zu verstehen, beispielsweise ein Feldeffekttransistor, insbesondere z.B. ein sogenannter Leistung-Feldeffekttransistor, beispielsweise ein Leistungs-MOSFET (engl.:
metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), ein Bipolartransistor oder ein sogenannter IGBT (engl.: insulated-gate bipolar transistor). Es ist bekannt, einen Halbleiterschalter zur Unterbrechung, zur Durchleitung und zur Steuerung eines Stromes zu verwenden.
Die Antriebssysteme, beispielsweise Drei-Phasen-Drehstrom-Motoren in PKW oder in Nutzfahrzeugen, die einen Elektro- oder Hybrid-Antrieb aufweisen, bewegen sich nicht selten in einem Leistungsbereich von über 10 kW bis über
100 kW. Gerade bei sehr dynamischen Belastungswechseln ist es hier notwendig, Spannungen am Anschluss des Regelungsgerätes zu beherrschen, die im Bereich von beispielsweise über 40 V bis beispielsweise über 1000 V liegen und Ströme, die im Bereich von einigen 10 A und in der Spitze auch mehreren 100 A liegen können. Neben einer Sicherstellung genannten
Leistungs- oder Spannungs- oder Strombereiche an den Schnittstellen der Simulationsvorrichtung zur Regelungseinrichtung könnte ein Wunsch nach einer geringeren Verlustleistung im Vergleich zu bestehenden Simulationseinrichtungen entstehen, denn die durch die Verlustleistung entstehende Wärme in bekannten Simulationsvorrichtungen erfordert in vielen Anwendungsfällen die Installation von Kühlaggregaten zum Abtransport der (Verlust-)Wärme.
Des Weiteren ist es ein Problem bekannter Simulationseinrichtungen, dass deren Kosten hoch sind, weil in einen Netzspannungsanschluss aus der mit dem Netzspannungsanschluss verbundenen Simulationsvorrichtung heraus eine Rückspeisung von Strömen erfolgt, denn eine derartige Rückspeisung ist strengen Auflagen der Elektroenergieversorgungs-Unternehmen unterworfen. Eine Erfüllung dieser Auflagen, insbesondere bezüglich der Frequenz, der Phasenlage und der Spannungsamplituden des Rückspeise-Stromes erfordert aufwändige technische Vorrichtungen, deren Anschaffung in der Regel mit hohen Investitionen verbunden ist.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine
Simulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Simulation einer an ein
Regelungsgerät anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbilden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch eine Simulationsvorrichtung und andererseits durch ein Verfahren zur Simulation gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer an ein Regelungsgerät anschließbaren peripheren
Schaltungsanordnung vorgeschlagen, wobei die Simulationsvorrichtung mit dem Regelungsgerät elektrisch verbunden oder elektrisch verbindbar ist, und die Simulationsvorrichtung ein erstes Stromstellmittel zur Beeinflussung eines ersten Laststromes und ein zweites Stromstellmittel zur Beeinflussung eines ersten Quellenstromes aufweist, wobei die Simulationsvorrichtung des
Weiteren eine Recheneinheit und ein auf der Recheneinheit ausführbaren
Modellcode umfasst, und mittels des von dem Modellcode steuerbaren erster Stromstellmittels der erste Laststrom einstellbar ist, und der erste Laststrom an einen ersten Lastanschluss des Regelungsgerätes geführt ist, und mittels des von dem Modellcode steuerbaren zweiten Stromstellmittels der erste Quellenstrom einstellbar ist, und der erste Quellenstrom an einen ersten Versorgungsanschluss des Regelungsgerätes geführt ist, und der Modellcode vorgesehen und eingerichtet ist, damit per Einflussnahme des Modellcodes auf das erste Stromstellmittel und auf das zweite Stromstellmittel
- der erste Laststrom zumindest anteilig aus dem ersten Quellenstrom zurückgewinnbar ist, und/oder
- der erste Quellenstrom zumindest anteilig aus dem ersten Laststrom zurückgewinnbar ist. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Simulation einer an ein Regelungsgerät anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung vorgeschlagen, wobei das Regelungsgerät mit einer Simulationsvorrichtung zur Simulation der peripheren Schaltungsanordnung elektrisch verbunden wird, und die Simulationsvorrichtung umfasst:
- ein erstes Stromstellmittel zur Beeinflussung eines ersten Laststromes, der durch einen ersten Lastanschluss des Regelungsgerätes fließt, ein zweites Stromstellmittel zur Beeinflussung eines ersten
Quellenstromes, der durch einen ersten Versorgungsanschluss des Regelungsgerätes fließt,
- eine Recheneinheit, auf der ein Modellcode ausgeführt wird,
und wobei mittels dem Modellcode und dem von dem Modellcode gesteuerten ersten Stromstellmittel der erste Laststrom eingestellt wird, und mittels des von dem Modellcode und dem von dem Modellcode gesteuerten zweiten Stromstellmittels der erste Quellenstrom eingestellt wird, wobei der Modellcode das erste Stromstellmittels und das zweite
Stromstellmittel derart steuert, dass
der erste Laststrom zumindest anteilig aus dem ersten Quellenstrom zurückgewonnen wird, und/oder
der erste Quellenstrom zumindest anteilig aus dem ersten Laststrom zurückgewonnen wird.
Der/die Vorteil/e des erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass im Vergleich zu bekannten Simulationsvorrichtungen bzw. im Vergleich zu bekannten Verfahren zur
Simulation aus dem gleichen technischen Anwendungsbereich
der Netto-Energieverbrauch reduziert ist, und/oder
eine sogenannte„Rückspeisung" in einen Netzspannungsanschluss eines öffentlichen Stromversorgungsnetzes im Wesentlichen unterbunden oder zumindest reduziert ist, und/oder
die Verlustleistung reduziert ist, was insbesondere deshalb von Bedeutung ist, weil zum Abtransport der durch die Verlustleitung hervorgerufenen Wärme in der Regel Zusatzaufwendungen bspw. Lüfter, Kühlvorrichtungen erforderlich sind, deren Kosten tendenziell steigen, wenn die Verlustleistung ansteigt.
Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert. Zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit wurde in den Zeichnungen oder in der Beschreibung auf einige Details verzichtet, die unwesentlich für das Verständnis der Erfindung bzw. der Ausführungsformen der Erfindung sind.
Es zeigen die
Figur 1 eine schematische Ansicht auf eine Ausführungsform eines ersten
Stromstellmittels, dessen erster Laststrom einem ersten Lastanschluss eines Regelungsgerätes zugeführt wird, sowie eine schematische
Ansicht auf eine Recheneinheit und auf ein Regelungsgerät, die mit dem ersten Stromstellmittel verbunden sind;
Figur 2 eine schematische Ansicht auf eine Ausführungsform eines zweiten
Stromstellmittels, dessen erster Quellenstrom einem ersten
Versorgungsanschluss eines Regelungsgerätes zugeführt wird, sowie eine schematische Ansicht auf eine Recheneinheit und auf ein Regelungsgerät, die mit dem zweiten Stromstellmittel verbunden sind; Figur 3 eine schematische Ansicht auf eine exemplarischen Ausführungsform einer Simulationsvorrichtung, die einen Drei-Phasen-Elektromotor und einen elektrochemischen Energiespeicher nachbildet, sowie eine schematische Ansicht auf einen Netzspannungsanschluss, einen Transformator, ein Gleichrichtungsmittel und ein Regelungsgerät.
Eine erfindungsgemäße Simulationsvorrichtung 100 umfasst zumindest ein in Figur 1 und in Figur 3 exemplarisch dargestelltes erstes Stromstellmittel 150 und ein in Figur 2 und in Figur 3 exemplarisch dargestelltes zweites Stromstellmittel 160.
Außerdem umfasst die Simulationsvorrichtung eine Recheneinheit CU, die beispielsweise in einem separaten Gehäuse oder„verteilt" an mehreren Stellen der Simulationsvorrichtung angeordnet ist. Zu den Daten bzw. Signalen, die die Recheneinheit CU ausgibt, sind insbesondere auch solche Signale zu verstehen, die dem ersten Stromstellmittel 150 und dem zweiten Stromstellmittel 160, sowie gegebenenfalls dem/den weiteren Stromstell mittel/n 170, 180, 190 als
Schaltsignale zur Beeinflussung des von dem jeweiligen Schaltersteuermittel 152, 162, 172, 182, 192 beeinflussten Ausgangsstromes dienen, beispielsweise zur Beeinflussung des ersten Quellenstromes IS1 oder zur Beeinflussung des ersten Laststromes IL1 .
Mit anderen Worten beeinflussen die ausgegebenen Signale der Recheneinheit CU das Schaltverhalten des ersten Stromstellmittels 150 und des zweiten Stromstellmittels 160, sowie gegebenenfalls des oder der weiteren
Stromstell mittel/s 170, 180, 190.
Die mittels der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung 100 simulierte periphere Schaltungsanordnung ist bevorzugt ein simuliertes Abbild sowohl einer induktiven Last als auch eines elektrochemischen Energiespeichers.
Der erste Versorgungsanschluss C1 und der weitere - hier zweite - Versorgungsanschluss C2 des Regelungsgeräts DUT, werden in einem späteren
Stadium des Entwicklungsprozesses des Regelungsgerätes DUT, also nachdem der Test des Regelungsgerätes DUT in der simulierten Umgebung
abgeschlossen ist, üblicherweise mit einem„echten" elektrochemischen
Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie oder einem Akkumulator mit Lithium-Ionen-Zellen oder Blei-Akkuzellen, elektrisch verbunden. In der
Beschreibung der Erfindung braucht auf den„echten" elektrochemischen
Energiespeicher aber nicht weiter eingegangen werden, weil der Gegenstand der Erfindung eine Simulations-vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren betrifft, die den„echten" elektrochemischen Energiespeicher für einen zeitlich
vorgelagerten Test des Regelungsgeräts DUT ersetzt. Ein auf der Recheneinheit CU ausführbarer und für die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren hergerichteter Modellcode kann im Rahmen der vorliegenden Lehre vorausgesetzt werden, da die Erstellung des Modellcodes eine routinemäßige Maßnahme des Fachmanns darstellt. Per Austausch des Modellcodes auf der
Recheneinheit CU ist die Simulationsvorrichtung 100 flexibel an vordefinierte Eigenschaften einer zu simulierenden geänderten Last und/oder eines zu simulierenden geänderten elektrochemischen Energiespeichers adaptierbar. Sowohl die bereits genannte induktive Last als auch der genannte
elektrochemische Energiespeicher mit deren elektrischen und weiteren
Eigenschaften werden durch ein mathematisches Modell oder durch mehrere - gegebenenfalls miteinander verknüpfte - mathematische Modelle beschrieben, deren Details aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Derartige Modelle, die in Form des ausführbaren Modellcodes auf der Recheneinheit CU ausgeführt werden, sind dem Fachmann bekannt.
