Bidirektionale DC-Stromversorgungen haben ihren festen Platz in einem Prüfgestell, wenn das Prüfobjekt abwechselnd Energie verbraucht und zurückführt. Die zentrale Entscheidung betrifft das Verhalten beim Richtungswechsel. Sie benötigen eine kontrollierte Spannung, einen kontrollierten Strom und eine kontrollierte Leistung vor, während und nach dem Wechsel.
Für kontinuierliche Lade- und Entladetests spezifizieren Sie zunächst den vollständigen Strompfad. Ihr Quellenbetrieb muss das programmierte Profil liefern. Ihr Senkenbetrieb muss Rückstrom aufnehmen, nutzbare Energie zurückführen und das DUT schützen. Dieser Ablauf folgt einer realen Sequenz vom Laden zum Entladen und vergleicht anschließend ein einzelnes Gerät mit einem Parallelschrank.
Wie bidirektionale DC-Stromversorgungen zwischen den Betriebsarten wechseln
Eine praktische Sequenz beginnt im Quellenbetrieb. Die Stromversorgung hebt den DC-Bus auf die gewünschte Spannung an und regelt anschließend den ausgewählten Strom- oder Leistungsgrenzwert. Während des Batterieladens kann die Konstantstromregelung in eine Konstantspannungsregelung übergehen, sobald sich die Zelle ihrer Spannungsgrenze nähert. Ihr Profil muss Spannung, Strom und Leistung bei jedem Schritt innerhalb der zulässigen Grenzen halten.
Die Richtung ändert sich, sobald das DUT Energie zurückführt. Die DC-Anschlüsse nehmen nun Strom auf. Eine Stromversorgung als Quelle und Senke benötigt daher eine kontrollierte Stromumkehr und kein einfaches Ausgangsrelais. Das Regelsystem durchläuft einen Quadrantenwechsel und hält dabei die gewünschte Betriebsgrenze ein.
Was Sie vor dem ersten Durchlauf spezifizieren sollten
Notieren Sie die erwartete Busspannung, den maximalen Quellenstrom, den maximalen Senkenstrom und die maximal regenerierte Leistung. Legen Sie anschließend die zulässige Übergangszeit fest. Ultra Power Systems gibt für geeignete bidirektionale Plattformen eine typische Reaktionszeit von ≤5 ms an. Dieser Wert ist nur dann aussagekräftig, wenn Prüfaufbau, Kabel und Messschleife dasselbe Transientenziel unterstützen.
- Legen Sie den Quellen-Grenzwert in Volt, Ampere oder kW fest, bevor Sie das Profil aktivieren.
- Definieren Sie den Senken-Grenzwert separat, da der zurückgeführte Strom den Ladestrom überschreiten kann.
- Erfassen Sie Spannung, Strom und Erholungszeit beim Richtungswechsel an den DUT-Anschlüssen.
- Prüfen Sie, dass die Schutzschwellen außerhalb des normalen Profils, aber innerhalb des sicheren Betriebsbereichs liegen.
Ultra Power Systems bietet CC-, CV-, CP- und CR-Betriebsarten für seine bidirektionalen und regenerativen DC-Stromversorgungen. CC regelt die Lade- oder Entladeintensität. CV hält den Bus auf einer festgelegten Spannung. CP hält ein Ziel für den Energiefluss ein, während sich die Spannung ändert. CR bildet eine ohmsche Last ab. Mit diesen Betriebsarten können Sie das Regelgesetz an einen Akku, Wandler, Motorantrieb oder elektronischen Lasttest anpassen.
Was der Prüfstand während der transienten Erholung erkennt
Beim Richtungswechsel wartet das DUT nicht, bis sich Ihr Softwarebefehl stabilisiert hat. Eine Batterie, ein Wechselrichter oder ein Motorantrieb kann die Stromrichtung ändern, während sich der Bus bereits bewegt. Messen Sie die Anschlusssignalform am DUT und nicht nur die Anzeige des Instruments. Achten Sie auf Spannungsüberschwingen, Stromverzögerung und eine vorübergehende Leistungslücke.
Ein Reaktionsziel von ≤5 ms bietet Ihnen eine nützliche Referenz für typische Tests, macht sinnvolle Rampen jedoch nicht überflüssig. Beginnen Sie mit einer moderaten Stromanstiegsrate. Bestätigen Sie, dass der Übergang vom Quellen- zum Senkenbetrieb keinen Überspannungs- oder Überstromschutz auslöst. Verkürzen Sie anschließend die Rampe, bis die gemessene Signalform der Produktanforderung entspricht.
