Hybridantriebe sind neben der Entwicklung von batterie- und brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeugen ein technisch gangbarer Weg, den Energiekonsum von Kraftfahrzeugen zu senken. Mit einer größeren Batterie und einem Ladeanschluss bieten Plug-In-Hybride die Möglichkeit, die Vorteile eines Elektroantriebs mit der Alltagstauglichkeit und hohen Verfügbarkeit konventioneller Antriebe zu kombinieren. Im Rahmen der Arbeit ist das Potenzial von teilelektrifiziertem Antrieb und vorausschauenden Assistenzsystemen zur Senkung des Energieverbrauchs in der Simulation und auf ausgewählten Routen mit inner- und außerstädtischen Streckenabschnitten im Raum Aachen untersucht worden. Die erforschten Vorausschausysteme stellen eine sinnvolle Ergänzung eines hybridisierten Antriebs dar, da in beiden Fällen eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs aufgezeigt wurde. Im Vergleich zu heutigen Hybridfahrzeugen, die nicht die Geschwindigkeits- und Steigungsinformationen einer Digitalkarte nutzen, konnte beim Versuchsträger gezeigt werden, dass mit diesen Daten ein Leistungs- und Energieprofil erstellt werden kann. Eine exakte Prognose der zu erwartenden Geschwindigkeit ist aufgrund der mit den eingesetzten Mitteln nicht vorhersehbaren, verkehrsbedingten Abbrems- und Beschleunigungsmanövern zwar nicht möglich, aber es können zuverlässig Streckenabschnitte identifiziert werden. Dies gilt auch für Streckenabschnitte mit einer besonders hohen oder negativen Bedarfsleistung, die jedoch nur bei einem ausgeprägten Höhenprofil auftreten. Die entwickelte automatisierte Längsdynamikregelung erweitert die heute bereits bekannten ACC-Systeme um eine digitalkartenbasierte Geschwindigkeitsregelung. Diese ist an die hybridspezifischen Eigenschaften des Versuchsträgers angepasst, sodass bei infrastrukturbedingten Verzögerungssituationen auf den Einsatz der mechanischen Reibbremse verzichtet werden kann, da das notwendige Bremsmoment ausschließlich von der E-Maschine gestellt wird. In den Fahrversuchen mit der vorausschauenden Geschwindigkeitsregelung ist ebenfalls aufgezeigt worden, dass die Fahrweise des Umgebungsverkehr einen negativen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch ausüben kann, da eine nicht ökologische Fahrweise des direkt vorausfahrenden Fahrzeugs auf das eigene Fahrzeug übertragen wird. Neuartige Sensoren und fahrzeugübergreifende Kommunikationseinrichtungen (Car-to-X-Systeme) bieten eine weiterreichende Erfassung des Umgebungsverkehrs und somit zusätzliches Verbesserungspotenzial. In den durchgeführten Fahrversuchen ist der Kraftstoffverbrauch eines konventionell angetriebenen Fahrzeugs der Subkompaktklasse mit einem Plug-In-Hybrid-Prototyp verglichen worden. Im Kurzstreckenstadtverkehr, der für die Fahrzeugklasse des Versuchsträgers ein realistisches Anwendungsbeispiel darstellt, konnte der Verbrauch durch die Hybridsierung um bis zu 15% bei ausgeglichenem Batterieladegrad gesenkt werden, obwohl die maximal verfügbare Antriebsleistung um 50 % über der des konventionellen Fahrzeugs liegt. Eine weitere Senkung des Verbrauchs kann durch die Nutzung der Plug-In-Funktion erzielt werden. Durch die höhere Effizienz des elektrischen Antriebs können die Energiekosten bei den heutigen Preisen für Kraftstoff (1,60 /l) und Strom (0,25/kWh) um 30% gesenkt werden, wenn 30% der Fahrstrecke elektrisch zurückgelegt werden. Bei einem elektrischen Fahranteil von 90 % sinken die Energiekosten um 65 %. Ein Plug-In-Hybrid der Subkompaktklasse, bei dem ein elektrischer Fahranteil von 30 % und ein Mehrpreis von 3.500 angenommen wird, hat sich bei einer jährlichen Fahrleistung von 12.000 km und heutigen Energiepreisen nach sechs Jahren amortisiert. Plug-In-Hybride, die eine größere und teurere Batterie besitzen, würden sich bei einem elektrischen Fahranteil von 90 %, einer jährlichen Fahrleistung von 20.000 km und einem Mehrpreis von 12.500 erst dann nach 6 Jahren amortisieren, wenn die Energiekosten um mindestens 40 % über dem heutigen Niveau lägen. Voraussichtlich werden die Kosten für mineralölbasierte Kraftstoffe zunehmen, während für Batterien mit sinkenden Fertigungskosten gerechnet wird, sodass Plug-In- Hybride eine zunehmend wirtschaftlicher werdende Option zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und zum Erreichen von CO2-Grenzwerten darstellen. Da die bei der Stromerzeugung anfallenden Emissionen im Normzyklus bisher nicht berücksichtigt werden, ergeben sich für Plug-In-Hybride und Range-Extender-Fahrzeuge zudem sehr niedrige Emissionswerte im Normverbrauch (z.B. 27 g CO2/km beim Opel Ampera im Vergleich zu 89 g CO2/km beim Toyota Prius ohne Plug-In-Funktion). Der Einsatz eines vorausschauenden, digitalkarten basierten Energiemanagements bei einem Plug-In-Hybrid stellt einen technologisch gangbaren und wirtschaftlich sinnvollen Weg dar, die individuelle Mobilität mit Kraftfahrzeugen auch bei steigenden Energiepreisen und dem Wunsch nach weniger Emissionen sicherzustellen.


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    Title :

    Vorausschauendes Energiemanagement für Plug-In-Hybridfahrzeuge


    Contributors:


    Publication date :

    2013


    Size :

    142 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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