Hybridkraftfahrzeuge und Elektroautos spielen für die Automobilindustrie eine immer wichtigere Rolle. Begrenzte Ressourcen und steigende Kraftstoffpreise prägen die Ansprüche von Verbrauchern. Durch energie- und umweltpolitische Vorgaben wird das Interesse an alternativen Antriebsformen zusätzlich gesteigert.
Auch in der Lehre an Universitäten und Hochschulen nimmt die die Technologie einen größeren Stellenwert ein, neben klassischen Themen der Fahrzeugtechnik gewinnen moderne Hochleistungselektronik und die Entwicklung neuer Materialien für die Batterie- und Motortechnik an Bedeutung.
Leicht nachvollziehbar und mit der langjährigen Erfahrung aus Industrieforschung, Unternehmensfortbildung und akademischer Lehre vermitteln die Autoren Grundwissen und weiterführende Aspekte.
* Grundlagen der Hybridtechnik
* Einführung in Speicherelemente wie Batterien, Kondensatoren und Brennstoffzellen
* Überblick über gängige Hybridisierungskonzepte in Kraftfahrzeugen
* Leistungselektronik, Elektromotoren und elektrische Maschinen
* Komponentenauslegung und Designoptimierung
* Leistungs- und Energiemanagement im Fahrzeug
* Zuverlässigkeit, elektromagnetische Verträglichkeit und Lebensdauer
* Entwicklungen bei fortgeschrittenen Architekturen des Hybrid-Antriebsstrangs wie Planetengetriebe, Doppelkopplungsgetriebe und Two-Mode-Hybridsysteme
* Modellierung und Simulation auf Basis von MATLAB/Simulink
Am Beispiel von Zügen, Flugzeugen, Schiffen und weiteren Transportmitteln wird der Einsatz von Hybridtechnik außerhalb der Automobilindustrie erläutert. Fragen zu Kommerzialisierung und Standardisierung geben einen Ausblick auf die wirtschaftliche Entwicklung.
Das erste in sich abgeschlossene Lehrbuch über alles, was man alles, was man zu Konzeption und Betrieb von Hybridfahrzeugen wissen muss.
Table of Content
EINLEITUNG
Nachhaltigkeit im Transportwesen
Kurze Beschreibung der Entwicklung von HEVs
Gründe für Aufkommen und Misserfolg von EVs in den 1990er-Jahren und was daraus gelernt werden kann
Konfigurationen von HEVs
Das fachbereichsübergreifende Wesen von HEVs
Stand der Technik bei HEVs
Herausforderungen und Schlüsseltechnologie bei HEVs
Die ‘unsichtbare Hand’ und Unterstützung durch die Regierung
KONZEPT DER AUTOMOBIL-HYBRIDISIERUNG
Fahrzeuggrundlagen
Grundlagen der EVs
Grundlagen des HEV
Grundlagen des Plug-in-Hybrid-elektrischen Fahrzeugs (PHEV)
Grundlagen von Brennstoffzellenfahrzeugen (FCVs)
HEV-GRUNDLAGEN
EInleitung
Fahrzeugmodell
Fahrzeug-Performance
Dimensonierung/Auslegung der Komponenten des Antriebsstrangs von EVs
Serielle Hybridfahrzeuge
Parallele Hybridfahrzeuge
Dynamik des Reifenschlupfs
MODERNE HEV-KONFIGURATIONEN UND DYNAMIK DES HEV-ANTRIEBSSTRANGS
Prinzip von Planetengetrieben
Hybridantrieb des Toyota Prius und des Ford Escape
Two-Mode-Hybridantrieb von GM
Doppelkupplung-Hybridgetriebe
Die von Zhang et al. vorgeschlagene Hybrid-Kraftübertragung
Der Renault IVT-Hybridantrieb
Two-Mode-Hybrid-Kraftübertragung von Timken
Die Hybrid-Kraftübertragung von Tsai
Hybrid-Kraftübertragung mit Drehzahl- und Drehmoment-Kopplungsmechanismus
Der Toyota Highlander und Toyota Lexus Hybrid, elektrischer Vierradantrieb
