Mobility Compass

• Hiller, Marc
• Hoevenaars, Erik

Abstract

Batterieelektrische Fahrzeuge benötigen ein im Fahrzeug eingebautes Ladegerät, um die Energie aus dem Wechselstromnetz für die Gleichstrom- Batterie aufzubereiten. Integriertes Laden ist eine Methode der Integration von Ladefunktionalität in die Antriebsstrangkomponenten, welche während des Parkens außer Betrieb sind, mit dem Ziel, Kosten, Gewicht und Volumen des Ladegerät zu sparen. Das Laden ohne die Sicherheitsmaßnahme einer galvanischen Trennung im Ladegerät ist möglich mit zusätzlichen Maßnahmen gegen elektrischen Schlag, z.B. mit einer Fehlerstromerkennung und entsprechenden Trenneinrichtung. Im Stand der Technik wurden 33 integrierte Ladekonzepte gefunden und bezüglich Antriebsstrangnutzung, benötigte Komponenten, Drehmoment der elektrischen Maschine und Wirkungsgrad verglichen.Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues galvanisch getrenntes integriertes Ladekonzept beschrieben, mit dem Ziel, die Effizienz zu verbessern und gleichzeitig auftretendes Drehmoment in der Maschine zu vermeiden. Der Antriebsstrang wird als DC/DC-Wandler mit der elektrischen Maschine als Transformator im Stillstand genutzt. Berechnungen zeigen eine maximale Effizienz von 88%. Ansätze zur Verbesserung des Wirkungsgrads und zur Integration des Energieflusses im Bordnetz werden in dieser Arbeit vorgeschlagen und diskutiert. Allerdings muss der Rotorkäfig geöffnet werden, um ein Drehmoment während des Laden zu vermeiden. Dies stellt einen ähnlichen Aufwand dar wie die Darstellung eines separaten Ladegeräts. Somit ist dieses Konzept aus heutiger Sicht wegen niedriger Effizienz und hoher Kosten gegenüber einem separaten Ladegerät nicht konkurrenzfähig.Zwei Ladekonzepte ohne galvanische Trennung, die eine sechsphasige elektrische Maschine als in Serie geschaltete Hoch- und Tiefsetzsteller nutzen, werden im Rahmen der Arbeit vorgestellt und bezüglich der benötigten Komponenten, der Effizienz und des Drehmoments des Maschine ausgearbeitet. Die Antriebsstrangverluste werden für die Ladebedingungen mit Gleichströmen analysiert, basierend auf neuen Materialcharakterisierungen für die angewendete Belastung. Es wurden Wirkungsgrade bis zu 93% demonstriert und auch in theoretischen Berechnungen mit einer maximalen Abweichung von ±1% zum experimentellen Befund bestätigt. Zum Schutz gegen elektrischen Schlag bei nicht isolierten Ladekonzepten werden drei Konzepte für eine Fehlerstrommessung präsentiert und anhand von Messergebnissen analysiert. Siliziumkarbid-Inverter-Technologien zeigen in Kombination mit diesen Ladekonzepten Wirkungsgrade, die vergleichbar zu herkömmlichen separaten Ladegeräten sind, und weisen dabei deutlich geringere Kosten auf.

Topics

• electric vehicle
• inverter
• power train

Search in FID move catalog