Hybridfahrzeuge - Ein alternatives Antriebskonzept für die Zukunft
von: Peter Hofmann
Springer-Verlag, 2011
ISBN: 9783211891919
Sprache: Deutsch
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| Title Page | 3 | ||
| Copyright Page | 4 | ||
| Vorwort | 5 | ||
| Table of Contents | 7 | ||
| Abkürzungsverzeichnis | 10 | ||
| Kapitel 1 Einleitung | 15 | ||
| 1.1 Verkehr und seine Auswirkungen auf die Umwelt | 15 | ||
| 1.2 Historie von Hybridfahrzeugen | 20 | ||
| 1.3 Prognosen für Hybridfahrzeuge | 26 | ||
| Kapitel 2 Definitionen und Klassifizierung der Hybridkonzepte | 30 | ||
| 2.1 Serieller Hybrid | 31 | ||
| Klassische Auslegung | 31 | ||
| Plug-In-Hybridfahrzeuge mit Range Extender | 33 | ||
| Vor- und Nachteile des Serienhybridantriebs | 33 | ||
| 2.2 Parallelhybrid | 34 | ||
| Vor- und Nachteile des Parallelhybridantriebes | 35 | ||
| 2.3 Leistungsverzweigter Hybrid | 36 | ||
| Geometrische Beziehungen und Definitionen [21] | 41 | ||
| Kinematische Beziehungen | 42 | ||
| Dynamische Gleichungen | 42 | ||
| Getriebestufen | 48 | ||
| Betriebsbereiche | 49 | ||
| 2.4 Micro-Hybrid | 55 | ||
| 2.5 Mild-Hybrid | 57 | ||
| 2.6 Full-Hybrid | 58 | ||
| 2.7 Plug-In-Hybrid | 59 | ||
| 2.8 Zusammenfassung – Hybridsysteme | 65 | ||
| Kapitel 3 Motivation zum Bau von Hybridantriebssystemen | 68 | ||
| 3.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen | 68 | ||
| 3.1.1 Situation in Kalifornien/USA | 70 | ||
| 3.1.2 Situation in Europa | 78 | ||
| Städtische Einfahrtbeschränkungen | 83 | ||
| 3.1.3 Zusammenfassung | 83 | ||
| 3.2 Kraftstoffverbrauch | 84 | ||
| 3.2.1 Lastpunktanhebung | 85 | ||
| 3.2.2 Start /Stopp | 88 | ||
| 3.2.3 Elektrisches Fahren | 90 | ||
| 3.2.4 Rekuperation | 95 | ||
| 3.2.5 Zusammenfassung Kraftstoffverbrauchseinsparungspotenzial | 100 | ||
| 3.3 Emissionen und Lärm | 102 | ||
| 3.3.1 Elektrisch emissionsfrei fahren | 102 | ||
| 3.3.2 Lastpunktverschiebung | 102 | ||
| 3.3.3 Start /Stopp | 106 | ||
| 3.4 Funktionalität | 107 | ||
| 3.4.1 E4WD – Elektrischer Allradantrieb | 107 | ||
| Leichtallradantrieb | 107 | ||
| High End- Allradantrieb | 107 | ||
| 3.4.2 Torque Vectoring | 107 | ||
| Torque-Vectoring-Funktion | 110 | ||
| 3.4.3 Spannungsversorgung – Power Station | 112 | ||
| Kapitel 4 Hybridkomponenten | 114 | ||
| 4.1 Verbrennungskraftmaschinen | 114 | ||
| 4.1.1 Ottomotoren | 114 | ||
| 4.1.2 Dieselmotoren | 115 | ||
| 4.1.3 Zweitaktmotoren | 115 | ||
| Vorteile | 116 | ||
| Nachteile | 117 | ||
| 4.1.4 Rotationskolbenmotoren | 117 | ||
| Funktion und Aufbau | 117 | ||
| Vorteile | 118 | ||
| Nachteile | 118 | ||
| 4.1.5 Stirlingmotor | 119 | ||
| Aufbau | 120 | ||
| Funktion | 121 | ||
| Vorteile | 122 | ||
| Nachteile | 122 | ||
| 4.1.6 Gasturbinen | 122 | ||
| Nachteile | 123 | ||
| 4.1.7 Brennstoffzellen | 123 | ||
| Vorteile | 125 | ||
| Nachteile | 125 | ||
| 4.2 Elektromaschinen | 126 | ||
| 4.2.1 Betriebsgrenzen und Kennlinien | 127 | ||
| Betriebsgrenzen | 127 | ||
| Charakteristik | 128 | ||
| 4.2.2 Gleichstrommaschinen | 131 | ||
| Funktionsprinzip | 131 | ||
| Verschaltungsmöglichkeiten für die Gleichstrommaschine | 132 | ||
| 4.2.3 Drehstrommaschinen | 132 | ||
| 4.2.4 Asynchronmaschine | 134 | ||
| 4.2.5 Synchronmaschinen | 135 | ||
| 4.2.6 Permanenterregte Synchronmaschinen | 135 | ||
| Aufbau | 136 | ||