Test and Measurement Tips beschreibt eine vergleichbare Plattform mit 5–30 kW, automatischer Umschaltung vom Quellen- zum Senkenbetrieb, benutzerdefinierten Signalformen und einer Erweiterung auf 1 MW. Die praktische Lehre daraus ist, die vollständige Sequenz und nicht nur die Nennleistung in kW zu bewerten. Eine Plattform, die automatisch die Richtung wechselt, kann Lücken zwischen Lade- und Entladeschritten verringern, während benutzerdefinierte Signalformen Antriebs-, Wechselrichter- oder Batterieereignisse nachbilden können.
Verwenden Sie für jeden Vergleich dieselben Messstellen. Erfassen Sie die DC-Zwischenkreisspannung, den DUT-Strom und die regenerierte Leistung mit einer festen Abtastrate. Beziehen Sie bei einem Wechselrichtertest das Schalt Ereignis ein, das die Umkehr verursacht. Beziehen Sie bei einem Batterietest den Punkt ein, an dem das Profil vom Laden zum Entladen wechselt. Eine konsistente Messung macht ein einzelnes Gerät und einen Parallelschrank vergleichbar.
Rückspeisung, Energie und Kühlleistung
Eine regenerative DC-Stromversorgung verändert die Anlagenberechnung. Im Senkenbetrieb kann aufgenommene Energie ins Netz zurückgeführt werden, statt in einem Widerstand in Wärme umgesetzt zu werden. Die Ankündigung von GW Instek vom 21. August 2026 nennt für die RBS-Serie eine Rückspeisung von bis zu 93 %, dazu neue 20-kW- und 30-kW-Modelle im 3U-Format sowie Spannungsklassen bis 2250 V.
Führen Sie vor der Auslegung der Kühlung eine einfache Energieberechnung durch. Angenommen, Ihr DUT führt während jedes Entladeintervalls 30 Minuten lang 20 kW zurück. Das entspricht 10 kWh zurückgewonnener DC-Energie. Bei 93 % Rückspeisung erreichen etwa 9,3 kWh das Netz, während rund 0,7 kWh als Umwandlungsverlust verbleiben. Eine ohmsche Last würde nahezu die gesamten 10 kWh als Wärme abführen.
Der Unterschied bei der Kühlung ist erheblich. Zehn Kilowattstunden, die über 30 Minuten freigesetzt werden, entsprechen einer durchschnittlichen Wärmelast von 20 kW. Im regenerativen Fall verbleiben über denselben Zeitraum etwa 1,4 kW Umwandlungswärme, noch vor Verlusten in Schrank, Kabeln und Raum. Prüfen Sie die tatsächliche Wirkungsgradkurve an Ihrem Spannungs- und Leistungspunkt. Dimensionieren Sie die HLK-Anlage nicht allein anhand des beworbenen Prozentwerts.
Einzelgerät oder Parallelschrank
Ein einzelnes Gerät bietet Ihnen einen kürzeren Strompfad und weniger Fragen zur Stromaufteilung. GW Instek gibt bis zu 30 kW aus einem einzelnen 3U-Gerät an, mit bis zu zehn Geräten desselben Modells im Master-Slave-Parallelbetrieb für maximal 300 kW. Test and Measurement Tips beschreibt bei einer vergleichbaren Plattform eine Skalierung auf 1 MW. Wählen Sie einen Schrank, wenn Profil, Spannungsklasse oder Wartungsplan eine Erweiterung erfordern.
- Berechnen Sie Quellen- und Senkenenergie für den gesamten Lastzyklus getrennt.
- Wenden Sie den erwarteten Wirkungsgrad der Rückspeisung auf die zurückgeführte Energie an.
- Schätzen Sie die verbleibende Wärme aus Umwandlung, Kabeln und Schrankverlusten.
- Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Grenzwerten für Rack-Kühlung, Schutzschalter und Netzanschluss.
