Ein Beitrag zur Modellierung des Antriebsstrangs von Hybrid-Elektrofahrzeugen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung von Antriebssträngen für
Hybridfahrzeuge (HEV), die im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen sparsamer
im Kraftstoffverbrauch sind.

Zunächst werden makroskopische Simulationsmodelle für die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs von zwei unterschiedlichen Hybridfahrzeugen mit parallelem Antriebsstrang vorgestellt. Die Komponenten des konventionellen Antriebsstrangs sind dabei durch Kennlinien bzw. Kennlinienfelder nachgebildet. Der elektrische Antriebsstrang der HEV besteht aus einer NiMH-Traktionsbatterie, einem spannungsgeführten Pulswechselrichter (WR) und einer Permanentmagnet-SYnchronmaschine bzw. einer Käfigläufer-Asynchronmaschine. Für den WR und die elektrischen Maschinen sind statische Verlustmodelle zur Berechnung des Wirkungsgrades und thermische Modelle für die Berechnung ihrer Temperaturen vorgesehen. Die Verlustmodelle und die thermischen Modelle der WR und der elektrischen Maschinen wurden anhand von Messdaten verifiziert.

Die Ansteuerung der Antriebe des Triebstrangs übernimmt ein allgemein gültiges Energiemanagement, das für minimale Triebstrangverluste sorgt. Der mit den makroskopischen Simulationsmodellen berechnete Kraftstoffverbrauch der HEV wird mit Simulationsergebnissen für den Kraftstoffverbrauch konventioneller Fahrzeuge verglichen. Typische Einsparpotenziale betragen abhängig vom Fahrzyklus 15% ... 25%.

Für den elektrischen Antriebsstrang der HEV wurden weiterhin mikroskopische Modelle mit hoher Detailgenauigkeit entwickelt. Die Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs sind dabei durch mathematische Modelle nachgebildet. Mit den mikroskopischen Modellen lassen sich kurzzeitige mechanische, elektrische und thermische Beanspruchungen innerhalb des elektrischen Antriebsstrangs berechnen, was anhand ausgewählter Beispiele gezeigt wird.