Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs (eBook)

Basiswissen

Helmut Tschöke (Herausgeber)

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2014 | 2014
XII, 207 Seiten
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (Verlag)
978-3-658-04644-6 (ISBN)

Infos

Das Buch schafft Übersicht über die Definitionen und Funktionen der elektrifizierten Antriebe für Pkw und der hierfür notwendigen technischen Komponenten, wie z.B. E-Motoren, Batterien, Supercaps, Leistungselektronik. Außerdem werden die Auswirkungen der Elektrifizierung des Antriebs auf die Zulassung der Fahrzeuge und die aktive und passive Akustik dargestellt. Neue Herausforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Sicherheit im Umgang mit Hochvoltsystemen sind ebenso Themen, wie die erforderliche Ladetechnik für die Batterien, das Energie- und Thermomanagement und die Konsequenzen für die Auslegung der Verbrennungsmotoren und der Getriebe in hybridisierten Antrieben. Der Brennstoffzellen basierte Elektroantrieb zeigt weitere Möglichkeiten für die Zukunft auf. Das Buch wendet sich an den technisch interessierten Leser, der sich mit den elektrischen Fahrzeugantrieben vertraut machen möchte.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Tschöke lehrte als Lehrstuhlinhaber des Gebiets Kolbenmaschinen an der Universität Magdeburg. Er studierte und promovierte an der Universität Stuttgart und war danach bei Bosch im Geschäftsbereich Dieselsysteme in Entwicklung und Fertigung in leitender Funktion tätig.

