Stellen Sie sich vor, Sie könnten ein Bauteil nicht nur mit Strom versorgen, sondern auch genau messen, wie es Energie zurückgibt – so wie es im echten Betrieb passieren würde. Genau das ermöglichen bidirektionale DC-Stromversorgungen. Sie bilden das Herzstück einer neuen Testgeneration und eröffnen so in der Automobil- und Luftfahrtindustrie bahnbrechende Möglichkeiten.

Indem diese Geräte nicht nur Energie liefern, sondern auch wieder aufnehmen können, simulieren sie realitätsnahe Szenarien, die mit herkömmlichen Systemen unmöglich wären. Das macht Tests effizienter, aussagekräftiger und kostengünstiger

In diesem Artikel tauchen wir tief in diese Technologie ein. Wir zeigen Ihnen nicht nur, wie sie in Fahrzeugen und Flugzeugen genutzt wird, sondern verraten Ihnen auch, worauf Sie als Ingenieur achten müssen, um das Beste aus ihr herauszuholen.

Grundlagen: Was eine bidirektionale DC-Stromversorgung kann

Eine bidirektionale DC-Stromversorgung ist ein echtes 2-in-1-Kraftpaket. Sie vereint die Funktionen eines herkömmlichen Netzteils und einer elektronischen Last in einem einzigen Gerät. Das bedeutet, das System kann blitzschnell zwischen dem Stromliefermodus und dem Stromaufnahmemodus umschalten – ganz ohne separates Gerät.

Das Besondere daran: Die zurückgewonnene Energie wird nicht einfach in Wärme umgewandelt. Stattdessen speist das System sie mit einer beeindruckenden Effizienz von bis zu 96 % ins Stromnetz zurück. Das spart Ihnen nicht nur Platz im Labor, sondern auch erhebliche Energiekosten.

Warum bidirektionale Stromversorgungen in Labortests unverzichtbar sind

Die Regeneration von Energie ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern schont auch Ihr Budget. Die Möglichkeit, Energie zurückzuspeisen, reduziert die Stromkosten erheblich.

Ein weiterer, noch größerer Vorteil für Testsysteme liegt in der nahtlosen Umschaltung zwischen Lade- und Entladebetrieb. Diese Funktion ist bei Batterietests und der Prüfung von Leistungselektronik absolut entscheidend.

Die regenerative Energie beschleunigt die Versuchsabläufe und verleiht den Tests eine Flexibilität, die mit herkömmlichen Geräten nicht erreicht werden kann. Das macht sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Batterie-, Inverter- und BOBC-Tests.

Anwendungen in der Automobilindustrie

In der rasanten Welt der E-Mobilität sind bidirektionale DC-Stromversorgungen unverzichtbar geworden. Sie sind entscheidend für die Entwicklung und Qualitätssicherung von Fahrzeugen, weil sie realitätsnahe Tests überhaupt erst möglich machen.

Batterie- und On-Board-Ladegeräte (BOBC)

Für die Prüfung von Batterien und On-Board-Ladegeräten (BOBCs) sind bidirektionale Stromversorgungen unerlässlich. Produkte wie die Chroma 62000D-Serie oder die Kikusui PXB-Serie können komplette Lade- und Entladezyklen simulieren, und zwar für ein breites Spektrum von 12V- bis zu hochmodernen 800V-Systemen.

• Realitätsnahe Simulation: Durch die blitzschnelle Umschaltung zwischen Laden und Entladen können Sie die dynamischen Fahrszenarien eines Elektrofahrzeugs perfekt nachbilden – von der starken Beschleunigung über die Energierückgewinnung beim Bremsen bis zum Ladevorgang.
• Blitzschnelle Umschaltung: Mit einer Umschaltzeit von unter 1,5 ms können selbst schwierigste Prüfungen reibungslos durchgeführt werden, ohne dass ein separates Gerät verwendet werden muss.
• Normenkonformität: Diese Geräte sind zudem so konzipiert, dass sie wichtige Branchenstandards wie LV123 & LV148 erfüllen. Das gibt Ingenieuren die Sicherheit, dass ihre Tests den strengen Anforderungen der Automobilhersteller genügen.

