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Entwicklung einer Betriebsstrategie zur Realisierung hybrider Ansätze im Kraftfahrzeug unter Dymola/Modelica
Reiner Egglhuber Technische Universität München Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Hans-Georg Herzog Zusammenfassung der Diplomarbeit Aufgrund einer steigenden Anzahl elektrischer Verbraucher ist die installierte elektrische Maximalleistung in Fahrzeugen der Premiumklasse nicht mehr durch die Generatorleistung gedeckt. In Fahrsituationen, in welchen eine Vielzahl elektrischer Verbraucher gleichzeitig angeschaltet ist, muss die Batterie die Differenz der vom Generator nicht mehr erzeugbaren Leistung übernehmen. In Folge dessen verringert sich die Lebensdauer des Batteriesystems und ein sicherer Wiederstart des Verbrennungsmotors kann nicht immer garantiert werden. Um diese Situation zu überwinden, haben die Automobilhersteller elementare Energiemanagementsysteme in ihre Fahrzeuge integriert, welche eine priorisierte Abschaltung von Verbrauchern in kritischen Fahrsituationen ermöglichen. Allerdings handelt es sich hierbei um Insellösungen, welche selbst in der Fahrzeugflotte eines Herstellers nicht einheitlich sind und zukünftigen Entwicklungen im Bezug auf Modularität und Skalierbarkeit nicht gerecht werden. Das im Rahmen der Diplomarbeit entworfene Energiemanagement versucht durch einen allgemein gehaltenen Ansatz eine einfache Integrierbarkeit in unterschiedliche Bordnetztopologien (Ein- und Mehrspannungsebene) sowie unterschiedliche Bordnetzkonfigurationen (Anzahl der Erzeuger/Verbraucher) zu gewährleisten. Durch den entwickelten Aufbau wird eine fahrsituationsabhängige Priorisierung der elektrischen Verbraucher respektive deren Leistungsaufnahme ermöglicht. Die Steuerung und Betriebsführung der beteiligten elektrischen Komponenten erfolgt über einen virtuellen Energiepreis, der im Energiemanagementsystem nach den marktwirtschaftlichen Prinzipien von Angebot (Generatorleistung) und Nachfrage (Verbraucherleistung) ausgehandelt wird. Alle Marktteilnehmer werden in Form von Kosten-Leistungs-Funktionen abgebildet, welche entsprechend ihrer Parametrisierung Informationen wie Sicherheitsrelevanz und Priorisierung der Komponente beinhalten Gleichzeitig soll mit dem entworfenen System eine Steuerung der Energieflüsse während verschiedener Fahrsituationen, wie Start-Stopp und Rekuperation, ermöglicht werden. Die Funktionsweise des Energiemanagements wird exemplarisch an einem Mehrspannungsbordnetz (168 V – 12 V) in einer Gesamtfahrzeugsimulation untersucht. Die sich aus unterschiedlichen Betriebsweisen (Start-Stopp-Betrieb, Rekuperation) ergebenden Potentiale zur Kraftstoffeinsparung mit Hilfe eines Hybridantriebs wurden in Simulationsreihen mit unterschiedlichen Bordnetzleistungen untersucht. Dabei stellte der Neue Europäische Fahrzyklus (NEFZ) die Basis dar, um vergleichbare Aussagen über das Verhalten der im Bordnetz integrierten Bestandteile treffen zu können. Durch die Rekuperation von Bremsenergie und das Abschalten des Verbrennungsmotors in Stillstandsphasen konnten Kraftstoffeinsparungen von 8 %, bezogen auf den ermittelten Verbrauch in der Ausgangskonfiguration erreicht werden. Mit Start-Stopp-Betrieb bei gleichzeitigem Motorstopp in Rekuperationsphasen konnte der Verbrauch um 17 % reduziert werden. < zurück |
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