Sofern der Modellcode konfigurierbar ist, also insbesondere flexibel an
unterschiedliche zu simulierende periphere Schaltungsanordnungen
beispielsweise unterschiedliche zu simulierende Elektromotoren anpassbar ausgestaltet ist, kann eine Benutzerschnittstelle vorgesehen sein, mittels der Konfigurationsdaten, die spezifische Kenngrößen der jeweiligen peripheren
Schaltungsanordnung widerspiegeln, dem Modellcode hinzugefügt werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, Konfigurationsdaten wie die Anzahl und Induktivitätswerte der Motorspulen, Massenträgheitsmoment des Rotors etc. im Modellcode anzupassen, sobald eine neue periphere
Schaltungsanordnung simuliert werden soll. Ein weiteres Beispiel für
Konfigurationsdaten, mit denen der Modellcode bevorzugt parametrierbar ist, sind Parameter des elektrochemischen Energiespeichers, also beispielsweise der Typ der Energiespeicherzellen (z.B. Blei-Akkumulator-Zellen oder Lithium- lonen-Akkumulator-Zellen), die Anzahl der Akkumulatorzellen, der Ladezustand der Akkumulatorzellen und/oder durchschnittliche Temperatur der Akkumulatorzellen etc.
Gemäß der Abbildung der Figur 1 wird von einem ersten Stromstellmittel 150 ein gesteuerter erster Laststrom IL1 bereitgestellt, und dieser erste Laststrom IL1 einem ersten Lastanschluss W1 eines Regelungsgerätes DUT zugeführt.
An einem ersten Messpunkt 158 wird bevorzugt per Spannungsmessung über einem (in der Figur 1 nicht dargestellten) Messwiderstand ein erster
Spannungswert an dem ersten Lastanschluss W1 gemessen und eine hierbei ermittelte erste Messgröße 156 bevorzugt direkt einer mit dem ersten
Schaltersteuermittel 152 via Signalverbindung verbundenen Recheneinheit CU zugeführt.
Besonders bevorzugt umfasst die erste Messgröße 156 nicht nur einen gemessenen ersten Spannungswert an dem ersten Lastanschluss W1 gegen ein Bezugspotential, sondern zusätzlich auch einen gemessenen Stromwert des ersten Laststroms IL1 . Besonders bevorzugt ist somit, dass der erste Messpunkt 158 sowohl eine Spannungsmessfunktion an dem ersten Lastanschluss W1 als auch eine Strommessfunktion zur Messung des ersten Laststrom IL1 umfasst. Nach der messtechnischen Erfassung der ersten Messgröße 156 an dem ersten Lastanschluss W1 per ersten Messpunkt 158 wird also mittels des auf der Recheneinheit ausführbaren mathematischen Modellcodes die zu simulierende Last, also beispielsweise eine Motorwicklung, simuliert, indem ein
entsprechender erster Laststrom IL1 berechnet wird, der gemäß dem Modellcode über den ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgerätes DUT unter
mathematischer Berücksichtigung der Betriebsdaten der„echten" Last fließen müsste, und dieser Sollstromwert des ersten Laststromes IL1 wird bevorzugt dem ersten Stromstellmittel 150 übermittelt. Das erste Stromstellmittel 150 stellt anschließend den mittels des Modellcodes berechneten Sollwert des ersten Laststroms IL1 umgehend durch eine geeignete Ansteuerungen des ersten
Halbleiterschalters 153 und des zweiten Halbleiterschalters 154 am ersten Lastanschluss des Regelungsgeräts DUT bereit. Die in den Figuren 1 und/oder Figur 2 und/oder Figur 3 dargestellten Halbleiterschalter, nämlich der erste Halbleiterschalter 153, der zweite Halbleiterschalter 154, der dritte Halbleiterschalter 163, der vierte Halbleiterschalter 164, sowie die weiteren in Figur 3 dargestellten und jeweils paarweise an einem dritten Verbindungspunkt 171 , an einem vierten Verbindungspunkt 181 und an einem fünften
Verbindungspunkt 191 angeschlossenen weiteren Halbleiterschalter schalten bevorzugt in Abhängigkeit von jeweils einem pulsweitenmodulierten
Spannungssignal, das jeweils von einem zugeordneten Schaltersteuermittel bereitstellbar bzw. bereitgestellt ist. Genauer dargestellt, steuern in den dargestellten Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 , 2 und 3 jeweils ein Schaltersteuermittel zwei zugeordnete Halbleiterschalter, nämlich:
Das erste Schaltersteuermittel 152 steuert den ersten Halbleiterschalter 153 und den zweiten Halbleiterschalter 154.
Das zweite Schaltersteuermittel 162 steuert den dritten Halbleiterschalter 163 und den vierten Halbleiterschalter 164.
Das dritte Schaltersteuermittel 172 steuert die beiden dargestellten
Halbleiterschalter, die mit dem dritten Verbindungspunkt 171 verbunden sind. Das vierte Schaltersteuermittel 182 steuert die beiden dargestellten
Halbleiterschalter, die mit dem vierten Verbindungspunkt 181 verbunden sind. Das fünfte Schaltersteuermittel 192 steuert die beiden dargestellten
Halbleiterschalter, die mit dem fünften Verbindungspunkt 171 verbunden sind.
Die Signalverbindung zwischen der Recheneinheit CU und dem ersten
Schaltersteuermittel 152 ist in der Figur 1 und in der Figur 3 jeweils mit einem Doppelpfeil symbolisiert. Prinzipiell ist eine unidirektionale Signalverbindung von der Recheneinheit CU zu dem ersten Schaltersteuermittel 152 ausreichend. Optional ist aber eine bidirektionale Signalverbindung zwischen der
Recheneinheit CU und dem ersten Schaltersteuermittel 152 vorsehbar, beispielsweise bei einer Ausführungsvariante des ersten Stromstell mittels 150, bei dem die erste Messgröße 156 zunächst an das erste Schaltersteuermittel 152 weitergeleitet wird und anschließend beispielsweise die erste Messgröße 156 via Signalverbindung von dem ersten Schaltersteuermittel 152 zur Recheneinheit CU übertragen wird.
Der auf der Recheneinheit CU ausgeführte Modellcode berechnet bevorzugt in jedem Zeitschritt, der besonders bevorzugt ein Model-Abtastintervall ist, mit bevorzugt vordefinierter maximaler Dauer auf der Basis der zyklisch aktualisierten ersten Messgröße 156 eine erste Führungsgröße zur
Beeinflussung des ersten Stromstellmittels 150, wobei diese Beeinflussung bevorzugt erfolgt, indem die erste Führungsgröße entweder von der
Recheneinheit CU oder von dem ersten Schaltersteuermittel 152 zyklisch in Schaltsignale zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters 153 und des zweiten Halbleiterschalters 154 umgesetzt wird.
In dem Technikgebiet der numerischen Simulation wird die Größe eines
Zeitschrittes, in dem der Modellcode beispielsweise zumindest einen ersten Messwert bzw. zumindest einen ersten Sensorwert verarbeitet und basierend auf dem ersten Messwert bzw. ersten Sensorwert direkt innerhalb dieses
Zeitschrittes zumindest eine Führungsgröße zur Beeinflussung zumindest einer zu regelnden physikalischen Kenngröße berechnet und bereitstellt, oft als „Modell-Abtastintervall" bezeichnet. Beispielsweise sind Modell-Abtastintervalle in der numerischen Simulation üblich, die nur wenige Mikrosekunden betragen. Im Rahmen dieser Erfindung ist der Begriff „Abtasten" mittels eines Modellcodes folglich im Sinne einer„zyklischem Verarbeiten von Signalen/Daten" mittels des Modellcodes zu interpretieren, wobei in jedem Modell-Abtastintervall zumindest ein Messwert bzw. Sensorwert von dem Modellcode verarbeitet wird und in jedem Modell-Abtastintervall eine zugehörige Führungsgröße von dem
Modellcode berechnet wird.
An dem in Figur 1 dargestellten ersten Verbindungspunkt 151 des ersten
Halbleiterschalters 153 und des zweiten Halbleiterschalters 154 ist je nach Schalterstellung dieser beiden Halbleiterschalter 153, 154 ein Potential einstellbar, dass innerhalb eines Wertebereiches von einer positiven
Versorgungsspannung Vp+ bis zu einer negativen Versorgungsspannung Vp- liegt. Ob die positive Wertebereichsgrenze des Potentials an dem ersten
Verbindungspunkt 151 , nämlich die positive Versorgungsspannung Vp+, und ob die negative Wertebereichsgrenze des Potentials an dem ersten
Verbindungspunkt 151 , nämlich die negative Versorgungsspannung Vp-, einstellbar ist, hängt von einer Vernachlässigbarkeit der Innenwiderstände jeweils von einem dieser beiden Halbleiterschalter 153, 154 im Zustand maximal eingestellter Leitfähigkeit und von einer Beeinflussung des Potentials an dem ersten Verbindungspunkt 151 durch das Potential an einem ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgerätes DUT ab. Für die Ausführbarkeit der Erfindung ist es aber irrelevant, ob die positive oder negative Wertebereichgrenze des Potentials am ersten Verbindungspunkt 151 stets erreichbar ist, weil das Erreichen dieser beiden Wertebereichsgrenzen für eine realitätsnahe Simulation der Umgebung des Regelungsgerätes DUT nicht erforderlich ist.
Prinzipiell ist die erste Messgröße 156 direkt an das erste Schaltersteuermittel
152 und hiervon aus an die Recheneinheit CU übertragbar. Bevorzugt sind aber die erste Messgröße 156 an die Recheneinheit CU und eine aus der ersten
Messgröße mittels des Modellcodes errechnete erste Führungsgröße via
Recheneinheit CU - gegebenenfalls in einem umgewandelten Signalformat - an das erste Schaltersteuermittel 152 übertragbar. Die in diesem Absatz genannten Alternativen zur„Weitergabe" der ersten Messgröße werden in Figur 1 mit den beiden gestrichelten Pfeilen, die zu der Recheneinheit CU bzw. zu dem ersten Schaltersteuermittel 152 führen, symbolisiert.
Das erste Schaltersteuermittel 152 steuert bevorzugt sowohl einen ersten Halbleiterschalter 153, mit dem eine Verbindung von einer positiven
Versorgungsspannung Vp+ zu dem ersten Lastanschluss W1 herstellbar ist, als auch einen zweiten Halbleiterschalter 154, mit dem eine Verbindung von einer negativen Versorgungsspannung Vp- zu dem ersten Lastanschluss W1 herstellbar ist. Es versteht sich von selbst, dass sich der erste Halbleiterschalter
153 und der zweite Halbleiterschalter 154 nicht gleichzeitig in einem Zustand maximaler Leitfähigkeit befinden dürfen, weil anderenfalls ein Kurzschluss von der positiven Versorgungsspannung Vp+ zur negativen Versorgungsspannung Vp- hergestellt wäre.