Der Toyota-Camry-Hybridantrieb
Der Chevy-Volt-Antriebsstrang
Dynamik von Kraftübertragungen auf der Basis von Planetenradgetrieben
Fazit
PLUG-IN-HYBID-ELEKTRISCHE FAHRZEUGE
Vorstellung von PHEVs
PHEV-Konfigurationen
Äquivalente elektrische Reichweite von Blended-PHEVs
Kraftstoffeffizienz von PHEVs
Leistungsmanagement von PHEVs
PHEV-Auslegung und Dimensionierung der Komponenten
Dimensionierung von Komponenten von EREVs
Dimensionierung/Auslegung von Komponenten von Blended-PHEVs
HEV-Umbauten zu PHEVs
Sonstige Themenbereiche zu PHEVs
Vehicle-to-Grid-Technologie
Fazit
SPEZIELLE HYBRIDFAHRZEUGE
Hydraulische Hybridfahrzeuge
Gelände-HEVs
Diesel-HEVs
Elektrische oder Hybrid-Schiffe, -Luftfahrzeuge und -Lokomotiven
Sonstige Industrie-Nutzfahrzeuge
HEV-ANWENDUNGEN FÜR MILITÄRFAHRZEUGE
Warum HEVs für militärische Anwendungen vorteilhaft sein können
Landfahrzeuganwendungen
Militärische Anwendungen für Nicht-Landfahrzeuge
Robustheit von Geräten
DIAGNOSE, PROGNOSTIK, BETRIEBSSICHERHEIT, EMV UND ANDERE THEMENBEREICHE RUND UM HEVS
Diagnose und Prognostik bei HEVs und Evs
Betriebssicherheit von HEVs
EMV-Probleme
NVH-Effekte, elektromechanische und sonstige Probleme
Probleme im Zusammenhang mit dem Lebensdauerende
LEISTUNGSELEKTRONIK IN HEVS
Einleitung
Grundprinzip der Leistungselektronik
Gleichrichter in HEVs
In HEVs verwendete Abwärtswandler
Nicht isolierte bidirektionale DC/DC-Wandler
Wechselrichter
Stromrichter
Bidirektionale DC/DC-Wandler mit galvanischer Trennung
PWM-Gleichrichter in HEVs
Batterieladegeräte für EVs und PHEVs
Modellierung und Simulation von HEV-Leistungselektronik
Neu entwickelte Leistungselektronikgeräte
Schaltkreisgehäuse
Wärmemanagement in der HEV-Leistungselektronik
Fazit
ELEKTRISCHE MASCHINEN UND ANTRIEBE IN HEVS
Einleitung
Asynchronmotorantriebe
Permanentmagnetmotorantriebe
Geschaltete Reluktanzmotoren
DSPM-Maschinen
Auslegung und Dimensionierung von Traktionsmotoren
Thermische Analyse und Modellierung von Traktionsmotoren
Fazit
BATTERIEN; SUPERKONDENSATOREN; BRENNSTOFFZELLEN UND STEUERUNGEN
Einleitung
Kennzeichnung von Batterien
Vergleich von unterschiedlichen Energiespeichertechnologien für HEVs
Modellierung anhand elektrischer Ersatzschaltbilder
Batterieladesteuerung
Lademanagement von Energiespeichervorrichtungen
Schwungrad-Energiespeichersystem
Hydraulische Energiespeichersysteme
Brennstoffzellen und hybrides Brennstoffzellen-Energiespeichersystem
Fazit und Diskussion
MODELLIERUNG UND SIMULATION VON ELEKTRO- UND HYBRIDFAHRZEUGEN
Einleitung
Grundprinzipien der Modellierung von Fahrzeugsystemen
HEV-Modellierungen mit ADVISOR
HEV-Modellierungen mit PSAT
Physikalische Modellierungen
Bond
About the author
Chris Mi ist Professor für Elektro- und Computertechnik sowie Direktor des Labors für Leistungselektronik an der Universität Michigan.
M. Abul Masur ist Professor an der Universität Detroit-Mercy und vertritt dort das Thema Elektro- und Hybridfahrzeuge in der Lehre.
David Wenzhong Gao ist Professor für Elektro- und Computertechnik und Direktor des Labors für Erneuerbare Energien und Leistungselektronik an der Universität Denver.
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