DC-DC-Konverter & Inverter-Tests

Auch bei der Prüfung von DC-DC-Konvertern und Invertern sind bidirektionale Stromversorgungen besonders wichtig. Diese Komponenten sind die Leistungswandler, die den Energiefluss im Fahrzeug steuern.

• Effizienz und Kostenersparnis: Indem die Energie während des Tests zurück ins Netz gespeist wird, reduzieren Sie nicht nur Ihre Energiekosten. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass auch die Wärmeentwicklung im Labor sinkt, was Ihre Testumgebung stabiler und zuverlässiger macht.
• Präzise Simulation: Dank der Regeneration aktiver Stromflüsse kann ein Testsystem die komplexen Bedingungen im Fahrzeug exakt nachstellen. So können Sie zum Beispiel simulieren, wie ein DC-DC-Konverter die Hochvolt-Batterie mit der Niedervolt-Bordnetz-Batterie verbindet oder wie ein Inverter den Energiefluss für den Antrieb steuert. Diese präzise Nachbildung ist der Schlüssel, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Leistungswandler unter realistischen Bedingungen sicherzustellen.

Anwendungen in der Luftfahrtindustrie

Während die Automobilindustrie auf Elektromobilität setzt, revolutionieren in der Luftfahrt die sogenannten „More Electric Aircraft“ (MEA) die Art und Weise, wie Flugzeuge gebaut werden. Das Ziel ist es, hydraulische, pneumatische und mechanische Systeme durch elektrische zu ersetzen, um Gewicht zu sparen und so die Effizienz zu steigern. Genau hier kommen bidirektionale DC-Stromversorgungen ins Spiel.

Testing von Hochleistungselektronik und Subsystemen

Bidirektionale Stromversorgungen sind auch hier unentbehrlich, um die elektrischen Komponenten in modernen Flugzeugen zu testen.

• Stromverteiler und Wechselrichter: In Flugzeugen sind die Anforderungen an die Stromverteilung extrem hoch. Die Stromversorgungen simulieren die komplexen und schnellen Lastwechsel, die während des Fluges auftreten, und testen, wie Wechselrichter und andere Stromverteiler darauf reagieren.
• Energiespeicher: Mit dem Aufkommen von elektrischen Flugzeugen müssen Energiespeicher wie Batterien oder Superkondensatoren rigoros getestet werden. Bidirektionale Stromversorgungen können die Lade- und Entladezyklen exakt nachbilden, um die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit dieser Systeme zu überprüfen.
• Gewichtseinsparung: Durch die kompakte Bauweise und die hohe Effizienz der bidirektionalen Systeme können Entwickler im Testlabor realitätsnahe Bedingungen schaffen, die zur Entwicklung leichterer und effizienterer Komponenten beitragen. Jedes gesparte Kilogramm im Flugzeug führt zu einer deutlichen Senkung des Kraftstoffverbrauchs.

Unverzichtbar bei Flugtests

Die präzise und schnelle Reaktion der bidirektionalen Stromversorgungen ist bei Flugtests von entscheidender Bedeutung. Sie können dynamische Szenarien wie den Start, den Reiseflug und die Landung simulieren, die mit einem statischen Netzteil unmöglich wären. Ihre Fähigkeit zur Energierückspeisung macht diese Tests nicht nur sicherer und nachhaltiger, sondern auch wirtschaftlicher. Die hohe Zuverlässigkeit und präzise Steuerung dieser Systeme sind in der Luftfahrt, wo ein Ausfall katastrophale Folgen hätte, von entscheidender Bedeutung.

Fallbeispiel: Ein Prüfstand für E-Fahrzeuge

Wie sieht die Theorie in der Praxis aus? Schauen wir uns einmal einen typischen E-Auto-Prüfstand an. Hier werden nicht nur einzelne Komponenten getestet, sondern das gesamte System in einer realistischen Umgebung.

Im Zentrum dieses Aufbaus steht das bidirektionale DC-Testsystem. Es wird direkt mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) des E-Fahrzeugs verbunden.

Der Testablauf: Während des Testlaufs simuliert das System unterschiedliche Fahrssituationen, von der starken Beschleunigung bis hin zum Bremsen. Beim Beschleunigen entzieht die Stromversorgung Energie, um die Batterie zu belasten. Beim Bremsen hingegen fließt die Energie zurück – genauso wie es bei der Rückgewinnung in einem echten E-Fahrzeug der Fall wäre.