Das erste Schaltersteuermittel 152 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass der erste Halbleiterschalter 153 erst dann von dem ersten Schaltersteuermittel 152 in den leitfähigen Zustand versetzt wird, wenn vorher bzw. zeitgleich der zweite
Halbleiterschalter 154 von dem ersten Schaltersteuermittel 152 in den
sperrenden Zustand versetzt wurde bzw. wird. Gleichermaßen ist das erste Schaltersteuermittel 152 bevorzugt derart ausgestaltet, dass der zweite
Halbleiterschalter 154 erst dann von dem ersten Schaltersteuermittel 152 in den leitfähigen Zustand versetzt wird, wenn vorher bzw. zeitgleich der erste
Halbleiterschalter 153 von dem ersten Schaltersteuermittel 152 in den
sperrenden Zustand versetzt wurde bzw. wird.
Auf eventuelle - vergleichsweise kleine - Leckströme, die trotz eines sperrenden Zustandes des ersten Halbleiterschalters 153 und/oder des zweiten
Halbleiterschalters 154 durch den jeweilig gesperrten Halbleiterschalter 153, 154 fließen können, soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht weiter eingegangen werden, weil dies für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.
Die rechentechnische Vorbereitung der Schaltvorgänge an dem ersten
Halbleiterschalter 153 und dem zweiten Halbleiterschalter 154 kann prinzipiell auf mehreren Recheneinheiten„verteilt" erfolgen (engl.: distributed Computing), zum Beispiel teils in der Recheneinheit CU und teils innerhalb des ersten
Schaltersteuermittels 152 erfolgen, wobei dieses Beispiel voraussetzt, dass innerhalb des ersten Schaltersteuermittels 152 ein rechentechnisches Mittel zur geeigneten Weiterverarbeitung der Signale der Recheneinheit CU eingerichtet ist. Je nach Stellung des ersten Halbleiterschalters 153 und des zweiten
Halbleiterschalters 154 ist die Stromrichtung des ersten Laststroms IL1 entweder zu dem ersten Lastanschluss W1 gerichtet oder von dem ersten Lastanschluss W1 weggerichtet. Natürlich kann außerdem ein Fall eintreten, dass kein
Potentialgefälle zwischen dem ersten Lastanschluss W1 und dem ersten
Verbindungspunkt 151 vorliegt, was natürlich zu einer Unterbrechung des ersten
Laststroms IL1 führen wird.
Der auf der Recheneinheit CU ausgeführte Modellcode sorgt im Zusammenspiel mit dem ersten Schaltersteuermittel 152 und dessen zugeordneten ersten
Halbleiterschalter 153 und zweiten Halbleiterschalter 154 dafür, dass der gemäß Modellcode vorgesehene erste Laststrom IL1 in der von dem Modellcode vorgesehenen Stromrichtung dem ersten Lastanschluss W1 des zu testenden Regelungsgerätes DUT aufgeprägt wird. Bevorzugt wird während der laufenden Simulation in vordefinierten
Zeitabständen, besonders bevorzugt während jedes Modell-Abtastintervalls, an dem ersten Messpunkt 158 eine erste Messgröße 156 bereitgestellt, die bevorzugt sowohl einen gemessenen Betrag als auch eine gemessene Polarität repräsentiert, wobei die erste Messgröße 156 von dem Modellcode verarbeitet wird.
Das Bezugspotential insbesondere für die Spannungsmessung am ersten Messpunkt 158 ist bevorzugt ein Massepotential, besonders bevorzugt ein „gemeinsames Massepotential".
Ein Bezugspotentialanschluss ist, obwohl in den Figuren nicht dargestellt, in den beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung vorhanden.
Unter dem „gemeinsamen Massepotential" ist ein solches Massepotential zu verstehen, das als im Wesentlichen identisches Bezugspotential für sämtliche Lastanschlüsse W1 , W2, W3 und sämtliche Versorgungsanschlüsse C1 , C2 des Regelungsgerätes DUT anzusehen ist. Mit anderen Worten ausgedrückt sind im Falle des Vorliegens eines gemeinsamen Massepotentials die elektrischen Spannungen an dem erster Lastanschluss W1 und allen weiteren
Lastanschlüssen W2, W3 sowie an dem ersten Versorgungsanschluss C1 und dem weiteren Versorgungsanschluss C2 durch jeweils einen
Potentialunterschied zu dem gemeinsamen Massepotential charakterisiert.
Prinzipiell ist an dem ersten Lastanschluss W1 bzw. sind an den
Lastanschlüssen W1 , W2, W3 des zu testenden Regelungsgerätes DUT je nach vordefiniertem Verwendungszweck des Regelungsgerätes DUT unterschiedliche
Lasten, insbesondere induktive Lasten anschließbar. Gleichermaßen ist an dem ersten Versorgungsanschluss C1 bzw. sind an den beiden, in den Figuren 1 bis 3 dargestellten, Versorgungsanschlüssen C1 und C2 des Regelungsgeräts DUT ein oder mehrere unterschiedliche elektrochemische/r Energiespeicher anschließbar. Mittels der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung 100 ist der
Anwender also in die Lage versetzt, eine Vielzahl unterschiedlicher Lasten und unterschiedlicher elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere der genannten induktiven Lasten, der Batterien oder Akkumulatoren zu simulieren. Es kann hierfür eine Änderung der Parametrierung und/oder eine Anpassung des Simulationsmodells bzw. des Modellcodes vorteilhaft oder erforderlich sein, worauf im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber nicht eingegangen werden muss, da eine Erstellung, Anpassung und/oder Parametrierung des
Simulationsmodells bzw. des Modellcodes dem Fachmann auf dem betreffenden technischen Gebiet geläufig ist.
Das zu testende Regelungsgerät DUT weist bevorzugt neben den
Versorgungsanschlüssen C1 , C2 und den Lastanschlüssen W1 , W2, W3 weitere Anschlüsse X auf. Die Lastanschlüsse W1 , W2, W3 des Regelungsgerätes DUT sind bevorzugt eingerichtet, um in einer späteren Verwendung mit jeweils einem Anschluss einer Elektromotor-Wicklung verbunden zu werden. Im Rahmen der Simulation ist der erste Lastanschluss W1 mit dem ersten Stromstell mittel 150 derart verbunden, dass ein Strom IL1 , je nach Stellung des ersten
Halbleiterschalters 153 und des zweiten Halbleiterschalters 154, entweder von dem ersten Lastanschluss W1 zu dem ersten Stromstellmittel 150 oder von dem ersten Stromstell mittel 150 zu dem ersten Lastanschluss W1 fließt.
Die weiteren Anschlüsse X des Regelungsgerätes DUT umfassen bevorzugt
- Eingang/Eingänge für Sensorsignale und/oder
- Schnittstelle/n für die Vernetzung wie beispielsweise eine CAN-Bus- und/oder FlexRay- und/oder Ethernet-Schnittstelle und/oder
- Anschluss/Anschlüsse für ein Bezugspotential und/oder
- analoge Signalausgang/Signalausgänge und/oder
- Eingang/Eingänge für Betriebsspannung/en und/oder
- Ausgang/Ausgänge für Betriebsspannung/en und/oder
- Schnittstelle/n für Diagnosegerät/e,
wobei diese Auflistung der weiteren Anschlüsse X lediglich exemplarisch ist.
Bevorzugt ist zwischen dem ersten Verbindungspunkt 151 und dem ersten Lastanschluss W1 eine erste Spule L1 angeordnet.
Der erste Laststrom IL1 des ersten Stromstellmittels 150 ist ausgehend von dem ersten Verbindungspunkt 151 zu dem Regelungsgerät DUT geführt und wird folglich bevorzugt bezüglich der zugeordneten Strom-Spannungs-Kennlinie {IL1 =f(Spannung am ersten Verbindungspunkt 151 - Spannung am ersten Lastanschluss W1 )}
auch von der ersten Spule L1 , insbesondere von deren Induktivität, beeinflusst. Es erübrigt sich, hierbei auf die Zeitabhängigkeiten der Strom-Spannungs- Wertepaare näher einzugehen, weil diese Zeitabhängigkeiten bei veränderlichen Strömen an Spulen dem Fachmann geläufig sind.
Je nach den verwendeten Schaltfrequenzen des ersten Halbleiterschalters 153 und des zweiten Halbleiterschalters 154 ist eine Leitungsinduktivität einer Verbindungsleitung zwischen dem ersten Verbindungspunkt 151 und dem ersten Lastanschluss W1 zusätzlich zu der Induktivität der ersten Spule L1 oder alternativ hierzu, falls z.B. keine erste Spule L1 von dem ersten Stromstell mittel 150 umfasst ist, zu berücksichtigen, beispielsweise in dem Modellcode.
Die ermittelte erste Messgröße 156 wird bevorzugt direkt der Recheneinheit CU zugeführt.
Alternativ ist beispielsweise vorsehbar, dass die in der ersten Messgröße 156 des ersten Stromstellmittels 150 enthaltenen Informationen„verteilt" übertragen werden, also beispielsweise ein gemessener Spannungswert an dem ersten Lastanschluss W1 direkt an die Recheneinheit CU übertragen wird und ein gemessener Stromwert des ersten Laststroms IL1 an das erste
Schaltersteuermittel 152 übertragen wird.
Das letztgenannte Beispiel ist vorteilhaft, falls das erste Schaltersteuermittel 152 ein entsprechendes - nicht dargestelltes - Informationsverarbeitungsmittel aufweist, um auf der Basis des gemessenen ersten Laststroms IL1 und der von der Recheneinheit CU an das erste Schaltersteuermittel 152 übertragenen
Informationen den ersten Laststrom IL1 zu beeinflussen.
Auf eine bevorzugte Ausführungsform der Simulationsvorrichtung 100
aufweisend eine besonders bevorzugte Bereitstellung der positiven
Versorgungsspannung Vp+ und der negativen Versorgungsspannung Vp- wird in der Beschreibung zu Figur 3 näher eingegangen.
Gemäß der Abbildung der Figur 2 wird von einem zweiten Stromstell mittel 160 ein gesteuerter erster Quellenstrom IS1 bereitgestellt, und dieser erste Quellenstronn IL1 einem ersten Versorgungsanschluss C1 des Regelungsgerätes DUT zugeführt.
An einem zweiten Messpunkt 168 wird bevorzugt per Spannungsmessung über einem (in der Figur 2 nicht dargestellten) Messwiderstand eine Spannung an dem ersten Versorgungsanschluss C1 gemessen und eine zweite Messgröße 166 ermittelt. Besonders bevorzugt umfasst die zweite Messgröße 166 nicht nur einen gemessenen Spannungswert an dem ersten Versorgungsanschluss C1 gegen ein Bezugspotential, sondern zusätzlich auch einen gemessenen
Stromwert des ersten Quellenstroms IS1 . Besonders bevorzugt ist somit, dass der zweite Messpunkt 168 sowohl eine Spannungsmessfunktion an dem ersten Versorgungsanschluss C1 als auch eine Strommessfunktion zur Messung des ersten Quellenstroms IS1 umfasst.
Die ermittelte zweite Messgröße 166 wird bevorzugt direkt der Recheneinheit CU zugeführt.
Alternativ ist beispielsweise vorsehbar, dass die in der zweiten Messgröße 166 des zweiten Stromstellmittels 160 enthaltenen Informationen„verteilt" übertragen werden, also beispielsweise ein gemessener Spannungswert an dem ersten Versorgungsanschluss C1 direkt an die Recheneinheit CU übertragen wird und ein gemessener Stromwert des ersten Quellenstroms IS1 an das zweite
Schaltersteuermittel 162 übertragen wird.
