Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) verbrauchen im Vergleich zu konventionellen, nur mit Verbrennungskraftmaschinen (VKM) ausgestatteten Fahrzeugen ca. 20 % weniger Kraftstoff. Als Traktionsmaschinen stehen unter anderem Käfigläufer-Induktions-(IM) und Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PM) zur Verfügung. Der geringe Einbauraum im HEV erfordert elektrische Maschinen mit hohen Drehmoment- und Leistungsdichten, die sich mit Hilfe effizienter Flüssigkeitsmantelkühlungen realisieren lassen. Für die Untersuchung der thermischen und elektrischen Belastung während des Betriebs wurden am Institut für Elektrische Energiewandlung der Technischen Universität Darmstadt in Zusammenarbeit mit einem Partner aus der Industrie thermische und elektrische Simulationsmodelle für je eine flüssigkeitsmantelgekühlte IM bzw. PM entwickelt. Der Aufbau der Simulationsmodelle und die Berechnungsergebnisse werden vorgestellt und diskutiert. Als Fazit wird festgehalten, dass bei den elektrisch und thermisch sehr hoch ausgenutzten Drehstrom-Fahrmotoren für Hybridfahrzeuge - sowohl mit Käfig- als auch mit Permanentmagnetläufer - die Zusatzverluste (im Ständergehäuse, in den Magneten, in elektrisch leitfähigen Konstruktionsteilen) einen großen Teil der Gesamtverluste darstellen. Die Vorausberechnung der Verluste im Fahrspiel bei folglich unterschiedlichen elektrischen und mechanischen Größen Strom, Spannung, Frequenz, Drehzahl, Drehmoment und Temperatur ist daher mit vereinfachten Modellen nur bedingt möglich. Das gleiche gilt für die thermische Berechnung, da wegen der hohen Ausnutzung der Wärmefluss radial und axial erfolgt, so dass mit aus der Messung zurückgerechneten Wärmewiderständen gerechnet wurde. Es wird somit empfohlen, aus Messungen an Prototypen rückgerechnete Verluste und Wärmeersatzschaltbildparameter zu verwenden. Dann kann selbst mit einfachen Modellen eine gute Vorhersage des Wirkungsgrads und der Motortemperaturen im Fahrspiel getroffen werden. Im realen Betrieb eines Hybridfahrzeugs könnte das hier vorgestellte thermische Modell zur sensorlosen Überwachung der Temperatur der elektrischen Maschinen eingesetzt werden.
Elektrische und thermische Simulationsmodelle flüssigkeitsmantelgekühlter Asynchron- und permanentmagnet-Synchronmaschinen für den Einsatz in Hybrid-Elektrofahrzeugen
2007
14 Seiten, 11 Bilder, 8 Tabellen, 8 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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