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Speziell bei Powersplit Antriebsstrangtopologien werden große elektrische Antriebsleistungen verbaut. Aus diesem Grund ist ein hoher elektrischer Wirkungsgrad von großem Vorteil hinsichtlich Verbrauchseinsparungen, CO2 bzw Emissions-Einsparungen.

 

Der grundsätzliche Aufbau dieser Topologie ist im nachfolgenden Bild dargestellt.

Übersicht der elektrischen Powersplit-Hybrid Komponenten

 

Die E-Maschine1 entspricht dem Elektromotor, der für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Die elektrische Energie für den Fahrzeugantrieb kommt teilweise von der Hochvolt-Batterie bzw. von der E-Maschine 2 die in fast allen Betriebsphasen als Generator eingesetzt wird.


 
Sobald der Verbrennungsmotor aktiv ist, wird ein Teil der verbrennungsmotorischen Leistung über den elektrischen Pfad (1. => 2. => 3. => 4.) geleitet. Da diese Wirkungsgradkette sehr viele Komponenten beinhaltet, ist es sehr wichtig, dass die einzelnen Komponenten einen guten Wirkungsgrad aufweisen.

Elektrische Leistungsverteilung des Powersplit-Hybrid

 

Aus diesem Grund ist ein bidirektionaler DC/DC-Wandler zwischen Hochvolt-Batterie und den Pulswechselrichtern integriert, der die Spannung UDC gegenüber der Hochvoltbatteriespannung UHB nochmals erhöht, um somit die ohmschen Verluste in den Zuleitungen und den elektrischen Bauteilen zu verringern. Der Spannungsbereich bewegt sich bei mehreren 100 Volt, daher werden als elektronische Schalter im Pulswechselrichter und im DC/DC-Wandler IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) eingesetzt, die automotive tauglich sind. Ein geringer Durchlasswiderstand und niedrige Umschaltverluste sind hierbei vor allem Auswahlkriterien der IGBTs.

 

Allgemeiner Überblick der Powersplit Leistungselektroniktopologie:

Leistungselektronik Topologie des Powersplit-Hybrid

  

Am Beispiel des Toyota Prius (1.Generation) wird beispielhaft die Leistungselektroniktopologie von einem Powersplit-Hybridfahrzeug dargestellt.:

Hybridkomponenten des Toyota Prius

 

Die Stromerfassung in Prototypen kann am Besten mit hochgenauen und dynamischen Strommeßzangen erfolgen. Potentialfreie Strom-Meßzangen  
 

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Der schematische Aufbau...


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Plug-In Hybrid

Technische Unterscheidungsmerkmale:

  • Leistung E-Maschine(n) >>50 kW
  • Spannungsniveau >>100 Volt
  • Verbrauchseinsparung >>20%

 

Funktionalität:

  • Start&Stopp
  • Optimierter Generatorbetrieb
  • Boosten
  • Rekuperieren
  • Elektrisch Fahren (elektrische Reichweiten größer als 5 - 10 km)

Hybridvarianten

 

Die nachfolgende Abbildung zeigt den schematischen Verlauf der Betriebsmodi...


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