Das letztgenannte Beispiel ist vorteilhaft, falls das zweite Schaltersteuermittel 162 ein entsprechendes - nicht dargestelltes - Informationsverarbeitungsmittel aufweist, um auf der Basis des gemessenen ersten Quellenstroms IS1 und der von der Recheneinheit CU an das zweite Schaltersteuermittel 162 übertragenen
Informationen den ersten Quellenstrom IS1 zu beeinflussen.
Bevorzugt ist zwischen einem zweiten Verbindungspunkt 161 und dem ersten Versorgungsanschluss C1 eine zweite Spule L2 angeordnet.
Der erste Quellenstrom IS1 des zweiten Stromstellmittels 160 ist ausgehend von dem zweiten Verbindungspunkt 161 zu dem Regelungsgerät DUT geführt und es wird folglich die dem ersten Quellenstrom IS1 zugeordnete Strom-Spannungs- Kennlinie {IS1 =f(Spannung am zweiten Verbindungspunkt 161 - Spannung am ersten Versorgungsanschluss C1 )}
auch von der zweiten Spule L2, insbesondere deren Induktivität, beeinflusst. Es erübrigt sich, hierbei auf die Zeitabhängigkeiten der Strom-Spannungs- Wertepaare näher einzugehen, weil diese Zeitabhängigkeiten bei veränderlichen Strömen an Spulen dem Fachmann geläufig sind. Je nach den verwendeten Schaltfrequenzen des dritten Halbleiterschalters 163 und des vierten
Halbleiterschalters 164 ist eine Leitungsinduktivität einer Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 161 und dem ersten
Versorgungsanschluss C1 zusätzlich zu der Induktivität der zweiten Spule L2 oder alternativ hierzu, falls z.B. keine zweite Spule L2 von dem zweiten
Stromstell mittel 160 umfasst ist, zu berücksichtigen, beispielsweise in dem Modellcode. Nach der messtechnischen Erfassung der Spannung an dem ersten
Versorgungsanschluss C1 per zweitem Messpunkt 168 wird also mittels des auf der Recheneinheit CU ausführbaren mathematischen Modellcodes bevorzugt ein zu simulierender elektrochemischer Energiespeicher, also beispielsweise ein Akkumulator oder eine Batterie, simuliert, indem ein entsprechender erster Quellenstrom IS1 berechnet wird, der gemäß dem Modellcode über den ersten Versorgungsanschluss C1 des Regelungsgerätes DUT unter mathematischer Berücksichtigung der Betriebsdaten des„echten" elektrochemischen
Energiespeichers fließen müsste, und dieser Sollstromwert des ersten
Quellenstromes IS1 wird bevorzugt dem zweiten Stromstellmittel 160 übermittelt. Das zweite Stromstellmittel 160 stellt anschließend den mittels des Modellcodes berechneten Sollwert des ersten Quellenstroms IS1 umgehend durch eine geeignete Ansteuerungen des dritten Halbleiterschalters 163 und des vierten Halbleiterschalters 164 am ersten Versorgungsanschluss C1 des
Regelungsgeräts DUT ein.
Die Signalverbindung zwischen der Recheneinheit CU und dem zweiten
Schaltersteuermittel 162 ist in der Figur 2 und in der Figur 3 jeweils mit einem Doppelpfeil symbolisiert. Prinzipiell ist eine unidirektionale Signalverbindung von der Recheneinheit CU zu dem zweiten Schaltersteuermittel 162 ausreichend. Optional ist aber eine bidirektionale Signalverbindung zwischen der
Recheneinheit CU und dem zweiten Schaltersteuernnittel 162 vorsehbar, beispielsweise bei einer Ausführungsvariante des zweiten Stromstellnnittels 160, bei dem die zweite Messgröße 166 zunächst an das zweite Schaltersteuermittel 162 weitergeleitet wird und anschließend beispielsweise die zweite Messgröße 166 via Signalverbindung von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 zur
Recheneinheit CU übertragen wird.
Der auf der Recheneinheit CU ausgeführte Modellcode berechnet bevorzugt in jedem Zeitschritt, der besonders bevorzugt ein Modell-Abtastintervall ist, mit bevorzugt vordefinierter maximaler Dauer auf der Basis der zyklisch
aktualisierten zweiten Messgröße 166 eine zweite Führungsgröße zur
Beeinflussung des zweiten Stromstellmittels 160, wobei diese Beeinflussung bevorzugt erfolgt, indem die zweite Führungsgröße entweder von der
Recheneinheit CU oder von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 zyklisch in Schaltsignale zur Ansteuerung des dritten Halbleiterschalters 163 und des vierten Halbleiterschalters 164 umgesetzt wird.
An dem in Figur 2 dargestellten zweiten Verbindungspunkt 161 des dritten Halbleiterschalters 163 und des vierten Halbleiterschalters 164 ist je nach
Schalterstellung dieser beiden Halbleiterschalter 163, 164 ein Potential einstellbar, dass innerhalb eines Wertebereiches von der positiven
Versorgungsspannung Vp+ bis zu der negativen Versorgungsspannung Vp- liegt. Ob die positive Wertebereichsgrenze des Potentials an dem zweiten Verbindungspunkt 161 , nämlich die positive Versorgungsspannung Vp+, und ob die negative Wertebereichsgrenze des Potentials an dem zweiten
Verbindungspunkt 161 , nämlich die negative Versorgungsspannung Vp-, einstellbar ist, ist selbstverständlich abhängig von einer Vernachlässigbarkeit der Innenwiderstände jeweils von einem dieser beiden in Figur 2 dargestellten Halbleiterschalter 163, 164 im Zustand maximal eingestellter Leitfähigkeit und von einer Beeinflussung des Potentials an dem zweiten Verbindungspunkt 161 durch das Potential an einem ersten Versorgungsanschluss C1 des
Regelungsgerätes DUT. Für die Ausführbarkeit der Erfindung ist es aber irrelevant, ob die positive oder negative Wertebereichgrenze des Potentials am zweiten Verbindungspunkt 161 stets erreichbar ist, weil das Erreichen dieser beiden Wertebereichsgrenzen für eine realitätsnahe Simulation der Umgebung des Regelungsgerätes DUT nicht erforderlich ist. Prinzipiell ist die zweite Messgröße 166 direkt an das zweite Schaltersteuermittel 162 und hiervon aus an die Recheneinheit CU übertragbar. Bevorzugt sind aber die zweite Messgröße 166 an die Recheneinheit CU und eine aus der zweiten Messgröße mittels des Modellcodes errechnete zweite Führungsgröße via Recheneinheit CU - gegebenenfalls in einem umgewandelten Signalformat - an das zweite Schaltersteuermittel 162 übertragbar. Die in diesem Absatz
genannten Alternativen zur„Weitergabe" der zweiten Messgröße werden in Figur 2 mit den beiden gestrichelten Pfeilen, die zu der Recheneinheit CU bzw. zu dem zweiten Schaltersteuermittel 162 führen, symbolisiert. Das zweite Schaltersteuermittel 162 steuert bevorzugt sowohl einen dritten Halbleiterschalter 163, mit dem eine Verbindung von einer positiven
Versorgungsspannung Vp+ zu dem ersten Versorgungsanschluss C1 herstellbar ist, als auch einen vierten Halbleiterschalter 164, mit dem eine Verbindung von einer negativen Versorgungsspannung Vp- zu dem ersten
Versorgungsanschluss C1 herstellbar ist. Es versteht sich von selbst, dass sich der dritte Halbleiterschalter 163 und der vierte Halbleiterschalter 164 nicht gleichzeitig in einem Zustand maximaler Leitfähigkeit befinden dürfen, weil anderenfalls ein Kurzschluss von der positiven Versorgungsspannung Vp+ zur negativen Versorgungsspannung Vp- hergestellt wäre.
Das zweite Schaltersteuermittel 162 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass der dritte Halbleiterschalter 163 erst dann von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 in den leitfähigen Zustand versetzt wird, wenn vorher bzw. zeitgleich der vierte Halbleiterschalter 164 von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 in den sperrenden Zustand versetzt wurde bzw. wird. Gleichermaßen ist das zweite Schaltersteuermittel 162 bevorzugt derart ausgestaltet, dass der vierte
Halbleiterschalter 164 erst dann von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 in den leitfähigen Zustand versetzt wird, wenn vorher bzw. zeitgleich der dritte
Halbleiterschalter 163 von dem zweiten Schaltersteuermittel 162 in den sperrenden Zustand versetzt wurde bzw. wird. Auf eventuelle - vergleichsweise kleine - Leckströme, die trotz eines sperrenden Zustandes des dritten Halbleiterschalters 163 und/oder des vierten
Halbleiterschalters 164 durch die gesperrten Halbleiterschalter 163, 164 fließen können, soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht weiter
eingegangen werden, weil dies für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.
Die rechentechnische Vorbereitung der Schaltvorgänge an dem dritten
Halbleiterschalter 163 und dem vierten Halbleiterschalter 164 kann prinzipiell auf mehreren Recheneinheiten„verteilt" erfolgen (engl.: distributed Computing), zum Beispiel teils in der Recheneinheit CU und teils innerhalb des zweiten
Schaltersteuermittels 162 erfolgen, wobei dieses Beispiel voraussetzt, dass innerhalb des zweiten Schaltersteuermittels 162 ein rechentechnisches Mittel zur geeigneten Weiterverarbeitung der Signale der Recheneinheit CU eingerichtet ist.
Je nach Stellung des dritten Halbleiterschalters 163 und des vierten
Halbleiterschalters 164 ist die Stromrichtung des ersten Quellenstroms IS1 entweder zu dem ersten Versorgungsanschluss C1 gerichtet oder von dem ersten Versorgungsanschluss C1 weggerichtet. Natürlich kann außerdem ein Fall eintreten, dass kein Potentialgefälle zwischen dem ersten Versorgungsanschluss C1 und dem zweiten Verbindungspunkt 161 vorliegt, was natürlich zu einer Unterbrechung des ersten Quellenstroms IS1 führen wird.
Der auf der Recheneinheit CU ausgeführte Modellcode sorgt im Zusammenspiel mit dem zweiten Schaltersteuermittel 162 und dessen zugeordneten dritten
Halbleiterschalter 163 und vierten Halbleiterschalter 164 dafür, dass der gemäß Modellcode vorgesehene erste Quellenstrom IS1 in der von dem Modellcode vorgesehenen Stromrichtung dem ersten Versorgungsanschluss C1 des zu testenden Regelungsgerätes DUT aufgeprägt wird.
Bevorzugt wird während der laufenden Simulation in vordefinierten
Zeitabständen, besonders bevorzugt während jedes Modell-Abtastintervalls, an dem zweiten Messpunkt 168 eine zweite Messgröße 166 bereitgestellt, die bevorzugt sowohl einen gemessenen Betrag als auch eine gemessene Polarität repräsentiert. Bevorzugt ist die zweite Messgröße 166 eine zweite Spannungsmessgroße, repräsentiert also die Spannung und die Polarität an dem zweiten Messpunkt 168 gegen ein Bezugspotential.
