Leistungselektronik in Elektroautos sicher testen

Alexander Denk, Teamleiter Konstruktion Elektrik, im Interview

Die Leistungselektronik in Elektro- und Hybridfahrzeugen verbessert sich ständig. Um auf diesem
hohen Niveau wettbewerbsfähig zu bleiben, benötigen Hersteller nicht nur Anlagen, mit denen sie
die einzelnen Bauteile – Inverter, Charger und DC/DC-Converter – sicher montieren, sondern auch
testen können. Wie das in der Praxis am besten funktioniert und warum Sonplas dafür der ideale
Partner, erklärt Herr Denk bei Sonplas.

Herr Denk, was versteht man im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen unter Leistungselektronik?

Alexander Denk: Mit der Leistungselektronik wird der gesamte Antrieb eines Elektroautos gesteuert. Sie besteht aus drei Bauteilen – die erste Komponente
ist der Inverter. Er wandelt die Gleichspannung der Batterie in Wechselspannung
für den Motor um. Die zweite Komponente ist der AC-Charger oder besser: die Ladeeinheit. Beim Tanken an der Steckdose oder der Wallbox fließt Wechselstrom,
den dieses Bauteil in Gleichstrom wandelt und so die Batterie lädt. Dazu kommt
noch der DC/DC-Converter, der zum Beispiel das 12-V-Bordnetz versorgt.

Was raten Sie Entscheidungsträgern der Hersteller, Original Equipment Manufacturer (OEM) und First-Tier-Lieferanten im Bereich Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge?

Alexander Denk: Eine Zusammenarbeit mit Sonplas, versteht sich (lacht). Aber im Ernst, wir liefern
Montage- und Prüfanlagen für exakt diese Sparte. So planen und realisieren wir beispielsweise Linien-
konzepte vom Musterbau bis zu Hochleistungsanlagen mit Zykluszeiten zwischen 20 und 300 Sekunden
für Inverter, Konverter und On-Board-Charger. Anwender können darauf typische Werkstücke von zwei
bis 25 Kilogramm fertigen.

Also Anlagen für die Fertigung von Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen von der Stange?

Alexander Denk: Es kommt darauf an. Je nach Projektanforderung greifen die Fachleute dabei entweder
auf ein breites Portfolio an bewährten und zum Teil patentierten Prozessen zurück – oder sie entwickeln
gemeinsam mit den Kunden eigene Abläufe als maßgeschneiderte Lösung. Damit können sie ihre Pro-
duktionskosten deutlich senken. Aufgrund unserer umfangreichen Erfahrung in der Elektronikfertigung
entwickeln wir in unserem eigenen Labor zum Beispiel auch Endstufen und fertigen diese. Und natürlich
unterstützen wir zudem beim Prototypenbau, falls die Unternehmen nicht die erforderlichen Anlagen
haben, um diese inhouse herzustellen.

Und dann gilt es, die Bauteile für die Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen zu testen?

Alexander Denk: Genau. Dabei gilt es, diesen Vorgang auf die jeweilige Anforderung genau anzupassen. Für die Hersteller bedeutet dies jedoch oft einen enormen Auf-
wand. Dazu kommt, dass die meisten Anbieter von Montageanlagen das Prüfen
selbst nicht anbieten: Entweder fehlt die Kompetenz – oder sie haben nicht das
nötige Equipment, die erforderlichen Tests komplett abzudecken. Wir haben uns
hier in kurzer Zeit ein umfangreiches Know-how angeeignet und mittlerweile einige sehr erfolgreiche Referenzen vorzuweisen.

Kunden vertrauen unseren Spezialisten, vertrauen auf ihre Erfahrung, ihre umfangreiche Beratung und auf ihre Einschätzungen. Sie erhalten damit
einen klaren Mehrwert. Denn wir bieten Anwendern enorme Sicherheit
in den oft unsicheren Entwicklungsphasen.

Welche Tests für die Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen bietet Sonplas an?

Alexander Denk: Eine wichtige Sparte sind unsere Prüfanlagen für den End-of-Line-Bereich (EOL).
Deren Besonderheit besteht darin, dass die Anlagen modular aufgebaut sind. Damit passen wir diese
flexibel an die individuellen Bedürfnisse an: Entsprechend der Anwendung, und was geprüft werden
soll, setzen unsere Fachleute die Module aus dem Baukasten spezifisch zusammen. Für unterschiedliche
Produkttypen erhält der Kunde eine Basismaschine mit dem passenden Testadapter – und spart so
deutliche Kosten.

