Hardware-in-the-Loop-Markt für Leistungselektronik

Marktübersicht

Der globale Markt für Hardware-in-the-Loop-Systeme im Bereich Leistungselektronik dürfte im Prognosezeitraum mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 9,2 % wachsen.

Ein Modellierungssystem namens Hardware-in-the-Loop wird beim Entwurf und Testen anspruchsvoller eingebetteter Echtzeitsysteme eingesetzt. Darüber hinaus bieten diese Systeme die Simulation einer physischen Komponente eines Mechanismus oder Systems. Aktoren und Sensoren verbinden die Maschine oder physische Komponente des Systems mit dem Steuerungssystem, wobei die Simulation als exakte Nachbildung der Hardwareverbindungen in der realen Welt fungiert.

Die Hardware-in-the-Loop-Technik (HIL) wird zur Analyse komplexer eingebetteter Systeme in Echtzeit verwendet. Das HIL-System bietet eine effektive Plattform, um die Komplexität der Anlage zu reduzieren und die Testplattform zu steuern. Die HIL-Technologie bietet qualitativ hochwertige Ergebnisse und reduziert die damit verbundenen Kosten und den Zeitaufwand. Daher wird sie in vielen Anwendungen wie Leistungselektronik, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und anderen Bereichen bevorzugt.

Zu den Vorteilen der Verwendung von Power Electronics Hardware-in-the-Loop gehören die Möglichkeit, komplizierte Leistungselektroniksysteme in einer kontrollierten Umgebung zu testen und zu validieren, Entwicklungszeit und -kosten zu verkürzen und durch die Einbindung tatsächlicher Hardwarekomponenten die Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu erhöhen.

Die steigende Nachfrage treibt den Markt für Leistungselektronik voran, wobei die Zuverlässigkeit dieser Systeme und die Notwendigkeit kürzerer Entwicklungszyklen und Markteinführungszeiten im Vordergrund stehen. Zahlreiche Branchen sind stark auf Leistungselektroniksysteme angewiesen, darunter Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, erneuerbare Energien und industrielle Automatisierung.

Aufgrund der steigenden Nachfrage nach leistungsfähigen und zuverlässigen Leistungselektroniksystemen sowie der Forderung nach schnelleren Entwicklungszyklen und kürzeren Markteinführungszeiten wird für den Markt für Hardware-in-the-Loop für Leistungselektronik in den kommenden Jahren ein erhebliches Wachstum erwartet.

Im Bereich der Leistungselektronik erregt der Power Electronics Hardware-in-the-Loop (PE-HIL)-Markt aufgrund seines rasanten Wachstums Aufmerksamkeit. Steuerungssysteme und eingebettete Software werden mit der Hardware-in-the-Loop (HIL)-Methode in einer simulierten Umgebung getestet und validiert. HIL wird zum Testen und Verifizieren von leistungselektronischen Systemen, einschließlich Umrichtern, Wechselrichtern und Motorantrieben, im Rahmen der Leistungselektronik verwendet.

Marktdynamik

Markttreiber

• Der Markt für Closed-Loop-Systeme wird voraussichtlich der größte sein

Hardware-in-the-Loop-Testsysteme können diese Fähigkeit replizieren, indem sie ein physikalisches oder mathematisches Modell zur Simulation der Maschine, des Systems oder der Anlage verwenden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Controller wie vorgesehen arbeitet, um die Ausgabe zu erzeugen und etwaige Ausgabefehler zu beheben. Die zukünftige Nachfrage nach Closed-Loop-Hardware-in-Loop-Systemen dürfte aufgrund der zunehmenden Verbreitung von autonomem Fahren und ADAS in der gesamten Automobilindustrie steigen.

Hardwaretests im Zyklus Ein Beispiel für Hardware im geschlossenen Kreislauf ist das ADAS-Gerät. Es ahmt eine Umgebung nach, indem es das Eingangssignal des ADAS-Systems erzeugt. In diesem Fall werden Eingangsvariablen angegeben, darunter die gewünschte Geschwindigkeit und der Abstand zum vorderen Fahrzeug. Die Steuerausgabe des Fahrzeugs wird verwendet, um die Funktionsweise des Fahrzeugs zu simulieren.

• Wachstum in der Leistungselektronikbranche

Das höchste Wachstum in der Leistungselektronikbranche wird von 2022 bis 2027 erwartet, was auf den zunehmenden Einsatz der Hardware-in-the-Loop-Technik zurückzuführen ist. Für die Entwicklung und Prüfung von elektronischen Netzen, Windturbinengeneratoren, Photovoltaik- Wechselrichtern, Steuerungssystemen für Kernkraftwerke und anderen Geräten verwenden Unternehmen dieser Branche die Hardware-in-the-Loop-Methode.