| 4.2.7 Geschaltete Reluktanzmaschine | 137 | ||
| 4.2.8 Permanenterregte Transversalfl ussmaschinen | 139 | ||
| Bauformen der Transversalflussmaschine | 140 | ||
| 4.2.9 Vergleich der verschiedenen Elektromaschinen | 142 | ||
| 4.2.10 Ausführungsformen | 143 | ||
| 4.2.11 Getriebeintegration | 145 | ||
| Kurbelwellen-Starter-Generatoren (KSG) | 145 | ||
| Vorgelegegetriebe | 145 | ||
| Automatikgetriebe | 148 | ||
| Stufenlose Getriebe | 149 | ||
| 4.3 Leistungselektronik (Stromrichter) | 152 | ||
| 4.3.1 Halbleiter-Elemente | 154 | ||
| 4.3.2 Leistungselektronische Schaltungen | 155 | ||
| 4.4 Energiespeicher | 159 | ||
| 4.4.1 Allgemeines | 159 | ||
| 4.4.2 Sekundärelemente | 164 | ||
| Energetische Betrachtungen | 166 | ||
| Kenngrößen von Batterien | 167 | ||
| 4.4.3 Blei-Batterien (Pb/PbO2) | 170 | ||
| Funktion [87] | 170 | ||
| Aufbau | 170 | ||
| 4.4.4 Nickel-Cadmium-Batterien | 173 | ||
| Aufbau | 173 | ||
| 4.4.5 Nickel-Metallhydrid-Batteriesysteme | 173 | ||
| Funktion [84] | 173 | ||
| Bauformen von Nickel-Metallhydrid-Zellen | 174 | ||
| NiMH-Batterien für den Fahrzeugeinsatz | 175 | ||
| Zusammenfassung der generellen Eigenschaften des NiMH-Systems | 176 | ||
| 4.4.6 Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) | 177 | ||
| Funktion [84] | 177 | ||
| Bauformen von Li-Ionen-Zellen | 178 | ||
| Li-Ionen-Batteriesysteme | 179 | ||
| Generelle Eigenschaften | 180 | ||
| 4.4.7 Na-NiCl-Batterie ( Zebra) | 181 | ||
| 4.4.8 Natrium-Schwefel-Batterie | 181 | ||
| 4.4.9 Superkondensatoren | 181 | ||
| 4.4.10 Schwungradspeicher | 186 | ||
| 4.4.11 Hydropneumatische Speicher | 189 | ||
| Blasenspeicher | 191 | ||
| Kolbenspeicher | 192 | ||
| Membranspeicher | 192 | ||
| Auslegung und Kenngrößen | 192 | ||
| Zustände bzw. Zustandsänderungen | 194 | ||
| Hydrostatische Fahrantriebe | 196 | ||
| Hydraulische Kenngrößen des verlustfreien Antriebs [93] | 198 | ||
| 4.4.12 Vergleich der Energiespeichersysteme | 203 | ||
| Elektrische Energiespeicher | 203 | ||
| Vergleich aller möglichen Speicherformen | 207 | ||
| 4.5 Nebenaggregate | 208 | ||
| 4.5.1 Hydraulische Impulsspeicher HIS® | 209 | ||
| 4.5.2 Elektrische Servolenkung | 212 | ||
| 4.5.3 Heizung und Klimatisierung | 215 | ||
| Zuheizsysteme | 215 | ||
| Klimatisierung | 215 | ||
| Kältespeicher | 216 | ||
| Kapitel 5 Antriebsstrangmanagement | 219 | ||
| 5.1 Betriebszustände von Hybridfahrzeugen | 220 | ||
| 5.2 Betriebsstrategien | 221 | ||
| 5.2.1 Einteilung von Betriebsstrategien | 222 | ||
| Nicht kausale Betriebsstrategien | 222 | ||
| „Kausale“ Betriebsstrategien | 223 | ||
| Optimale Betriebsstrategien | 223 | ||
| Statische Optimierung | 223 | ||
| Numerische Optimierungsmethoden | 224 | ||
| Analytische Optimierungsmethoden | 224 | ||
| Suboptimale Betriebsstrategien | 224 | ||
| Heuristische Steuerungsstrategien | 224 | ||
| 5.3 Simulation von Hybridfahrzeugen | 225 | ||
| 5.3.1 Modellierung eines Hybridfahrzeugs | 226 | ||
| Mechanische Verbindung (rotatorisch) | 227 | ||
| Fahrer | 228 | ||
| Zyklus | 229 | ||
| HCU | 229 | ||
| Ergebnisse | 229 | ||
| Fahrzeugbus | 230 | ||
| Fahrzeug | 230 | ||
| Schlupf | 231 | ||
| Hinterachse (Vorderachse) | 232 | ||
| VKM | 232 | ||
| K2+Getriebe | 233 | ||
| GBCU | 234 | ||
| CCU | 234 | ||
| EStorageCU | 234 | ||
| ElectricStorage | 234 | ||