Das Bezugspotential insbesondere für die Spannungsmessung an dem zweiten Messpunkt 168 ist bevorzugt ein Massepotential, besonders bevorzugt ein „gemeinsames Massepotential".
Bevorzugt ist zwischen dem zweiten Verbindungspunkt 161 und dem ersten Versorgungsanschluss C1 eine zweite Spule L2 angeordnet. In Figur 3 sind schematisch neben dem Regelungsgerät DUT, dem ersten
Stromstell mittel 150 und dem zweiten Stromstellmittel 160 und der Recheneinheit CU zusätzliche weitere Stromstellmittel, nämlich das dritte Stromstellmittel 170, das vierte Stromstellmittel 180 und das fünfte Stromstell mittel 190 dargestellt. Bevorzugt sind sämtliche Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 identisch aufgebaut. Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer
Simulationsvorrichtung 100 umfasst
- einerseits drei Stromstellmittel 150, 180, 190, die jeweils mit einem der drei Lastanschlüsse W1 , W2, W3 des Regelungsgeräts DUT verbunden sind, und
- andererseits zwei Stromstellmittel 160, 170, die jeweils mit einem der
Versorgungsanschlüsse C1 , C2 des Regelungsgeräts DUT verbunden sind.
Die insgesamt fünf Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 der Figur 3, die jeweils mit einer Strich-Punkt-Linie umrandet dargestellt sind, stellen zusammen mit der Recheneinheit CU, den Anschlüssen für die positive Versorgungsspannung Vp+ und für die negative Versorgungsspannung Vp- und den elektrischen Verbindungsleitungen die wichtigsten Bestandteile der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Simulationsvorrichtung 100 dar, wobei diese Ausführungsform mit einer Doppelpunkt-Strich-Linie ("-"-) umrandet dargestellt ist.
Es liegt auf der Hand, dass grundsätzlich von dem Modellcode für jedes der Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 jeweils zugeordnete Führungsgrößen bereitgestellt werden. Der Modellcode umfasst also Berechnungsvorschriften, um jedes Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 individuell zu steuern. Bevorzugt werden die Führungsgrößen für jedes der Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 während des Ablaufes der Simulation in jedem Modell-Abtastintervall mittels des Modellcodes aktualisiert. Bevorzugt ist/sind der erste Versorgungsanschluss C1 und/oder der weitere Versorgungsanschluss C2 jeweils mit einer Kapazität, bspw. durch jeweils einen angeschlossenen Kondensator, beaufschlagt. Diese Kapazität/en bzw. diese/r Kondensator/en verzögern Spannungsänderungen an dem ersten
Versorgungsanschluss C1 und/oder an dem weiteren Versorgungsanschluss C2. Optional ist außerdem vorsehbar, dass der erste Lastanschluss W1 und/oder der weitere - hier zweite - Lastanschluss W2 und/oder der weitere - hier dritte - Lastanschluss W3 jeweils mit einer Kapazität, bspw. durch jeweils einen angeschlossenen Kondensator, beaufschlagt sind, was an dem ersten
Lastanschluss W1 und/oder an dem weitere - hier zweiten - Lastanschluss W2 und/oder an dem weiteren - hier dritten - Lastanschluss W3 eine Verzögerung der Spannungsänderungen bewirkt. Die in diesem Absatz genannten Kapazitäten bzw. Kondensatoren tragen zu einer„Entkopplung" der jeweils zugeordneten Anschlüsse des Regelungsgeräts bei. Die Figur 3 zeigt außerdem eine schematische Ansicht auf einen Netz- spannungsanschluss 500, einen Transformator 400 und ein Gleichrichtungsmittel. Es sei angemerkt, dass trotz der beschriebenen Strom-Rückgewinnung mittels der Erfindung kein„Verlust-freier" Energiekreislauf während der
Simulation erzielt werden kann. Folglich muss während des Betreibens der Simulationsvorrichtung insbesondere zur Kompensation der innerhalb der
Simulationsvorrichtung entstehenden Energieverluste, eine externe
Energiezuführung sichergestellt werden, beispielsweise via Netzspannungs- anschluss 500, dessen Spannung zunächst mittels eines Transformators 400 umgeformt und anschließend durch ein Gleichrichtungsmittel 300 in eine
Gleichspannung umgewandelt wird. Das Gleichrichtungsmittel 300 stellt an dessen Ausgang eine positive Versorgungsspannung Vp+ und eine negative Versorgungsspannung Vp- für die Simulationsvorrichtung 100 bereit. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die positive Versorgungsspannung Vp+ und die negative Versorgungsspannung Vp- prinzipiell auch in anderer Weise bereitstellbar ist, beispielsweise mittels Akkumulatoren. Falls, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 dargestellt, mittels der Simulationsvorrichtung 100 ein für einen Drei-Phasen-Betrieb ausgelegter Drehstrom-Motor mit drei Wicklungsanschlüssen zu simulieren ist, dann sind zu Simulationszwecken bevorzugt anstelle der„echten" Wicklungsanschlüsse des Drehstrom-Motors jeweils ein Stromstellmittel 150, 180, 190 pro simulierten Wicklungsanschluss mit jeweils einem Lastanschluss W1 , W2, W3 des
Regelungsgeräts DUT verbunden. Um dieses Ausführungsbeispiel etwas plastischer darzulegen, sind in der Figur 3 insbesondere folgende Verbindungen vorgesehen:
- Der erste Lastanschluss W1 des Regelungsgeräts DUT, der bevorzugt in der später vorgesehenen„echten" Verwendung des Regelungsgeräts DUT mit einem ersten Wicklungsanschluss des Drehstrommotors zu verbinden ist, wird stattdessen zu Simulationszwecken mit dem ersten
Stromstellmittel 150 derart verbunden, dass der erste Laststrom IL1 zwischen dem ersten Lastanschluss W1 und dem ersten
Verbindungspunkt 151 fließen kann.
- Der zweite Lastanschluss W2 des Regelungsgeräts DUT, der bevorzugt in der später vorgesehenen„echten" Verwendung des Regelungsgeräts DUT mit einem zweiten Wicklungsanschluss des Drehstrommotors zu verbinden ist, wird stattdessen zu Simulationszwecken mit dem weiteren
- hier vierten - Stromstellmittel 180 derart verbunden, dass der zweite
Laststrom IL2 zwischen dem zweiten Lastanschluss W2 und dem vierten
Verbindungspunkt 181 fließen kann.
- Der dritte Lastanschluss W3 des Regelungsgeräts DUT, der bevorzugt in der später vorgesehenen„echten" Verwendung des Regelungsgeräts DUT mit einem dritten Wicklungsanschluss des Drehstrommotors zu verbinden ist, wird stattdessen zu Simulationszwecken mit dem weiteren
- hier fünften - Stromstellmittel 190 derart verbunden, dass der dritte
Laststrom IL3 zwischen dem dritten Lastanschluss W3 und dem fünften
Verbindungspunkt 191 fließen kann. - Der erste Versorgungsanschluss C1 des Regelungsgeräts DUT, der bevorzugt in der später vorgesehenen„echten" Verwendung des
Regelungsgeräts DUT mit einem ersten Anschluss eines
elektrochemischen Energiespeichers zu verbinden ist, wird stattdessen zu Simulationszwecken mit dem - hier zweiten - Stromstellmittel 160 derart verbunden, dass der erste Quellenstrom IS1 zwischen dem ersten Versorgungsanschluss C1 und dem zweiten Verbindungspunkt 161 fließen kann.
- Der weitere Versorgungsanschluss C2 des Regelungsgeräts DUT, der bevorzugt in der später vorgesehenen„echten" Verwendung des
Regelungsgeräts DUT mit einem zweiten Anschluss eines
elektrochemischen Energiespeichers zu verbinden ist, wird stattdessen zu Simulationszwecken mit dem weiteren - hier dritten - Stromstellmittel 170 derart verbunden, dass der zweite Quellenstrom IS2 zwischen dem weiteren Versorgungsanschluss C2 und dem dritten Verbindungspunkt 171 fließen kann.
Aus der Beschreibung und der schematischen Darstellung der - bevorzugt identischen - Ausgestaltungen der Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 geht hervor, dass sowohl die Beträge der von den Stromstell mittein jeweils
ausgegebenen Ströme IS1 , IS2, IL1 , IL2, IL3 als auch deren Stromrichtung mittels des Modellcodes einstellbar sind.
Bevorzugt werden die von den Stromstellmitteln 150, 160, 170, 180, 190 jeweils an das Regelungsgerät DUT ausgegebenen Ströme IS1 , IS2, IL1 , IL2, IL3 und die an den Lastanschlüssen W1 , W2, W3 und Versorgungsanschlüssen C1 , C2 anliegenden Spannungen gegen ein Bezugspotential in jedem Modell- Abtastintervall jeweils mittels der den Stromstellmitteln zugeordneten
Messgrößen 156, 166, 176, 186, 196 an den zugeordneten Messpunkten 158, 168, 178, 188, 198 überprüft. Die bevorzugt zur Spannungsmessung gegen ein Bezugspotential und zur Strommessung von IS1 , IS2, IL1 , IL2, IL3 vorgesehenen und eingerichteten Messpunkte 158, 168, 178, 188, 198 der jeweiligen
Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 sind, gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform, jeweils einem Anschluss aus der Gruppe der Versorgungsanschlüsse C1 , C2 und Lastanschlüsse W1 , W2, W3 des
Regelungsgerätes DUT zugeordnet.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung umfasst die simulierte periphere Schaltungsanordnung sowohl ein dem ersten
Stromstell mittel 150 zugeordnetes simuliertes Abbild einer ersten induktiven Last als auch ein dem zweiten Stromstellmittel 160 zugeordnetes simuliertes Abbild eines elektrochemischen Energiespeichers, wobei
ein Anschluss für eine Bereitstellung einer positiven Versorgungsspannung Vp+ sowohl mit dem ersten Stromstellmittel 150 als auch mit dem zweiten
Stromstell mittel 160 verbunden ist, und
ein Anschluss für eine Bereitstellung einer negativen Versorgungsspannung Vp- sowohl mit dem ersten Stromstellmittel 150 als auch mit dem zweiten
Stromstell mittel 160 verbunden ist.
In dieser Weiterbildung sind die simulierte induktive Last und der simulierte elektrochemische Energiespeicher von derselben Simulationsvorrichtung 100 umfasst.
Die Simulation der induktiven Last erfolgt beispielsweise indem das erste
Stromstell mittel 150 einen ersten Laststrom IL1 , der mittels des auf der
Recheneinheit CU ausgeführten Modellcodes in jedem Modell-Abtastintervall berechnet wird, an dem ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgeräts DUT bereitstellt.