• Die wachsende Nachfrage nach leistungselektronischen Systemen in zahlreichen Anwendungen

Die Komplexität von Leistungselektroniksystemen, die anspruchsvolle Testverfahren erfordert, um ihre Funktionalität und Leistung zu gewährleisten, ist ein wichtiger Wachstumsfaktor für den Markt für Leistungselektronik-Hardware-in-the-Loop. Bevor sie in realen Anwendungen implementiert werden, können Designer und Ingenieure das Verhalten dieser komplexen Systeme mithilfe von Leistungselektronik-Hardware-in-the-Loop-Tests in einer sicheren und kontrollierten Umgebung beurteilen. Die wachsende Nachfrage nach Leistungselektroniksystemen in zahlreichen Anwendungsbereichen, darunter erneuerbare Energien, Elektrofahrzeuge und industrielle Automatisierung, ist einer der Haupttreiber des PE-HIL-Marktes. Die Einführung von PE-HIL-Tests wird auch durch die steigende Nachfrage nach effizienten und zuverlässigen Leistungselektroniksystemen in wichtigen Anwendungen vorangetrieben.

Marktbeschränkungen

• Fehlende Tools zur Durchführung von Human Experience-Tests

Der Mangel an Werkzeugen für Tests mit menschlicher Erfahrung ist ein erheblicher Mangel bei Hardware-in-the-Loop. Beispielsweise ist eines der Leistungskriterien in einer Stop-and-Go-Situation mit adaptiver Geschwindigkeitsregelung, wie gut der Controller verlangsamen und beschleunigen kann, während er innerhalb der Sättigungsgrenzen und der Komfortniveaus des Fahrers bleibt. In solchen Fällen würde der Hardware-in-the-Loop-Prüfstand mehr menschliches Eingreifen erfordern. Darüber hinaus können PE-HIL-Tests kompliziert und zeitaufwändig sein, da zahlreiche Parameter und Variablen berücksichtigt werden müssen. Längere Testzeiten und höhere Kosten können die Folge dieser Komplexität sein.

Marktchancen

• Grüne Energiequellen sind auf dem Vormarsch

Die Nachfrage nach grünen Energiequellen steigt. Erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarstrom erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Für die Umwandlung erneuerbarer Energiequellen in nutzbaren Strom ist die Elektroelektronik von entscheidender Bedeutung. Leistungselektronische Komponenten, die in erneuerbaren Energiesystemen eingesetzt werden, können mithilfe von PE-HIL-Geräten getestet und validiert werden.

• Wachsender Markt für Elektrofahrzeuge

Steigendes Interesse an Elektroautos Der Markt für Elektrofahrzeuge wächst rasant und die Leistungselektronik ist ein wichtiger Bestandteil dieser Fahrzeuge. Leistungselektronische Komponenten, die in Elektroautos verwendet werden, wie Batterien, Ladesysteme und Motorantriebe, können mithilfe von PE-HIL-Systemen getestet und validiert werden. Bedarf an hochwertigerem Strom Eine Verbesserung der Stromqualität ist erforderlich, da elektronische Geräte in Haushalten und am Arbeitsplatz immer häufiger verwendet werden.

Umfang des Marktes

Segmentanalyse

Nach Typ segmentieren

• Geschlossener Kreislauf HIL

Beim Closed-Loop-Testen handelt es sich um Tests, bei denen die Ausgaben des zu testenden Systems (SUT) als Eingaben für eine Anlage und die Ausgaben der Anlage als Eingaben für das SUT verwendet werden, wodurch ein geschlossener Regelkreis entsteht.

• Offener Regelkreis HIL

Das Ergebnis eines offenen Regelkreises hat keine Auswirkung auf die Regelwirkung des Systems. Anders ausgedrückt ist ein offenes Regelsystem ein System, dessen Betrieb zeitabhängig ist.

Segment nach Anwendung

• Supergrid und Microgrid

Supernetze sind Stromübertragungsleitungen mit hoher Kapazität, die entweder Hochspannungs-Gleichstrom- (HGÜ) oder Ultrahochspannungs-Gleichstrom- (UHGÜ) Leitungen verwenden. Ein Mikronetz ist eine Ansammlung miteinander verbundener Lasten und verteilter Energieressourcen, die als einzelne steuerbare Einheit in Bezug auf das Stromnetz fungieren. Es kann sich mit dem Netz verbinden und davon trennen, sodass es entweder im Netz- oder Inselmodus funktionieren kann.

