FAT-SCHRIFTENREIHE 403
Elektronische Sicherungen (eFuses) bieten gegenüber konventionellen Schmelzsicherungen erweiterte Diagnose-, Schutz- und Steuerungsfunktionen und stellen damit eine Schlüsseltechnologie für zukünftige Fahrzeugbordnetze dar. Im Rahmen des Projekts wurde das Verhalten von eFuses in komplexen, mehrstufig abgesicherten Bordnetzarchitekturen untersucht und mittels simulationsgestützter Methoden bewertet. Dabei wurden sowohl das nicht-kommandierte Verhalten mit lokaler Fehlererkennung und automatischer Abschaltung als auch das kommandierte Verhalten mit zentralem Lastmanagement analysiert.
Zur Validierung der entwickelten Modelle wurden messtechnische Untersuchungen an einer Infineon BTG7003 eFuse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation hinsichtlich Schalt- und Auslöseverhalten. Darüber hinaus wurde ein Diagnosekonzept zur Bestimmung von Alterungs- und Temperatureinflüssen auf Basis integrierter Sensorik und datenbasierter Verfahren entwickelt. Die Untersuchungen belegen, dass eine zuverlässige Zustandsdiagnose bei geeigneter Sensorauflösung möglich ist.
Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung eines zentralen Lastmanagements für eFuse-basierte Bordnetze. Hierzu wurde ein regelbasierter Algorithmus entwickelt, der bei drohender Unterspannung gezielt nicht-sicherheitsrelevante Verbraucher abschaltet oder deren Leistungsaufnahme reduziert, um die Versorgung sicherheitskritischer Funktionen sicherzustellen. Simulationsstudien mit komplexen Bordnetzmodellen und bis zu 200 Verbrauchern zeigten, dass durch das kommandierte eFuse-Verhalten kritische Versorgungssituationen wirksam verhindert werden können.
Ergänzend wurden Methoden für die effiziente Simulation komplexer Schutzpfade vorgestellt. Durch die Kombination von Dymola/Modelica, SystemC-AMS sowie FMI/FMU-basierten Co-Simulationsansätzen lassen sich thermisch-elektrische Wechselwirkungen, Schutzfunktionen und Steuerungsalgorithmen leistungsfähig und skalierbar abbilden. Insgesamt zeigt die Studie, dass eFuses weit über die Funktion klassischer Sicherungen hinausgehen und als intelligente Aktoren eines zentralen Energiemanagements einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit, Verfügbarkeit und Effizienz zukünftiger Fahrzeugbordnetze leisten können.