Unter induktiven Lasten sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung
beispielsweise Elektromagnete, Drosselspulen oder Elektromotoren zu verstehen. Bei den induktiven Lasten sind im Gegensatz zu sogenannten„reinen Ohm-schen Lasten" die induktiven Widerstände nicht vernachlässigbar und müssen in der Regel insbesondere für die Berechnung der jeweiligen Strom-Zeit- Kennlinien, beispielsweise mittels der zugehörigen Modellcodes, herangezogen werden.
Die Simulation des elektrochemischen Energiespeichers erfolgt beispielsweise indem das zweite Stromstellmittel 160 einen ersten Quellenstromstrom IS1 , der mittels des auf der Recheneinheit CU ausgeführten Modellcodes in jedem Modell-Abtastintervall berechnet wird, an dem ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgeräts DUT bereitstellt.
Eine zumindest anteilige Rückgewinnung des ersten Laststromes IL1 aus dem ersten Quellenstrom IL1 oder eine zumindest anteilige Rückgewinnung des ersten Quellenstromes IL1 aus dem ersten Laststrom IL1 ist über die oben genannte elektrischen Verbindung der Anschlüsse für eine positive
Versorgungsspannung Vp+ oder die oben genannte elektrische Verbindung der Anschlüsse für die negative Versorgungsspannung Vp- ermöglicht. Eine Kombination der Simulation sowohl der induktiven Last als auch der Simulation des elektrochemischen Energiespeichers innerhalb der
Simulationsvorrichtung 100 ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil in vielen praxisnahen Simulationsszenarien für den Test eines Regelungsgeräts DUT in dessen simulierten technischen Umgebungen, der erste Laststrom IL1 und der erste Quellenstrom IS1 betragsmäßig angeglichen sind. Auch deshalb kann die beschriebene Art des„Recyclings" bzw. der Zurückgewinnung der elektrischen Energie, entweder aus dem ersten Stromstellmittel 150 für das zweite
Stromstell mittel 160 oder umgekehrt, mittels der Erfindung einen
Betriebskostenvorteil gegenüber einer Lösung aus dem Stand der Technik bedeuten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung sind das erste Stromstellmittel 150 und das zweite Stromstell mittel 160 identisch aufgebaut.
Ein Vorteil des identischen Aufbaus des ersten Stromstellmittels 150 und des zweiten Stromstellmittels 160 ist, dass eine Erstellung des Modellcodes und eine Modell-Parametrierung erleichtert ist, weil bei einer zusätzlichen Identität Umgebungsbedingungen und Führungsgrößen für die beiden Stromstellmittel 150, 160 eine Identität der ausgehenden Ströme, also beispielsweise des ersten Laststromes IL1 und des ersten Quellenstromes IS1 anzunehmen ist, soweit beispielsweise Temperatur-bedingte Abweichungen oder Bauelemente- Toleranzen vernachlässigbar sind.
Zudem erleichtert eine Identität des ersten Stromstellmittels 150 und des zweiten Stromstell mittels 160 deren Herstellung, Wartung und Reparatur. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Simulationsvorrichtung 100 sind das erste Stromstellmittel (150) und auf das zweite Stromstellmittel (160) derart zeitlich abgestimmt beeinflussbar, dass in einer zeitlich nacheinander folgenden N-fachen Abfolge von Modell-Abtastintervallen in jedem Modell-Abtastintervall der N-fachen Abfolge der erste Laststrom (IL1 ) in Abhängigkeit des ersten Quellenstroms (IS1 ) oder der erste Quellenstrom (IS1 ) in Abhängigkeit des ersten Laststroms (IL1 ) verändert ist. Die beschriebene zeitliche Abstimmung und die beschriebene Abhängigkeit des ersten Laststroms IL1 von dem ersten Quellenstrom IS1 oder die Abhängigkeit des ersten Quellenstroms IS1 von dem ersten Laststroms IL1 ist bevorzugt in dem Modellcode verankert, beispielsweise indem in die Berechnung der Führungsgröße zur Beeinflussung des ersten Stromstellmittels 150 eine Kenngröße des zweiten Stromstellmittel 160, bspw. eine Führungsgröße des zweiten Stromstellmittels 160 oder eine zweite
Messgröße 166, einfließt. In der Weiterbildung der Simulationsvorrichtung 100 ist die beschriebene zeitliche Abstimmung und die beschriebene Abhängigkeit des ersten Laststroms IL1 von dem ersten Quellenstrom IS1 oder die Abhängigkeit des ersten Quellenstroms IS1 von dem ersten Laststroms IL1 über N
Modellabtastintervalle hinweg hergestellt, wobei N eine ganzzahlige Anzahl ist, die zumindest 2 beträgt. Also ist N gleich oder größer 2. Ein Vorteil der
Weiterbildung der Erfindung ist eine Erhöhung der Genauigkeit gemäß der Modellcode-Vorgaben, bei der Einstellung des ersten Laststroms IL1 und/oder des ersten Quellenstroms IS1 , im Vergleich zu der Genauigkeit, die ohne beschriebene zeitliche Abstimmung und die beschriebene Abhängigkeit des ersten Laststroms IL1 von dem ersten Quellenstrom IS1 oder die Abhängigkeit des ersten Quellenstroms IS1 von dem ersten Laststroms IL1 festzustellen ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Simulationsvorrichtung weist zumindest ein weiteres Stromstellmittel 170, 180, 190, das identisch zum ersten Stromstellmittel (150) und/oder zum zweiten
Stromstellmittel (160) aufgebaut ist, auf.
Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt, wobei dieses Beispiel zur Simulation einer elektrochemischen Energiespeichers und eines Drei-Phasen-Drehstromotors geeignet ist. Die in Figur 3 dargestellte Simulationsvorrichtung 100 weist auf:
- ein weiteres - hier drittes - Stromstellmittel 170, dessen dritter
Verbindungspunkt 171 bevorzugt via dritter Spule L3 mit dem weiteren Versorgungsanschluss C2 verbunden ist;
- eine weiteres - hier viertes - Stromstellmittel 180, dessen vierter
Verbindungspunkt 181 bevorzugt via vierter Spule L4 mit dem weiteren - hier zweiten - Lastanschluss W2 verbunden ist;
- eine weiteres - hier fünftes - Stromstellmittel 190, dessen fünfter
Verbindungspunkt 191 bevorzugt via fünfter Spule L5 mit dem weiteren - hier dritten - Lastanschluss W3 verbunden ist.
Das weitere - hier dritte - Stromstellmittel 170 dient in der Simulation
beispielsweise dazu, einen zweiten Quellenstrom IS2 einem weiteren
Versorgungsanschluss C2 des Regelungsgeräts aufzuprägen, womit es im Zusammenspiel mit dem zweiten Stromstell mittel 160 ermöglicht ist, die zu simulierenden Ströme eines elektrochemischen Energiespeichers an dem ersten Versorgungsanschluss C1 und dem weiteren Versorgungsanschluss C2 in beiden Stromrichtungen nachzubilden. Vorteilhafterweise ist damit neben einer Betriebsart, bei der der simulierte elektrochemische Energiespeicher die simulierte induktive Last mit Elektroenergie versorgt, auch eine andere
Betriebsart, bei der beispielsweise eine sogenannte Rekuperation aufweisend eine Rückspeisung von Elektroenergie von der simulierten induktiven Last in den elektrochemischen Energiespeicher erfolgt, simulierbar. Einer der Vorteile des identischen Aufbaus der oder des weiteren Stromstellmittel/s 170, 180, 190 im
Vergleich zu dem ersten Stromstellmittel 150 und/oder zum dem zweiten
Stromstellmittel 160 ist darin zu sehen, dass eine Erstellung und/oder
Parametrierung des Modellcodes vereinfacht ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Simulationsvorrichtung 100 ist das weitere Stromstellmittel 170, 180, 190 mit einem weiteren Lastanschluss W2, W3 oder mit einem weiteren Versorgungsanschluss C2 elektrisch verbunden. Ob ein weiteres oder mehrere weitere Stromstellmittel 170, 180, 190 in der Simulationsvorrichtung 100 vorteilhaft einsetzbar sind, hängt vorrangig davon ab, wie viele stromführende - insbesondere leistungselektrische - Lastanschlüsse W1 , W2, W3 und/oder Versorgungsanschlüsse C1 , C2 des Regelungsgeräts DUT in der Summe mit der Simulationsvorrichtung 100 zu verbinden sind. Beispielsweise lassen sich mit einer Simulationsvorrichtung 100, die ein erstes Stromstell mittel 150 zum Bereitstellen eines ersten Laststromes IL1 für einen ersten Lastanschluss W1 und ein zweites Stromstellmittel 160 zum Bereitstellen eines ersten Quellenstromes IS1 für einen ersten Versorgungsanschluss C1 aufweist, viele denkbare Simulationsszenarien ausführen, in denen ein simulierter Gleichstrommotor mit lediglich einer einzigen simulierten
Motorwicklung, die von dem ersten Lastanschluss W1 zu dem Bezugspotential (bspw. dem Massepotential) geführt ist und ein simulierter elektrochemischen Energiespeicher dessen erste Elektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss C1 und dessen zweite Elektrode mit dem Bezugspotential (bspw.
Massepotential) verbunden ist, nachzubilden sind.
Eine Simulationsvorrichtung 100, die hingegen dazu vorgesehen ist, sowohl einen Drei-Phasen-Elektromotor als auch einen elektrochemischen
Energiespeicher im Rahmen einer Simulation nachzubilden, wobei die
Lastströme IL1 , IL2, IL3 also beispielsweise die drei Phasenströme des Drei-
Phasen-Elektromotors und die beiden Quellenströme IS1 , IS2 also
beispielsweise die Ströme über zwei Batterieelektroden vorteilhafterweise jeweils einzeln beeinflussbar sind, ist vorzugsweise, wie in Figur 3 dargestellt, mit insgesamt fünf Stromstellmitteln 150, 160, 170, 180, 190 ausgestattet.
In einer weiteren Ausführungsform der Simulationsvorrichtung 100 ist das erste Stromstell mittel 150 oder das zweite Stromstellmittel 160 mit dem weiteren Stromstell mittel 170, 180, 190 parallel schaltbar oder parallel geschaltet.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass in einer Simulations- Vorrichtung 100 beispielsweise ein außergewöhnlich hoher Laststrom IL1 , IL2,
IL3 oder ein außergewöhnlich hoher Quellenstrom IS1 , IS2 bereitstellbar ist, der beispielsweise einem Versorgungsanschluss C1 , C2 oder einem Lastanschluss W1 , W2 aufprägbar ist, obwohl in einem Ausführungsbeispiel der
Simulationsvorrichtung von jeweils nur einem einzigen Stromstellmittel 150, 160, 170, 180, 190 der außergewöhnlich hohe Laststrom IL1 , IL2, IL3 oder der außergewöhnlich hohe Quellenstrom IS1 , IS2 nicht darstellbar wäre. In einem solchen Fall ist eine Stromaddition der parallel geschalteten Stromstellmittel, also beispielsweise des ersten Stromstellmittel 150, das parallel zu dem weiteren Stromstell mittel 170 geschaltet ist oder des zweiten Stromstellmittel 160, dass parallel zu dem weiteren Stromstellmittel 180 geschaltet ist, ein Lösungsmittel um beispielsweise einen Maximalwert eines Laststroms IL1 , IL2, IL3 oder eines Quellenstroms IS1 , IS2 zu erzielen. Die letztgenannte Ausführungsform einer Simulationsvorrichtung 100 weist bevorzugt eine Schaltermatrix auf und die Schaltermatrix ist vorgesehen und eingerichtet, um eine Parallelschaltung des ersten Stromstellmittels 150 oder des zweiten Stromstellmittels 160 mit dem weiteren Stromstell mittel 170, 180, 190 herzustellen.