• Solar-Wechselrichter

Ein Solarwechselrichter, auch als Photovoltaik-Wechselrichter bekannt, ist eine Art Stromrichter, der den variablen Gleichstromausgang eines Photovoltaik-Solarmoduls in Wechselstrom mit der Netzfrequenz umwandelt, der in ein kommerzielles Stromnetz eingespeist oder von einem örtlichen Versorgungsunternehmen genutzt werden kann.

• Windwechselrichter

Wechselrichter wandeln den von Windturbinen oder Photovoltaikmodulen erzeugten und in Batterien gespeicherten Gleichstrom (DC) in 230 V 50 Hz Wechselstrom (AC) um, der zum Betrieb herkömmlicher Geräte und für die Verbindung mit dem Stromnetz erforderlich ist.

Regionale Analyse

Die globale Marktanalyse für Hardware-in-the-Loop im Bereich Leistungselektronik ist nach Regionen unterteilt: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Lateinamerika sowie Naher Osten und Afrika.

Nordamerika

Es wurde erwartet, dass die Größe der Hardware-in-the-Loop-Leistungselektronik in Nordamerika mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) zunimmt. Der Bedarf an zuverlässigen und effektiven Leistungselektroniktests sowie die steigende Nachfrage nach energieeffizienten Systemen tragen beide zu dieser Entwicklung bei.

• Zunehmende finanzielle Unterstützung für die Entwicklung eingebetteter Echtzeitgeräte

Die wachsenden Investitionen in die Entwicklung von eingebetteten Echtzeitsystemen in den USA und Kanada sind der Motor des Hardware-in-the-Loop-Geschäfts in Nordamerika. Aufgrund der raschen Urbanisierung und der technologischen Entwicklung der Infrastruktur in der Region wird erwartet, dass der Markt aufgrund einer steigenden Nachfrage nach Schwermaschinen und Großmaschinen wachsen wird. Der Markt der Region wird voraussichtlich auch von steigenden staatlichen Ausgaben für Forschung und Bildung profitieren.

• Steigende Nutzung erneuerbarer Energiequellen

Hardware-in-the-Loop-Geräte für Leistungselektronik haben in Nordamerika einen bedeutenden Markt, der von den bedeutenden Luft- und Raumfahrt- und Automobilsektoren der Region sowie der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energiequellen angetrieben wird. Da viele Unternehmen an der Entwicklung und Produktion von Hardware-in-the-Loop-Geräten für Leistungselektronik beteiligt sind, sind die USA und Kanada die beiden größten Märkte in der Region.

Asien-Pazifik

• Steigende Investitionen in saubere Energie

Der asiatisch-pazifische Raum hat sich aufgrund des Wachstums der Leistungselektronik-Hardware im Kreislauf durch steigende Investitionen in saubere Energie, Elektrofahrzeuge und Smart-Grid-Infrastruktur zu einem bedeutenden Markt für PE-HIL entwickelt. Viele Länder in der Region, darunter China, Japan, Südkorea und Indien, haben ehrgeizige Pläne für den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft, was voraussichtlich viele Möglichkeiten für die PE-HIL-Technologie eröffnen wird.

Der asiatisch-pazifische Raum dürfte den größten Marktanteil halten und die schnellste Entwicklung erleben. Die Branche wird vor allem von China, Japan und Indien angetrieben. Der Markt ist teilweise aufgrund der schnellen Expansion der Branchen in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt und Leistungselektronik gewachsen. Subaru (Japan) und TATA Motors sind zwei Autohersteller im asiatisch-pazifischen Raum, die die Hardware-in-the-Loop-Methode anwenden. (Indien).

Schlüsselspieler

1. DSpace GmbH
2. Nationale Instrumente
3. Opal-RT Technologien
4. Taifun HIL
5. Speedgoat GmbH
6. Modellierungstechnik

Jüngste Entwicklungen

Im März 2023 – Forscher entwickeln Dach mit organischen Solarzellen für Gewächshaus. Die Wissenschaftler bauten das Miniaturmodell, um die Glasplatten im Gewächshaus durch Solarzellen zu ersetzen. Die vom UCLA-Team entwickelten Solarzellen basieren auf kohlenstoffbasierten Materialien, im Gegensatz zu den anorganischen Substanzen, die in herkömmlichen Geräten verwendet werden.