Die Vorteile: Anstatt die zurückgewonnene Energie in nutzlose Wärme umzuwandeln, speist die bidirektionale Stromversorgung sie direkt und mit hoher Effizienz zurück ins Netz. Das Resultat ist eine deutliche Senkung der Stromkosten und eine geringere Wärmebelastung im Labor.

Der Mehrwert für Ingenieure: Für das Entwicklungsteam bedeutet das: Sie können längere, komplexere Tests durchführen, ohne dass die Ausrüstung überhitzt oder die Stromrechnung explodiert. Die genaue Simulation der Lade- und Entladezyklen liefert zudem präzisere Daten zur Leistung und Lebensdauer der Batterie.

Auswahlkriterien für bidirektionale DC‑Testsysteme

Wenn Sie eine bidirektionale DC-Stromversorgung auswählen, gibt es ein paar entscheidende Faktoren, die den Unterschied zwischen einem guten und einem perfekten Testsystem ausmachen. Denken Sie daran: Die richtige Wahl spart Ihnen Zeit, Kosten und Nerven.

Wichtige Leistungsparameter, die Sie im Blick haben sollten:

• Spannung und Stromstärke: Achten Sie darauf, dass das System die für Ihre Anwendung notwendigen Werte liefert. In der Automobil- und Luftfahrtindustrie sind das oft hohe Werte, die bis zu 1500 V oder sogar über 1000 A betragen können.
• Autoranging (automatische Bereichswahl): Dies ist eine besonders nützliche Funktion. Mit Autoranging kann das Gerät seine Leistung über verschiedene Spannungs- und Stromkombinationen hinweg konstant halten. Das bedeutet: Sie können ein breiteres Spektrum an Komponenten mit einem einzigen Gerät testen, ohne an Leistung einzubüßen.
• Schnittstellen: Moderne Testsysteme müssen sich nahtlos in Ihre Laborumgebung integrieren lassen. Stellen Sie sicher, dass das Gerät die gängigen Schnittstellen wie CAN, Ethernet oder SCPI unterstützt. Auch die Kompatibilität mit Software wie LabVIEW ist oft entscheidend, um die Steuerung und Datenerfassung zu automatisieren.
• Modulare Systeme: Wenn Sie mit sehr hohen Leistungen arbeiten, die in den Megawattbereich gehen, sollten Sie auf modulare Systeme setzen. Diese können parallel geschaltet werden, um die Gesamtleistung flexibel zu skalieren. Hersteller wie Kikusui bieten hierfür spezielle Serien an, wie die PXB-Serie, die für ihre Effizienz und Kompaktheit bekannt sind.

Herausforderungen & Zukunftsperspektiven

Obwohl bidirektionale DC-Stromversorgungen bereits heute unverzichtbar sind, stehen die Ingenieure weiterhin vor wichtigen Herausforderungen.

• Zukunft der Testautomatisierung: Die Zukunft liegt in der intelligenten, automatisierten Testumgebung. KI-gestützte Automatisierung könnte in Zukunft Testabläufe in Echtzeit optimieren und so die Entwicklungszeiten weiter verkürzen.
• Sicherheit & Normierung: Die Arbeit mit hohen Spannungen erfordert höchste Sicherheitsstandards. Normen wie LV123 und ISO 21498 bestimmen Testprozesse und stellen sicher, dass alle Komponenten den strengsten Anforderungen genügen.
• Interoperabilität: Eine der größten Herausforderungen ist die nahtlose Integration in komplexe Systeme, wie sie in der Elektromobilität vorkommen. Auch die Kommunikation mit Systemen wie Vehicle-to-Grid (V2G) oder Vehicle-to-Home (V2H) muss reibungslos funktionieren.

Fazit & Ausblick

Bidirektionale DC-Stromversorgungen setzen neue Maßstäbe für realitätsnahe und effiziente Tests in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Sie sparen Energie, reduzieren den Geräteaufwand und ermöglichen eine flexible Simulation komplexer Szenarien.

Diese Technologie ist weit mehr als nur ein Werkzeug – sie ist die Grundlage für innovative, zukunftssichere Entwicklungen.

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