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Effizienzuntersuchungen für die Elektromobilität

Entwicklung einer elektrischen Antriebsplattform für ein Multifunktionsfahrzeug.

Einführung

Um die CO2-Emission zu reduzieren und die Nutzung der Energie aus nachhaltigen Quellen im Bereich der Mobilität effizient einzusetzen, werden die Antriebe für die elektrisch hybriden und rein elektrischen Fahrzeuge immer weiterentwickelt. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt wird die Antriebsplattform für ein elektrisch hybrides Multifunktionsfahrzeug entwickelt.

Übersicht über die Leistungselektronik  (c)
Übersicht über die Leistungselektronik

Für dieses Projekt wird ein Simulationstool entwickelt, um die elektrischen Komponenten mit der Leistungselektronik der Antriebsplattform auszulegen und die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern. Damit wird die Fahrdynamik optimiert und die Betriebsstrategie für die Steuerung des Energieflusses entwickelt. 
Das elektrische Antriebssystem besteht aus dem Generator, der vom Dieselmotor betrieben wird, der Batterie um das Fahrzeug bei der Straßenfahrt elektrisch zu fahren, dem Netzboard, den vier Antriebsmotoren und der Leistungselektronik.

Knickgelenktes Multifunktionsfahrzeug von Holder (c)
Knickgelenktes Multifunktionsfahrzeug von Holder

www.max-holder.com

Hinsichtlich des Antriebsmotors wird eine 10 kW Synchron-Reluktanzmaschine eingesetzt. Obwohl dieser Maschinentyp bezüglich der Leistungsdichte Nachteile im Vergleich zur Synchronmaschine hat, stellt er zukünftig eine kostengünstige und robuste Alternative zur Synchronmaschine dar.
Der Generator ist eine permanentmagenterregte Synchronmaschine und ist über einem Wechselrichter am Hochvolt-Zwischenkreis angeschlossen.

Als Leistungselektronik werden sowohl Zwei-Punkt-Wechselrichter als auch DC/DC-Steller verwendet, um die Antriebsmotoren und den Generator zu steuern, die Spannungspegel der Batterie und des Bordnetzes an die Zwischenkreisspannung anzupassen und die Zwischenkreisspannung zu regeln.
Um die Fahrzyklen zu simulieren, wird ein Fahrzeugmodell zusammen mit elektrischen Komponenten modelliert und in Matlab/Simulink implementiert. Damit wird eine optimierte Regelung und Steuerung der elektrischen Maschinen erreicht und das Energiemanagementsystem für die Energieflüsse zwischen Batterie, Generator und Antriebsmotoren entwickelt.

Simulationsmodell des Multifunktionsfahrzeugs (c)
Simulationsmodell des Multifunktionsfahrzeugs

Als Basis für diese Untersuchungen wird ein Maschinenprüfstand mit einer Nennleistung von 10 kW, an dem automatisierte Messungen durchgeführt werden können, aufgebaut. Die maximal einstellbare Drehzahl dieses Prüfstands wird bei 10000 1/min liegen. Anhand beliebiger Fahrzyklen können umfangreiche Untersuchungen bei verschiedenen Schaltfrequenzen, Modulationsverfahren und Lastszenarien sowie bei einer dynamischen Zwischenkreisspannung, durchgeführt werden.

Aktuelle Forschungsaktivitäten

  • Adaptive und optimierte Regelung einer Synchron-Reluktanzmaschine
  • Modellierung der elektrischen Komponenten des Antriebsstrangs
  • Entwicklung einer Betriebsstrategie
Dieses Bild zeigt Ketchedjian, M.Sc.
 

Vasken Ketchedjian, M.Sc.

Ansprechpartner für SMZ 805 und SMZ 3000

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