Oliver Zirn
Elektrifizierung in der Fahrzeugtechnik
Grundlagen und Anwendungen (Themenschwerpunkt: Elektroauto)
Vorwort
6
Inhaltsverzeichnis
8
1 Einleitung
12
2 Grundlagen der Elektrotechnik
15
2.1 Gleichstromnetzwerke
15
2.1.1 Hydraulisch-elektrische Analogiebetrachtung
17
2.1.2 Ohm’sches Gesetz, Knoten- und Maschenregel
22
2.1.3 Spannungs- und Stromquelle
34
2.1.4 Superposition
42
2.1.5 Knotenpotenzialverfahren
45
2.2 Elektrisches Feld
54
2.2.1 Elektrische Feldstärke und elektrischer Fluss
55
2.2.2 Kapazität
58
2.2.3 Feldeffekt-Transistor
62
2.3 Magnetisches Feld
65
2.3.1 Magnetischer Fluss und magnetischer Kreis
66
2.3.2 Induktionsgesetz und Selbstinduktivität
76
2.3.3 Kraftwirkungen im Magnetfeld
84
2.4 Wechselstromnetzwerke
89
2.4.1 Darstellung im Zeitbereich
90
2.4.2 Komplexe Wechselstromrechnung
92
2.4.3 Netzwerke an veränderlicher Frequenz
99
2.4.4 Schein-, Wirk- und Blindleistung
103
2.5 Nichtharmonische periodische Signale
105
2.5.1 Fourier-Analyse und Spektrum
105
2.5.2 Fourier-Transformation
108
2.6 Transiente Vorgänge
110
2.6.1 Analyse transienter Vorgänge im Zeitbereich
111
2.6.2 Laplace-Transformation
115
2.7 Literatur
121
3 Grundlagen der Modellbildung
122
3.1 Mechanische Strukturen
122
3.1.1 Einmassenschwinger
123
3.1.2 Zweimassenschwinger
128
3.1.3 Beschreibung in modalen Koordinaten
131
3.2 Thermalanalyse
134
3.2.1 Grundlagen der Thermalanalyse
134
3.2.2 Thermische Mehrkörpersysteme
137
3.3 Elektrochemische Energiespeicher und Wandler
141
3.3.1 Akkumulatoren
141
3.3.2 Brennstoffzelle
144
3.4 Literatur
145
4 Simulation mechatronischer Systeme
146
4.1 Modellbildung
147
4.2 Systemidentifikation und messtechnische Validierung
153
4.3 Ingenieurwissenschaftliche Softwarewerkzeuge
157
4.3.1 MATLAB
158
4.3.2 Simulink
166
4.3.3 MATLAB-/Simulink-Kurzreferenz mit Beispielen
170
4.4 Literatur
177
5 Elektrische Antriebstechnik
179
5.1 Gleichstrommaschine
180
5.1.1 Permanentmagnetisch erregte Gleichstrommaschine
181
5.1.2 Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine
193
5.2 Drehfeldmaschinen
203
5.2.1 Vom Drehstrom zum Drehfeld
203
5.2.2 Asynchronmaschine
205
5.2.3 Synchronmaschine
213
5.3 Bewegungswandler und Antriebsanpassung
220
5.3.1 Reihengesetzmäßigkeiten elektrischer Maschinen
220
5.3.2 Bewegungswandler
222
5.4 Workshop BLDC-Motor
227
5.4.1 Motorbetrieb
228
5.4.2 Bremsbetrieb
233
5.5 Literatur
234
6 Ansteuerung elektrischer Antriebe
235
6.1 Regelstrecke und Spannungssteuerung
236
6.2 Strom- und Momentenregler
238
6.3 Drehzahl- und Geschwindigkeitsregler
241
6.4 Feldorientierte Regelung
248
6.5 Positionsregler und Führungsgrößengenerierung
255
6.6 Workshop Antriebssimulation
258
6.6.1 Spannungsgesteuerter DC-Motor
259
6.6.2 DC-Motor mit PI-Drehzahlregelung
262
6.6.3 DC-Motor mit kaskadierter Lageregelung
264
6.6.4 DC-Motor mit elastisch angekoppelter Last
266
6.6.5 Lagegeregelte Servoachse mit elastischer Last
269
6.7 Literatur
272
7 Elektrifizierte Fahrzeugantriebe
273
7.1 Fahrzeug-Längsmodell
274
7.1.1 Prinzipieller Aufbau des Längsmodells
274
7.1.2 Zugkraft und Lastmodell
277
7.1.3 Antriebsstrangmodell
279
7.1.4 Fahrermodell und Lastzyklus
282
7.1.5 Implementierung in Simulink
286
7.2 Elektrifizierte Traktionsantriebe
292
7.2.1 Antriebskennlinie
293
7.2.2 Reichweitenabschätzung
294
7.2.3 Analytische Verbrauchsabschätzung
296
7.3 Hybridfahrzeuge
300
7.3.1 Betriebsarten von Parallelhybriden
302
7.3.2 Nachhybridisierung von Pkw
306
7.3.3 Hybridisierungspotenziale von Nutzfahrzeugen
310
7.4 Workshop elektrifizierte Ultraleicht-Fahrzeuge
318
7.5 Literatur
324
Sachwortverzeichnis
326
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