Der Vorteil dieser Ausführungsform einer Simulationsvorrichtung 100 besteht insbesondere darin, dass diese Parallelschaltung flexibel und in sogenannter Echtzeit sowohl aufgebaut als auch wieder abgebaut werden kann, also beispielsweise wieder der Ursprungszustand, der vor einem Aufbau der
Parallelschaltung vorgelegen hatte, danach wiederhergestellt werden kann. Falls die Schaltmittel der Schaltermatrix entsprechend spezifizierte Schaltzeiten aufweisen, ist es beispielsweise ermöglicht, in einem Modell-Abtastintervall eine der oben genannten Parallelschaltungen zwecks selektiver Stromerhöhung an einem Lastanschluss W1 , W2, W3 oder an einem Versorgungsanschluss C1 , C2 herzustellen und in einem direkt nachfolgenden Modell-Abtastintervall die letztgenannte Parallelschaltung beispielsweise zwecks„gleichmäßiger"
Zuordnung der Stromstell mittel 150, 160,170, 180, 190 auf die Last-und
Versorgungsanschlüsse C1 , C2, W1 , W2, W3 wieder aufzulösen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Simulations- Vorrichtung 100 ist diese zur Simulation eines an das Regelungsgerät DUT angeschlossenen Elektromotors vorgesehen und eingerichtet.
Die Simulation eines Elektromotors erfolgt bevorzugt dadurch, dass an dem/den Lastanschluss/Lastanschlüssen W1 , W2, W3 des Regelungsgerätes DUT von dem/den jeweils dem/den Lastanschluss/Lastanschlüssen W1 , W2, W3 zugeordneten Stromstellmittel/n 150, 180, 190 via Modellcode berechnete/r und dem/den Lastanschluss/Lastanschlüssen W1 , W2, W3 zugeordnete/r
Laststrom/Lastströme IL1 , IL2, IL3 eingestellt werden. Der/die
Laststrom/Lastströme IL1 , IL2, IL3 sind den„echten" Lastströmen mittels des Modellcodes nachgebildet, dass der/die Laststrom/Lastströme IL1 , IL2, IL3 jeweils dem/den entsprechenden Elektromotor-Wicklungs-Strom/-Strömen entspricht, der/die in einem realen Elektromotor fließen würde/n, wenn der/die Elektromotor-Wicklungs-Strom/-Ströme von dem Regelungsgerät DUT
bereitgestellt würde/n. Einer der Vorteile dieser Ausgestaltung der
Simulationsvorrichtung 100 ist, dass durch einen Austausch des Modellcodes quasi per Knopfdruck jeweils ein unterschiedlicher Elektromotor simulierbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Simulationsvorrichtung 100 ist eine Rückspeisung von Strömen aus der Simulationsvorrichtung 100 heraus zu einem Netzspannungsanschluss 500 unterbunden oder im Wesentlichen unterbunden. Ungeachtet dessen, ob beispielsweise der Netzspannungsanschluss 500 ein Anschluss an ein öffentliches Drei-Phasen-Drehstromnetz oder Einphasen-Netz ist, ist aufgrund des Unterbindens der letztgenannten Rückspeisung ein
Kostenvorteil für die Anschaffung und das Betreiben einer Simulations- Vorrichtung 100 zu erzielen, wenn für einen Kostenvergleich eine altbekannte
Simulationsvorrichtung mit einer nennenswerten Rückspeisung in ein öffentliches Stromnetz herangezogen würde, denn eine derartige Rückspeisung ist üblicherweise strengen Auflagen der Elektroenergieversorgungs-Unternehmen, unterworfen, die das öffentliche Stromversorgungsnetz bereitstellen.
Insbesondere bezüglich der Frequenz, der Phasenlage und der
Spannungsamplituden muss eine Kompatibilität des Rückspeisestroms mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz gewährleistet sein, was gegebenenfalls hohe Zusatz-Investitionen erfordern würde, falls die genannte Rückspeisung aus der Simulationsvorrichtung heraus nicht unterbunden oder zumindest unter einem zulässigen Maximalgrenzwert gehalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Simulationsvorrichtung 100 ist der Modellcode eingerichtet, um eine Änderung sowohl des ersten Laststromes IL1 als auch des ersten Quellenstromes IS1 in einem gleichen Modell-Abtastintervall auszulösen. Der Vorteil des Auslösens der Änderung sowohl des ersten
Laststromes IL1 als auch des ersten Quellenstromes IS1 in einem gleichen Modell-Abtastintervall besteht darin, dass ein realitätsnaheres Nachbilden des ersten Laststromes IL1 und des ersten Quellenstromes IS1 ermöglicht ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Recheneinheit CU der Simulationsvorrichtung 100 einen Mikroprozessor und/oder einen FPGA, wobei der Mikroprozessor und/oder der FPGA zum Steuern des ersten
Stromstel Im ittels 150 und/oder des zweiten Stromstellmittels 160 vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn vergleichsweise häufig wechselnde und vergleichsweise zeitlich unproblematische Modellcode-Teile in dem
Mikroprozessor gerechnet werden und vergleichsweise weniger häufig
wechselnde und zeitlich problematische Modellcode-Teile in dem FPGA ausgeführt werden. Eine Aufteilung der Modellcode-Ausführung auf einen Mikroprozessor und einen FPGA bietet eine vorteilhafte Nutzung der Stärken einerseits des Mikroprozessors, nämlich insbesondere dessen Flexibilität einer Implementierung von Modellcode-Änderungen, und andererseits des FPGA, insbesondere dessen besonders hoher Geschwindigkeit bei einer Ausführung grundlegender logischer Funktionen und der besonders guten Unterstützung einer Parallelverarbeitung der grundlegenden logischen Funktionen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Simulationsvorrichtung 100 ist vorgesehen, dass das erste Stromstell mittel 150 und/oder das zweite Stromstellmittel 160 jeweils einen Leistungs-FET oder einen Siliziumcarbid-FET aufweist oder aufweisen.
Besonders bevorzugt sind der erste Halbleiterschalter 153, der zweite
Halbleiterschalter 154, der dritte Halbleiterschalter 163 und der vierte
Halbleiterschalter 164 als Leistungs-Feldeffekttransistoren, abgekürzt Leistungs- FETs oder als Siliziumcarbid-Feldeffekttransistoren, abgekürzt Siliziumcarbid- FETs ausgestaltet. Vergleichsversuche mit unterschiedlichen Schaltmitteln, insbesondere unterschiedlichen Halbleiterschaltern, zeigen, dass eine
Simulationsvorrichtung 100 der erfindungsgemäßen Art besonders zuverlässig und besonders realitätsnah einen Quellenstrom IS1 , IS2 und/oder einen
Laststrom IL1 , IL2, IL3 bereitstellt, wenn Leistungs-FETs oder Siliciumcarbid- FETs als Halbleiterschalter zur Steuerung einerseits des ersten und/oder des zweiten Quellenstroms IS1 und/oder IS2 und/oder andererseits des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Laststroms IL1 und/oder IL2 und/oder IL3 in der Simulationsvorrichtung 100 vorgesehen sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Modellcode innerhalb eines m-ten Modell-Abtastintervalles sowohl auf das erste Stromstellmittel 150 als auch auf das zweite Stromstellmittel 160 ändernd einwirkt, und damit sowohl der erste Laststrom IL1 als auch der erste Quellenstrom IS1 innerhalb des m-ten Modell-Abtastintervalls geändert werden.
Die bereits beschriebene bevorzugte zeitlichen Abstimmung und die bevorzugte gegenseitige Abhängigkeit einer Änderungen des ersten Laststromes IL1 und des ersten Quellenstroms IS1 ist, wie bereits beschrieben, bevorzugt in dem Modellcode verankert, beispielsweise indem in dem m-ten Modell-Abtastintervall in die Berechnung der Führungsgröße zur Beeinflussung des ersten
Stromstellmittels 150 eine Kenngröße des zweiten Stromstellmittel 160, bspw. eine Führungsgröße des zweiten Stromstellmittels 160 oder eine zweite
Messgröße 166, einfließt. Besonders vorteilhaft ist die letztgenannte
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil damit eine Erhöhung der Genauigkeit und Realitätsnähe gemäß der Modellcode-Vorgaben erzielbar ist, bei der Einstellung des ersten Laststroms IL1 und/oder des ersten
Quellenstroms IS1 , im Vergleich zu einer Genauigkeit und Realitätsnähe, die ohne die beschriebene zeitliche Abstimmung und gegenseitige Abhängigkeit der Änderung des ersten Laststroms IL1 und/oder des ersten Quellenstroms IS1 festzustellen ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird in dem m-ten Modell- Abtastintervall ein Ausgang des ersten Stromstellmittels 150 oder ein Ausgang des zweiten Stromstellmittels 160 mit einem Ausgang zumindest eines weiteren Stromstell mittels 170, 180, 190 parallel geschaltet.
Ein Vorteil dieser Weiterbildung des Verfahrens ist, dass in einer
Simulationsvorrichtung 100 innerhalb des m-ten Modell-Abtastintervalls beispielsweise ein außergewöhnlich hoher Laststrom IL1 , IL2, IL3 oder ein außergewöhnlich hoher Quellenstrom IS1 , IS2 bereitstellbar ist, der beispielsweise einem Versorgungsanschluss C1 , C2 oder einem Lastanschluss W1 , W2, W3 beaufschlagbar ist.
Der Begriff der Parallelschaltung zweier Stromstellmittel ist im Rahmen der vorliegenden Lehre so zu verstehen, dass die Ausgänge der beiden
Stromstell mittel für einen vordefinierten oder berechneten Zeitraum miteinander verbunden werden und damit eine Summenstrom verfügbar wird.
An folgendem Beispiel lässt sich die Parallelschaltung zweier Stromstell mittel noch deutlicher erklären: Es ist in diesem Beispiel vorgesehen, das erste
Stromstell mittel 150 mit einem weiteren - hier vierten - Stromstellmittel 180 parallel zu schalten. Hierzu werden die Ausgänge dieser beiden Stromstellmittel 150 und 180 verbunden, also folglich die Summe des ersten Laststroms IL1 und des zweiten Laststroms IL2 gebildet. Der damit erzeugte
Summenstrom = IL1 + IL2 wird in diesem Beispiel mittels einer (nicht
dargestellten) Schaltermatrix mit einem ersten Lastanschluss W1 oder mit einem zweiten Lastanschluss W2 verbunden. Hier endet dieses Beispiel.