Worauf kann ich die Leistungselektronik mit den einzelnen Modulen testen?

Alexander Denk: Je nach Bedarf kann die Maschine etwa die Dichtheit prüfen – in der Regel erfolgt
dies mit Luft – oder sie übernimmt das sogenannte Flashen, um Kalibrierdaten zu hinterlegen oder das
Betriebssystem aufzuspielen. Mit der Prüfstation testen Kunden zudem die Kommunikation etwa über
CAN oder Ethernet. Letztendlich kann der Kunde damit Ströme, Leistungen und Wirkungsgrade
messen und berechnen sowie indirekt die Drehzahl erfassen.

Die EOL-Prüfanlagen für die Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen sind eine Sparte. Welche weiteren hat Sonplas im Portfolio?

Alexander Denk: Wir bieten den Herstellern auch zuverlässige Lösungen für Safe-Launch-Tests – ‚
genauso wie für die Kalt- und Warm-Prüfung von Platinen oder ganzen Baugruppen. Denn, damit
Elektro- und Hybridfahrzeuge mit einem sehr guten Wirkungsgrad fahren, ist nicht nur die Temperatur
des Elektromotors und der Batterie in einem optimalen Bereich zu halten, sondern auch die der Leistungs-
elektronik. Mit unseren Anlagen können Betreiber Tests zwischen minus 40 und plus 90 Grad Celsius fahren.
Zudem sind sie in der Lage, verschiedene Umgebungsbedingungen zu simulieren. Umsetzen lassen sich auch
Langzeit-Tests vor der geplanten Serienfertigung. Dabei werden die Produkte dann noch intensiver geprüft.

Ist das Testen der Leistungselektronik nicht gefährlich?

Alexander Denk: Das hängt von Prüfanlage und Anwender ab. Elektrofahrzeuge haben zwei Bordnetze – das Hochvolt-
netz für den Antriebsstrang und das Niedervoltnetz für die Bordelektronik wie Radio, Beleuchtung, Scheibenwischer oder
auch den Tempomat. Hierfür ist ein Hochvolt-Akku verbaut, der über den Konverter die 12-Volt-Batterie für die Bordelektronik speisen kann. Dessen Spannung wurde in der Vergangenheit immer höher. Anfangs waren es nur 48, inzwischen sind es
800 Volt. Der Trend geht sogar zu 1.200 Volt. Denn bei gleicher Stromstärke wird immer mehr Leistung gefordert. Mit den aktuellen und den zukünftig noch höheren Spannungswerten müssen die Anlagen sicher umgehen können. Viele Unter-
suchungen erfolgen direkt an den spannungsführenden Bauteilen der Leistungselektronik. Sind die Prüflinge also getestet, muss sichergestellt sein, dass sie nicht mehr unter Spannung stehen, wenn der Werker die Schutztür öffnet. Das könnte
für ihn sonst lebensgefährlich sein.

Was macht Sonplas zur Risikominimierung seiner Prüfanlagen für Leistungselektronik?

Alexander Denk:Wir bieten ein Konzept, das potenzielle Unfallursachen abdeckt und Risiken mindert. Das fängt
schon bei der Auswahl der geeigneten Installationsmaterialien wie Kabel, Klemmen, weiterer Bauteile und Materialien
an. Genauso sicher wie alle Spannungsbereiche handhaben die Anlagen auch Spitzenströme über 800 Ampere und
damit entsprechend hohe Leistungen.

Was macht Sonplas im Bereich Leistungselektronik Ihrer Meinung nach besser als andere?

Alexander Denk: Wir bieten Montage und Testen aus einer Hand. Damit führen wir in unseren Lösungen beide Disziplinen effizient zusammen. Dank unseres bewährten Netzwerks an ausgewählten und zuverlässigen Partnern erhalten Anwender
bei uns das komplette Paket und haben nur einen Ansprechpartner. Das verkürzt Wege, reduziert den organisatorischen Aufwand – und vermeidet Schnittstellenprobleme. Wir schulen unsere Kunden natürlich auch an unseren Anlagen.
Und mit dem modularen Aufbau passen wir die Prüfstände zudem an die steigenden Anforderungen oder an geänderte Produkte an.