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T1 - Gesamtsystemoptimierung eines Antriebs für batteriegespeiste Elektrofahrzeuge

AU - Kaserer, Günther

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Für die Auslegung des Antriebes wurde zuerst eine Modellbildung des Fahrzeuges durchgeführt. Damit konnten sämtliche Anforderungen in puncto Kräfte, Geschwindigkeiten, Spannungen, Ströme, Leistungen und Energien an das Elektrofahrzeug ermittelt. Auch für die Batterie wurde eine Modellbildung durchgeführt. Als Resultat entstand ein vollautomatischer computergesteuerter Batterieprüfstand. Mit den obigen Anforderungen konnte der Umrichter ausgelegt werden, Hauptteil der Dissertation in der Hardware ist die Entwicklung eines neuen Umrichters. Insbesondere wurde eine neue Umrichtertopologie für Elektrofahrzeuge vorgestellt. Dadurch erhält man den zusätzlichen Freiheitsgrad einer variablen Zwischenkreisspannung. Damit kann der Systemwirkungsgrad besonders bei kleineren Ausgangsspannungen verbessert werden. Außerdem kann die Batterie aufgeteilt werden: Fällt in einem Teil eine Zelle aus, so kann noch mit den anderen Teilen der Batterie weitergefahren werden. Für den Umrichter wurde eine eigene Kühlplatte entwickelt. Die gestattet eine spezielle zweiseitige Konstruktion zugleich mit optimierter niederinduktiver Anordnung (Bleche). Dadurch ergeben sich niedrige Schaltüberspannungen (gute Ausnutzung der Ventile) und niedrige Verluste. Der Umrichter ist zugleich das Ladegerät, ein zusätzliches getrenntes Hochleistungsladegerät wird überflüssig. Passend zum Umrichter wurde ein neuer 3-phasiger Motor angedacht. Der Rotor wurde soweit optimiert, dass sich ein annähernd sinusförmiger Flussverlauf in der Maschine ergibt. Der Motor eignet sich außerdem auch für Netzanwendungen, sehr hohe Drehzahlen und sensorlose Regelungen. Sehr viel Wert wurde auf das Konzept der modularen Hardware gelegt. Ziel war es, dass an mehreren Stellen (Schnittstellen) die Hardwarebausteine (Maschine, PC/DSP/Mikrocontroller und Sensoren) einfach austauschbar sind. Im Kapitel Modulare Software wurde für den Zugriff auf die Peripherie eine neue Variante vorgestellt. Diese erspart zusätzlichen - nur schlecht auf andere Plattformen portierbaren - Code im Compiler und im Linker (Linkerskript) zur Abbildung der Struktur auf die physikalischen Register. Es wurden neue Funktionen gezeigt, die das Arbeiten mit Strukturen (zB 2 Werte für komplexe Zahlen, 3 Werte für 3D, 3 Werte für 3-Phasen-Motoren, 2 Werte für d-q-Regelung von 3-Phasen-Motoren, usw.) deutlich verbessern und vereinfachen. Hauptteil der Dissertation in der Software ist ein neuer Festkommadatentyp. Die meisten Anwendungen im Embedded-Bereich kommen mit diesem einen Datentyp aus, es ist kein anderer Fließ- oder Festkommadatentyp mehr notwendig. Die Anforderungen an die Rechnerarchitektur wurden genau beschrieben. Auch neue Winkelfunktionen für eine optimierte Möglichkeit der Winkelangabe wurden realisiert. Die Anwendung in der Winkelmessung wurde ebenfalls gezeigt. Zum Schluss wurde noch auf die Regelung der PMSM eingegangen und wie aus ihr noch mehr Drehmoment herausgeholt werden kann.

AB - Für die Auslegung des Antriebes wurde zuerst eine Modellbildung des Fahrzeuges durchgeführt. Damit konnten sämtliche Anforderungen in puncto Kräfte, Geschwindigkeiten, Spannungen, Ströme, Leistungen und Energien an das Elektrofahrzeug ermittelt. Auch für die Batterie wurde eine Modellbildung durchgeführt. Als Resultat entstand ein vollautomatischer computergesteuerter Batterieprüfstand. Mit den obigen Anforderungen konnte der Umrichter ausgelegt werden, Hauptteil der Dissertation in der Hardware ist die Entwicklung eines neuen Umrichters. Insbesondere wurde eine neue Umrichtertopologie für Elektrofahrzeuge vorgestellt. Dadurch erhält man den zusätzlichen Freiheitsgrad einer variablen Zwischenkreisspannung. Damit kann der Systemwirkungsgrad besonders bei kleineren Ausgangsspannungen verbessert werden. Außerdem kann die Batterie aufgeteilt werden: Fällt in einem Teil eine Zelle aus, so kann noch mit den anderen Teilen der Batterie weitergefahren werden. Für den Umrichter wurde eine eigene Kühlplatte entwickelt. Die gestattet eine spezielle zweiseitige Konstruktion zugleich mit optimierter niederinduktiver Anordnung (Bleche). Dadurch ergeben sich niedrige Schaltüberspannungen (gute Ausnutzung der Ventile) und niedrige Verluste. Der Umrichter ist zugleich das Ladegerät, ein zusätzliches getrenntes Hochleistungsladegerät wird überflüssig. Passend zum Umrichter wurde ein neuer 3-phasiger Motor angedacht. Der Rotor wurde soweit optimiert, dass sich ein annähernd sinusförmiger Flussverlauf in der Maschine ergibt. Der Motor eignet sich außerdem auch für Netzanwendungen, sehr hohe Drehzahlen und sensorlose Regelungen. Sehr viel Wert wurde auf das Konzept der modularen Hardware gelegt. Ziel war es, dass an mehreren Stellen (Schnittstellen) die Hardwarebausteine (Maschine, PC/DSP/Mikrocontroller und Sensoren) einfach austauschbar sind. Im Kapitel Modulare Software wurde für den Zugriff auf die Peripherie eine neue Variante vorgestellt. Diese erspart zusätzlichen - nur schlecht auf andere Plattformen portierbaren - Code im Compiler und im Linker (Linkerskript) zur Abbildung der Struktur auf die physikalischen Register. Es wurden neue Funktionen gezeigt, die das Arbeiten mit Strukturen (zB 2 Werte für komplexe Zahlen, 3 Werte für 3D, 3 Werte für 3-Phasen-Motoren, 2 Werte für d-q-Regelung von 3-Phasen-Motoren, usw.) deutlich verbessern und vereinfachen. Hauptteil der Dissertation in der Software ist ein neuer Festkommadatentyp. Die meisten Anwendungen im Embedded-Bereich kommen mit diesem einen Datentyp aus, es ist kein anderer Fließ- oder Festkommadatentyp mehr notwendig. Die Anforderungen an die Rechnerarchitektur wurden genau beschrieben. Auch neue Winkelfunktionen für eine optimierte Möglichkeit der Winkelangabe wurden realisiert. Die Anwendung in der Winkelmessung wurde ebenfalls gezeigt. Zum Schluss wurde noch auf die Regelung der PMSM eingegangen und wie aus ihr noch mehr Drehmoment herausgeholt werden kann.

KW - Power train

KW - battery tester

KW - power inverter topologie for electrical vehicle

KW - modular

KW - fix point data type for embedded

KW - PMSM

KW - Antriebssystem

KW - Batterieprüfstand

KW - Umrichtertopologie für Elektrofahrzeug

KW - modular

KW - Festkommadatentyp für Embedded

KW - PMSM

M3 - Dissertation

ER -