Eine Stromaddition mittels Parallelschaltung des ersten Stromstell mittel 150 oder des zweiten Stromstell mittels 160 mit einem weiteren Stromstellmittel 170, 180, 190 ermöglicht es, innerhalb des entsprechenden m-ten Modellabtastintervalls vorteilhafterweise einen höheren Maximalwert eines Laststroms IL1 , IL2, IL3 oder eines Quellenstroms IS1 , IS2 zu erzielen als ohne die genannte
Parallelschaltung. Selbstverständlich ist die Weiterbildung des Verfahrens auf mehrere Modellabtastintervalle anwendbar.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels des auf der Recheneinheit CU ausgeführten
Modellcodes
- sowohl eine erste Führungsgröße zur Beeinflussung des ersten
Stromstellmittels 150 in Abhängigkeit einer an einem ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgerätes DUT gemessenen ersten Messgröße 156 berechnet wird,
- als auch eine zweite Führungsgröße zur Beeinflussung des zweiten
Stromstellmittels 160 in Abhängigkeit einer an einem ersten
Versorgungsanschluss C1 des Regelungsgerätes DUT gemessenen zweiten Messgröße 166 berechnet wird, und nachfolgend - der von dem ersten Stromstellmittel 150 bereitgestellte und mittels der erster Führungsgröße beeinflusste erste Laststrom IL1 an einen ersten Lastanschluss W1 des Regelungsgerätes DUT aktualisiert wird,
- und der von dem zweiten Stromstellmittel 160 bereitgestellte und mittels der zweiten Führungsgröße beeinflusste erste Quellenstrom IS1 an einen ersten
Versorgungsanschluss C1 des Regelungsgerätes DUT aktualisiert wird. Die hier beschriebene Berücksichtigung der ersten Messgröße 156 und der zweiten Messgröße 166 mittels des Modellcodes führt vorteilhafterweise zu einer verbesserten Berechenbarkeit der ersten und zweiten Führungsgröße und damit zu einer vergleichsweise schnellen und exakten Bereitstellung des ersten
Laststromes IL1 und des ersten Quellenstromes IS1 , also letztendlich zu einer besonders realitätsnahen Simulation der peripheren Schaltungsanordnung des Regelungsgerätes DUT. Besonders bevorzugt werden das erfindungsgemäße Verfahren und die
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer
erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung 100 oder mittels einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung 100 ausgeführt.
Hierdurch sind die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Ausführungsformen und
Weiterbildungen kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Simulationsvorrichtung (100) zur Simulation einer an ein Regelungsgerät (DUT) anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung, wobei die Simulationsvorrichtung (100) mit dem Regelungsgerät elektrisch verbunden oder elektrisch verbindbar ist, und die Simulationsvorrichtung (100) ein erstes Stromstellmittel (150) zur Beeinflussung eines ersten Laststromes (IL1 ) und
ein zweites Stromstell mittel (160) zur Beeinflussung eines ersten
Quellenstromes (IS1 ) aufweist,
wobei die Simulationsvorrichtung (100) des Weiteren eine Recheneinheit (CU) und ein auf der Recheneinheit (CU) ausführbaren Modellcode umfasst, und
mittels des von dem Modellcode steuerbaren erster Stromstellmittels (150) der erste Laststrom (IL1 ) einstellbar ist, und
der erste Laststrom (IL1 ) an einen ersten Lastanschluss (W1 ) des
Regelungsgerätes (DUT) geführt ist, und
mittels des von dem Modellcode steuerbaren zweiten Stromstellmittels (160) der erste Quellenstrom (IS1 ) einstellbar ist, und
der erste Quellenstrom (IS1 ) an einen ersten Versorgungsanschluss (C1 ) des Regelungsgerätes (DUT) geführt ist, und
der Modellcode vorgesehen und eingerichtet ist, damit per Einflussnahme des Modellcodes auf das erste Stromstellmittel (150) und auf das zweite Stromstellmittel (160)
der erste Laststrom (IL1 ) zumindest anteilig aus dem ersten Quellenstrom (IS1 ) zurückgewinnbar ist, und/oder
der erste Quellenstrom (IS1 ) zumindest anteilig aus dem ersten Laststrom (IL1 ) zurückgewinnbar ist.
2. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch kennzeichnet, dass die simulierte periphere Schaltungsanordnung sowohl ein dem ersten
Stromstellmittel (150) zugeordnetes simuliertes Abbild einer ersten induktiven Last als auch ein dem zweiten Stromstellmittel (160)
zugeordnetes simuliertes Abbild eines elektrochemischen
Energiespeichers umfasst, wobei ein Anschluss für eine Bereitstellung einer positiven Versorgungsspannung (Vp+) sowohl mit dem ersten Stromstellmittel (150) als auch mit dem zweiten Stromstellmittel (160) verbunden ist, und ein Anschluss für eine Bereitstellung einer negativen Versorgungsspannung (Vp-) sowohl mit dem ersten Stromstellmittel (150) als auch mit dem zweiten Stromstellmittel (160) verbunden ist.
Simulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromstellmittel (150) und das zweite Stromstellmittel (160) identisch aufgebaut sind.
Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromstell mittel (150) und auf das zweite Stromstellmittel (160) derart zeitlich abgestimmt beeinflussbar sind, dass in einer zeitlich nacheinander folgenden N-fachen Abfolge von Modell- Abtastintervallen in jedem Modell-Abtastintervall der N-fachen Abfolge der erste Laststrom (IL1 ) in Abhängigkeit des ersten Quellenstroms (IS1 ) oder der erste Quellenstrom (IS1 ) in Abhängigkeit des ersten Laststroms (IL1 ) verändert ist.
Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, dass die Simulationsvorrichtung zumindest ein weiteres Stromstellmittel (170, 180, 190), das identisch zum ersten Stromstellmittel (150) und/oder zum zweiten Stromstellmittel (160) aufgebaut ist, aufweist.
Simulationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Stromstellmittel (170, 180, 190) mit einem weiteren
Lastanschluss (W2, W3) oder mit einem weiteren Versorgungsanschluss (C2) elektrisch verbunden ist.
Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch kennzeichnet, dass das erste Stromstellmittel (150) oder das zweite Stromstellmittel (160) mit dem weiteren Stromstellmittel (170, 180, 190) parallel schaltbar oder parallel geschaltet ist.
8. Simulationsvornchtung nach Anspruch 7, dadurch kennzeichnet, dass die Simulationsvorrichtung eine Schaltermatrix aufweist und die
Schaltermatrix vorgesehen und eingerichtet ist, eine Parallelschaltung des ersten Stromstellmittels (150) oder des zweiten Stromstellmittels (160) mit dem weiteren Stromstell mittel (170, 180, 190) herzustellen.
9. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Simulationsvorrichtung (100) zur Simulation eines an das Regelungsgerät (DUT) angeschlossenen Elektromotors vorgesehen und eingerichtet ist.
10. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Rückspeisung von Strömen aus der
Simulationsvorrichtung (100) heraus zu einem Netzspannungsanschluss (500) unterbunden oder im Wesentlichen unterbunden ist.
1 1 . Simulationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellcode eingerichtet ist, um eine Änderung sowohl des ersten Laststromes (IL1 ) als auch des ersten Quellenstromes (IS1 ) in einem gleichen Modell-Abtastintervall auszulösen.
12. Simulationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit einen Mikroprozessor und/oder einen FPGA umfasst, wobei der Mikroprozessor und/oder der FPGA zum Steuern des ersten Stromstellmittels (150) und/oder des zweiten
Stromstellmittels (160) vorgesehen ist.
13. Simulationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stromstell mittel (150) und/oder das zweite Stromstellmittel (160) jeweils einen Leistungs-FET oder einen
Siliziumcarbid-FET aufweist oder aufweisen.
14. Verfahren zur Simulation einer an ein Regelungsgerät (DUT)
anschließbaren peripheren Schaltungsanordnung, wobei das
Regelungsgerät (DUT) mit einer Simulationsvorrichtung (100) zur
Simulation der peripheren Schaltungsanordnung elektrisch verbunden wird, und die Simulationsvorrichtung (100) umfasst:
- ein erstes Stromstellmittel (150) zur Beeinflussung eines ersten Laststromes (IL1 ), der durch einen ersten Lastanschluss (W1 ) des Regelungsgerätes (DUT) fließt,
- ein zweites Stromstellmittel (160) zur Beeinflussung eines ersten Quellenstromes (IS1 ), der durch einen ersten
Versorgungsanschluss (C1 ) des Regelungsgerätes (DUT) fließt,
- eine Recheneinheit (CU), auf der ein Modellcode ausgeführt wird, und wobei mittels dem Modellcode und dem von dem Modellcode gesteuerten ersten Stromstellmittel (150) der erste Laststrom (IL1 ) eingestellt wird, und
mittels des von dem Modellcode und dem von dem Modellcode
gesteuerten zweiten Stromstellmittels (160) der erste Quellenstrom (IS1 ) eingestellt wird, wobei der Modellcode das erste Stromstellmittels (150) und das zweite Stromstellmittel (160) derart steuert, dass
- der erste Laststrom (IL1 ) zumindest anteilig aus dem ersten
Quellenstrom (IS1 ) zurückgewonnen wird, und/oder
- der erste Quellenstrom (IS1 ) zumindest anteilig aus dem ersten
Laststrom (IL1 ) zurückgewonnen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der
Modellcode innerhalb eines m-ten Modell-Abtastintervalles sowohl auf das erste Stromstellmittel (150) als auch auf das zweite Stromstellmittel (160) ändernd einwirkt, und damit sowohl der erste Laststrom (IL1 ) als auch der erste Quellenstrom (IS1 ) innerhalb des m-ten Modell-Abtastintervalles geändert werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem m-ten Modell-Abtastintervall ein Ausgang des ersten Stromstellmittels (150) oder ein Ausgang des zweiten Stromstellmittels (160) mit einem Ausgang zumindest eines weiteren Stromstellmittels (170, 180, 190) parallel geschaltet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des auf der Recheneinheit (CU) ausgeführten Modellcodes
- sowohl eine erste Führungsgröße zur Beeinflussung des ersten
Stromstellmittels (150) in Abhängigkeit einer an einem ersten
Lastanschluss (W1 ) des Regelungsgerätes (DUT) gemessenen ersten Messgröße (156) berechnet wird,
- als auch eine zweite Führungsgröße zur Beeinflussung des zweiten Stromstellmittels (160) in Abhängigkeit einer an einem ersten
Versorgungsanschluss (C1 ) des Regelungsgerätes (DUT) gemessenen zweiten Messgröße (166) berechnet wird, und nachfolgend
- der von dem ersten Stromstellmittel (150) bereitgestellte und mittels der erster Führungsgröße beeinflusste erste Laststrom (IL1 ) an einen ersten Lastanschluss (W1 ) des Regelungsgerätes (DUT) aktualisiert wird,
- und der von dem zweiten Stromstell mittel (160) bereitgestellte und mittels der zweiten Führungsgröße beeinflusste erste Quellenstrom (IS1 ) an einen ersten Versorgungsanschluss (C1 ) des Regelungsgerätes (DUT) aktualisiert wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgeführt wird.
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