| EUnit | 235 | ||
| 5.3.2 Beispiel Betriebsstrategie | 235 | ||
| Lastpunktanhebung (LPA) im Stillstand | 236 | ||
| Motor aus (Start/Stopp) | 237 | ||
| Rekuperation | 237 | ||
| Lastpunktanhebung (LPA) | 238 | ||
| Elektrisches Fahren (E- Fahren) | 243 | ||
| Boosten | 244 | ||
| Reiner VKM-Betrieb | 245 | ||
| 5.3.3 Beispiel für Dimensionierung der E-Komponenten | 245 | ||
| 5.3.4 Betriebsstrategien unter Einbeziehung des Thermomanagements | 249 | ||
| Betriebsstrategien für schnellen Warmlauf – ohne Vernetzung der Kühlkreisläufe | 252 | ||
| Betriebsstrategien für schnellen Warmlauf – mit Vernetzung der Kühlkreisläufe | 254 | ||
| 5.4 Betriebsstrategien mit Prognosefunktionen | 255 | ||
| Vorausschauende Fahrerassistenzsysteme | 256 | ||
| Fahrstreckenerkennung und Prognose | 257 | ||
| Kapitel 6 Ausgeführte Pkw- und Motorrad-Hybridkonzepte | 261 | ||
| 6.1 Toyota Prius | 261 | ||
| Toyota Prius III | 271 | ||
| 6.2 Lexus RX400 h und RX450h | 273 | ||
| Lexus RX450h | 276 | ||
| 6.3 Lexus GS450h | 278 | ||
| 6.4 Lexus LS600h | 282 | ||
| 6.5 Integrated Motor Assist (IMA)-Hybridsystem von Honda | 287 | ||
| 6.6 Mercedes-Benz S 400 HYBRID | 297 | ||
| Start /Stopp | 301 | ||
| Rekuperation | 301 | ||
| Boost/Lastpunktverschiebung | 302 | ||
| 6.7 Mercedes-Benz ML 450 Hybrid | 304 | ||
| AHS-C-Two-Mode-Hybridgetriebe | 305 | ||
| E-Maschinen | 307 | ||
| NiMH- Hochvoltbatterie | 308 | ||
| Emissionskonzept | 308 | ||
| 6.8 BMW X6 ActiveHybrid | 309 | ||
| Betriebsstrategien und Hybridfunktionen | 313 | ||
| 6.9 Magna HYSUV | 315 | ||
| 6.10 VW Touareg Hybrid | 317 | ||
| Hybridmodul | 319 | ||
| Getriebe | 320 | ||
| Elektromaschine | 321 | ||
| Trennkupplung „K0“ | 321 | ||
| Batterie | 322 | ||
| Hybridsteuerung | 323 | ||
| Instationärausgleich | 324 | ||
| Boost | 325 | ||
| Elektrisches Fahren | 325 | ||
| Motorstart | 326 | ||
| Lastpunktverschiebung | 326 | ||
| Rekuperation | 327 | ||
| 6.11 AVL ECO Target | 327 | ||
| Funktionalitäten von ECO TARGET | 330 | ||
| 6.12 AVL Turbohybrid | 330 | ||
| 6.13 Opel Flextreme und Ampera | 337 | ||
| 6.14 VW twinDrive | 340 | ||
| Geschwindigkeitsbereich unter 50 km/h | 345 | ||
| Geschwindigkeitsbereich über 50 km/h | 345 | ||
| 6.15 Toyota Supra HV-R (Hybrid) | 345 | ||
| 6.16 Piaggio MP3 Hybrid | 346 | ||
| Kapitel 7 Ausgeführte Lkw- und Bus-Hybridkonzepte | 351 | ||
| 7.1 Hybridbusse | 356 | ||
| 7.1.1 Orion VII HybriDrive | 356 | ||
| 7.1.2 Mitsubishi Fuso Aero | 358 | ||
| 7.1.3 Mercedes-Benz Citaro G BlueTec Hybrid | 359 | ||
| 7.1.4 MAN Hybridbusse | 361 | ||
| 7.1.5 Hess Doppelgelenk-Hybridbus | 366 | ||
| 7.1.6 7700 parallel Hybrid Volvo I-SAM | 367 | ||
| 7.1.7 IVECO – Irisbus Hynovis | 369 | ||
| 7.1.8 Solaris Urbino 18 | 370 | ||
| 7.1.9 Scania Hybrid Concept Bus | 371 | ||
| 7.2 Hybrid-Lkw | 374 | ||
| 7.2.1 Mercedes-Benz Sprinter Plug-In-Hybrid | 374 | ||
| 7.2.2 MAN Verteiler-Lkw | 377 | ||
| 7.2.3 Mitsubishi Fuso Canter Eco Hybrid | 381 | ||
| 7.2.4 Mercedes-Benz Freightliner M2 | 384 | ||
| 7.2.5 Mercedes-Benz Atego BlueTec Hybrid | 385 | ||
| 7.2.6 Volvo FE Abfallentsorgungsfahrzeug | 387 | ||
| 7.2.7 Abfallsammelfahrzeug mit hydrostatisch-regenerativem Bremssystem (HRB) | 388 | ||
| Kapitel 8 Ausblick | 390 | ||
| Kapitel 9 Literatur | 392 | ||
| Sachverzeichnis | 402 |