Inhalt

Vorwort 6
Autorenverzeichnis 7
Inhaltsverzeichnis 9
1 Elektrifizierte Antriebssysteme mit Verbrennungsmotoren 13
1.1 Hybridantriebe 13
1.1.2 Hybridantriebe 14
1.1.1 Definition 14
1.1.3 Zusammenfassung 20
1.2 Range Extender 21
1.2.1 Definition 21
1.2.2 Anforderungen 23
1.2.3 Lösungsmöglichkeiten 24
1.2.4 Zusammenfassung 28
2 Elektrische Antriebsmaschinen 30
2.1 Elektrotechnische Grundlagen 30
2.1.1 Definitionen, Grundfunktionen 31
2.1.2 Elektrische Antriebe 31
2.1.3 Hochspannungsbordnetz 34
2.1.4 Stromversorgungen, Ladegeräte 35
2.1.5 Zusammenfassung 36
2.2 Elektrische Maschinen 36
2.2.1 Grundlagen der elektrischen Energiewandlung 36
2.2.2 Elektrische Maschinen für Elektround Hybridfahrzeuge 38
2.2.3 Steuerung und Regelung 42
2.2.4 Zusammenfassung 45
2.3 Elektrische Fahrantriebe 46
2.3.1 Einleitung 46
2.3.2 Antriebsstrang-Topologien 46
2.3.3 Effizienzanalyse 49
2.3.4 Radindividuelle Direktantriebe 52
2.3.5 Zusammenfassung 52
2.4 Potentiale elektrischer Einzelradantriebe 53
2.4.1 Einleitung 53
2.4.2 Elektrischer Einzelradantrieb 54
2.4.3 Neue Methoden der Fahrdynamikregelungen 55
2.4.4 Zusammenfassung 59
3 Speicherung der elektrischen Energie 61
3.1 Grundlagen und Überblick über die Batterietechnik 61
3.1.1 Prinzipieller Aufbau von elektrochemischen Speichern 62
3.1.2 Batterieklemmenspannung 63
3.1.3 Verschiedene Batterietechnologien und typische Einsatzbereiche im Automobil 66
3.1.4 Zusammenfassung 70
3.2 Lithium-Ionen-Batterien 70
3.2.1 Aufbau und Funktionsweise 70
3.2.2 Alterung 75
3.2.3 Zusammenfassung 77
3.3 Superkondensatoren 78
3.3.1 Aufbau und Funktionsweise 78
3.3.2 Elektrisches Verhalten 80
3.3.3 Alterung 82
3.3.4 Aufbau von Modulen 84
3.3.5 Zukünftige Entwicklungen 85
3.3.6 Zusammenfassung 85
4 Energiemanagement und Regelung 87
4.1 Leistungselektronik 87
4.1.1 Definitionen, Grundfunktionen 88
4.1.2 Leistungselektronische Schaltungen im Fahrzeug 90
4.1.3 Leistungselektronische Bauelemente 93
4.1.4 Zusammenfassung 95
4.2 Batteriesystemtechnik 95
4.2.1 Aufbau von Batteriesystemen 95
4.2.2 Auslegung von Batteriesystemen 96
4.2.3 Flexibilität, Zuverlässigkeit, Standardisierung, Servicefreundlichkeit und Lebensdauer 98
4.2.4 Batteriemanagementsystem und Sicherheit 100
4.2.5 Zusammenfassung 102
4.3 Thermomanagement 103
4.3.1 Wärmeströme im Elektrofahrzeug 103
4.3.2 Elektrifizierungsgrad und Klimatisierung des Innenraums 105
4.3.3 Effizienzsteigerung der Klimatisierung 107
4.3.4 Thermomanagement von Lithium-Ionen-Batterien 109
4.3.5 Zusammenfassung 112
5 Brennstoffzelle 114
5.1 Grundlagen der Brennstoffzellentechnik 114
5.1.1 Geschichte und Motivation 115
5.1.2 Definition, Funktion und Einordnung 116
5.1.3 Brennstoffzellentypen 118
5.1.4 Zusammenfassung 122
5.2 Gesamtsystem im Fahrzeug 123
5.2.1 Antriebsstrang mit Brennstoffzelle 123
5.2.2 Wasserstoffinfrastruktur 127
5.2.3 Gesamtwirkungsgrad 129
5.2.4 Zusammenfassung 130
6 Elektromagnetische Verträglichkeit 132
6.1 Einleitung und Definition 132
6.2 Störquellen und Störsenken im Elektro- und Hybridfahrzeug 134
6.3 Koppelmechanismen 135
6.4 Gegenmaßnahmen 137
6.5 Nachweis der elektromagnetischen Verträglichkeit 139
6.6 Zusammenfassung 140
7 Getriebe für elektrifizierte Antriebe 141
7.1 Aufgaben des Getriebes 141
7.1.1 Gewährleistung der Fahrleistungsanforderungen 142
7.1.2 Verbesserung des Antriebsstrang-Wirkungsgrads 142
7.2 Wirkungsgradverbesserung durch Elektrifizierung des Antriebs 144
7.3 Einfluss der Elektrifizierung auf das Getriebe 144
7.3.1 Start/Stopp-Automatik 145
7.3.2 Rekuperation 146
7.3.3 Betriebspunktverlagerung (BPV) 146
7.3.4 Elektrisches (An-)Fahren 146
7.3.5 Boosten 147
7.4 Anwendungsbeispiele 147
7.4.1 Wandlerautomatikgetriebe (AT) und CVT im HEV (Parallelhybrid) 147
7.4.2 Doppelkupplungsgetriebe (DCT) im HEV (Parallelhybrid) 148
7.4.3 Schaltgetriebe (MT) und Automatisiertes Schaltgetriebe (AMT) im HEV (Parallelhybrid) 149
7.4.4 eCVT in HEV (leistungsverzweigter Hybrid) 149
7.4.5 Getriebe für rein elektrische Antriebe (serieller Hybrid und BEV) 150
7.5 Zusammenfassung 151
8 Anwendung 153
8.1 Ladetechnik 153
8.1.1 Ladeverfahren und deren technische Umsetzung 154
8.1 Ladetechnik 154
8.1.2 Kontaktgebundenes Laden 155
8.1.3 Kontaktloses induktives Laden 158
8.1.4 Stationäre Ladeszenarios 160
8.1.5 Ausblick 160
8.1.6 Zusammenfassung 161
8.2 Typgenehmigung 161
8.2.1 Prüfung von Pkw mit konventionellem Antrieb 162
8.2.2 Prüfung von Pkw mit elektrischen Antriebskomponenten 165
8.2.3 Zusammenfassung 170
8.3 Akustik 170
8.3.1 Einleitung und Definition 171
8.3.2 Gesetzgebung 173
8.3.3 Akustik von Elektro- und Hybridfahrzeugen 175
8.3.4 Zusammenfassung 179
8.4 Elektrische Sicherheit 179
8.4.1 Arbeitsschutz 179
8.4.2 Funktionale Sicherheit 181
8.4.3 Fahrzeugzulassung 182
8.4.4 Zusammenfassung 184
9 Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor 188
9.1 Grundsätzliche Anforderungen an den Verbrennungsmotor im Hybridantrieb 188
9.2 Motorspezifische Maßnahmen 190
9.2.1 Ottomotoren 190
9.2.2 Dieselmotoren 192
9.3 Zusammenfassung 192
10 Emissionspotentiale entlang der Well-to-Wheel-Kette 195
10.1 Grundlagen 195
10.2 Elektrische Energiekette 198
10.3 Energiekette der Biokraftstoffe 200
10.4 Emissionsbilanzen 202
10.5 Lösungsansätze für die CO2-Herausforderung 204
10.6 Zusammenfassung und Ausblick 206
Sachwortverzeichnis 208

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 6.11.2014
• Reihe/Serie: ATZ/MTZ-Fachbuch
• Reihe/Serie: ATZ/MTZ-Fachbuch
• Zusatzinfo: XII, 207 S. 131 Abb.
• Verlagsort: Wiesbaden
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Antriebskomponenten • Energiemanagement • Energiespeicher • Hybridantrieb • Range Extender • Thermomanagement
• ISBN-10: 3-658-04644-9 / 3658046449
• ISBN-13: 978-3-658-04644-6 / 9783658046446