Einen wiederholbaren kontinuierlichen Lade- und Entladetest aufbauen
Ein nützliches Profil ist kurz genug zur Fehlersuche und zugleich repräsentativ genug, um Fehler beim Richtungswechsel sichtbar zu machen. Befehlen Sie beispielsweise einem System der 750-V-Klasse, 60 Sekunden lang 40 A im Quellenbetrieb zu liefern, eine maximale Leistung von 30 kW zu halten, innerhalb von 100 ms auf null zu rampen und anschließend 60 Sekunden lang 35 A im Senkenbetrieb aufzunehmen. Wiederholen Sie 100 Zyklen und protokollieren Sie Busspannung, Strom, Leistung und Erholungszeit.
Halten Sie die Profilgrenzen realistisch. Ein 750-V-Bus bei 40 A entspricht 30 kW. Bei 35 A im Senkenbetrieb beträgt die zurückgeführte Leistung vor Verlusten 26,25 kW. Wenn sich Ihre Batteriespannung zwischen 600 V und 750 V bewegt, kann eine Strom- oder Leistungsregelung der bessere Vergleich sein, da sich der Energiefluss mit der Spannung ändert.
Ultra Power Systems deckt sechs Spannungsklassen von 360 V bis 2250 V ab. Wählen Sie die Klasse anhand der höchsten sicheren Betriebsspannung und prüfen Sie anschließend den Strom bei der niedrigsten Betriebsspannung. Eine 2250-V-Anwendung kann lange vor Erreichen der Spannungsgrenze durch die Leistung begrenzt werden. Eine 360-V-Anwendung kann zuerst ihre Stromgrenze erreichen. Die richtige Wahl ergibt sich aus der gesamten Signalform.
GW Instek gibt Sequenzfunktionen mit bis zu 50 gespeicherten Sequenzen und bis zu 20 konfigurierbaren Schritten pro Sequenz an. Sie müssen diese Architektur nicht nachbilden, um einen soliden Test aufzubauen. Definieren Sie jeden Schritt durch Spannung, Strom, Leistung, Betriebsart, Dauer, Rampe und Schleifenanzahl. Halten Sie die Akzeptanzgrenzen neben dem Profil fest, damit ein fehlgeschlagener Richtungswechsel sofort bearbeitet werden kann.
FAQ: Bidirektionale DC-Stromversorgungen
Was ist der wichtigste Vorteil bidirektionaler DC-Stromversorgungen?
Sie ermöglichen es einer programmierbaren Plattform, das DUT mit Energie zu versorgen und von ihm zurückgeführte Energie aufzunehmen. Dadurch können doppelte Quellen- und Lastgeräte, Verkabelung und Abwärme reduziert werden.
Wie schnell sollte der Wechsel vom Quellen- zum Senkenbetrieb erfolgen?
Beginnen Sie mit den Anforderungen des DUT. Ultra Power Systems verwendet ≤5 ms als typische Reaktionszeit und praktische Referenz für geeignete Konfigurationen und überprüft das Ergebnis anschließend an den DUT-Anschlüssen.
Bedeutet eine Rückspeisung von 93 %, dass 93 % der Testenergie zurückgewonnen werden?
Nein. Der Wert beschreibt den Rückspeisepfad unter den angegebenen Betriebsbedingungen. Berechnen Sie die zurückgeführte Energie anhand der gemessenen Senkenleistung, der Dauer und des an Ihrem Spannungs- und Lastpunkt verfügbaren Wirkungsgrads.
Die richtige bidirektionale DC-Stromversorgung auswählen
Ihre Entscheidung sollte dem Profil folgen: Spannungsklasse, Quellenstrom, Senkenstrom, Reaktionszeit beim Richtungswechsel, regenerierte Leistung und Erweiterbarkeit des Schranks. Für Batterieanwendungen vergleichen Sie die Sequenz mit den Anforderungen auf der Seite Stromversorgung für Batteriezellzyklen. Für eine umfassendere Plattform als Quelle und Senke sehen Sie sich das Sortiment Bidirektionale und regenerative DC-Stromversorgung von Ultra Power Systems an, mit Spannungsklassen von 360 V bis 2250 V. Spezifizieren Sie zuerst die Signalform und den Energiepfad und fordern Sie anschließend eine Konfiguration an →
Ein guter Abnahmetest weist drei Dinge nach: Das DUT sieht die vorgegebene Spannung und den vorgegebenen Strom, der Richtungswechsel wird innerhalb der erforderlichen Zeit wieder stabil und die zurückgeführte Energie überschreitet weder die Grenzen der Senke noch der Anlage. Diese Nachweise zeigen Ihnen, ob ein einzelnes Gerät ausreicht oder ein Parallelschrank gerechtfertigt ist →
