Der steigende Leistungsbedarf im elektrischen Bordnetz und die Anforderung nach effizienteren Fahrzeugen sind dominante Faktoren für heutige und zukünftige Fahrzeugentwicklungen. Die Rückgewinnung der Bremsenergie ist eine wiederkehrend diskutierte Maßnahme den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Diese Arbeit widmet sich der elektrischen Rekuperation, wobei die zurückgewonnene elektrische Energie ausschließlich zur Versorgung des Bordnetzbedarfs genutzt wird. Zunächst werden die grundsätzlichen Optimierungsmöglichkeiten des elektrischen Energiebordnetzes hinsichtlich einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs dargestellt. Dafür werden die unterschiedlichen Alternativen qualitativ bewertet. Die nach dem Stand der Technik im heutigen elektrischen Bordnetzes verwendeten Komponenten Generator, Batterie und die Bordnetzlasten werden dargestellt. Besondere Aufmerksamkeit wird anschließend den neuen Komponenten geschenkt, die Bestandteil der betrachteten Bordnetztopologien sind. Die notwendigen Komponenten für eine Verbrauchsmodellierung des Antriebs werden beschrieben. Das Verzögerungsverhalten eines Fahrzeugs mit einem Stufenautomatgetriebe wird maßgeblich durch den hydrodynamischen Wandler geprägt. Schwerpunkt der Arbeit sind die neuen Bordnetztopologien. Ausgehend vom heutigen leicht modifizierten Bordnetz bis hin zu größeren topologischen Änderungen werden fünf Varianten beschrieben. Wissenschaftlichen Neuheitscharakter haben die dargestellten Energieflussregelungen, die das Energiemanagement abbilden. Die heute zur Verbrauchsermittlung verwendeten Testzyklen werden analysiert und deren Defizite in Bezug auf die Abbildung des Bremsverhaltens aufgezeigt. Basierend auf einer Analyse von Kundenfahrten wird eine Definition für den Kundenverbrauch vorgeschlagen, die die Verzögerungsphasen genauer abbildet. Die Analyse gibt Aufschlüsse über die Steuerung einer Rekuperationsfunktion. Alle Konzepte werden simulativ bewertet. Der hier beschriebene Weg der objektorientierten Modellierung für diese Systemklasse ist neu. Das entwickelte Modell wird beschrieben und durch Fahrzeugmessungen abgeglichen. Für die Bewertung werden Simulationsszenarien aufgespannt, die die Variantenvielfalt abdecken und so eine Abschätzung der Auswirkungen auf eine Fahrzeugflotte erlauben. Für jede eingeführte Topologie wird eine Auslegung durchgeführt. Kriterien sind sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Zyklisierung der Batterie. Zusammenfassend werden die Topologien untereinander verglichen und bewertet. Eine Projektion auf die Fahrzeugflotte eines Herstellers zeigt die Sensitivität der Verbrauchsmaßnahmen innerhalb der Produktpalette.
Rekuperation in elektrischen Energiebordnetzen von Kraftfahrzeugen
Power recuperation in automotive electrical power nets
2006
154 Seiten, 103 Bilder, 17 Tabellen, 112 Quellen
Theses
German
Rekuperation in elektrischen Energiebordnetzen von Kraftfahrzeugen
Automotive engineering | 2006
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