Fahrleistungsoptimale Ansteuerung einer elektrischen Maschine und eines elektrischen Verdichters auf 48V Spannungungslage

Der Einsatz einer elektrischen Maschine auf 48 V Spannungslage im Antriebsstrang ermöglicht eine, verglichen mit Hochvolt-Systemen, kostengünstige Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs. Diese Verbesserung kann durch Brems-Rekuperation in Verbindung mit der Ablastung des Verbrennungsmotors und der Elektrifizierung von üblicherweise verbrennungsmotorisch angetriebenen Nebenverbrauchern erzielt werden. Die elektrische Maschine ermöglicht darüber hinaus, Defizite im Ansprechverhalten eines Verbrennungsmotors zu kompensieren. Insbesondere hochaufgeladene Verbrennungsmotoren haben eine vergleichsweise niedrige Dynamik im Ladedruckaufbau und profitieren daher von der sofort verfügbaren elektrischen Unterstützung. Die 48 V Spannungslage ermöglicht den Einsatz eines leistungsfähigen, elektrisch angetriebenen Verdichters, der in Kombination mit einem Abgasturbolader den Ladedruckaufbau unabhängig vom Abgasmassenstrom signifikant verbessert. Der Systemaufbau gewährleistet vor allem bei verbrauchsgünstigen, niedrigen Motordrehzahlen eine hohe Dynamik des Momentenaufbaus. Die Kombination aus elektrisch angetriebenem Verdichter und einer elektrischen Maschine im Antriebsstrang verbessern die Dynamik und die Fahrleistung eines Fahrzeugs deutlich und stellen einen erlebbaren Kundennutzen dar. Aufgrund einer notwendigen und effizienten Systemauslegung können unter bestimmten Voraussetzungen Systemgrenzen im Bordnetz erreicht werden. Die verfügbare Bordnetz-Leistung wird durch die 48 V Batterie als auch durch weitere Nebenverbraucher eingeschränkt. Die Leistungsverfügbarkeit ist während des Fahrzeugbetriebs nicht konstant, wobei in der Batterie die Zelltemperatur und das Batteriestromprofil über der Zeit die Haupteinflussfaktoren sind. Die Veröffentlichung zeigt Ansätze zur Optimierung der Leistungsverteilung mehrerer voneinander abhängiger 48 V-Komponenten in verschiedenen dynamischen Fahrmanövern auf. Dabei soll für variierende Leistungsverfügbarkeit des Bordnetzes ein fahrleistungsoptimaler Fahrzeugbetrieb gewährleistet werden. Zur Lösung dieses Optimierungsproblems werden statische, empirische Modelle verwendet. Die dynamischen Fahrmanöver, zur Identifikation der Modellparameter, werden automatisiert an einem Antriebsstrang-Prüfstand durchgeführt. Die Verwendung statischer Modelle wird dadurch möglich, dass die dynamischen Fahrmanöver mithilfe von Bewertungskriterien auf ein statisches Systemverhalten reduziert werden. Die Optimierungs-Ergebnisse werden in einem Versuchsfahrzeug auf der Teststrecke validiert.

Autor: Klaus Lüpkes
Co-Autors: Julien Pillas / Reiner Pätzold / Prof. Dr.-Ing. Bernard Bäker

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