Archiv ffir Elektrotechnik 77 (1994) 213-219 A r c h i v fiir E l e k t r o t e c h n i k �9 Springer-Verlag 1994

Kompakte Bordstromversorgung mit schnellaufendem Synchrongenerator

M. Kriiger

Ubersicht: Wegen zunehmender Umweltbelastungen gibt es wieder verstfirkte Entwicklungsanstrengungen zugunsten elektrisch ange- triebener Fahrzeuge. Der wesentliche Nachteil autonomer elektrisch angetriebener Fahrzeuge besteht nach wie vor in deren Abh/ingigkeit von einer kontinuierlichen elektrischen Energiequelle, die in den meisten F/illen dutch eine elektrochemische Speicherbatterie bereit- gestellt wird. Aufgrund physikalischer Beschr/inkungen bleibt deren Leistungsdichte und Kapazit/it jedoch welt hinter der von fliissigen Kraftstoffen zurtick.

Eine m6gliche Alternative besteht in der Verwendung einer Bordstromversorgung, mit einem Generator der dutch eine thermi- sche Kraftmaschine angetrieben wird. In diesem Fall dient die Batterie nut als Kurzzeitspeicher, was deren Kosten, Gewicht und Preis wesentlich reduziert. Der Mittelwert der elektrischen Leistung kann direkt vom Generator zum elektrischen Fahrantrieb geffihrt werden. Um Gewicht und Volumen der Bordstromversorgung zu reduzieren, wird im folgenden die Verwendung eines schnellaufenden Generators, der direkt an eine Gasturbine gekoppelt werden k6nnte, vorgeschlagen. Der Aufsatz befaBt sich ausschliel31ich mit dem elektromechanischen Tell der Bordstromversorgung. Experimentelle Ergebnisse mit einem Generatorsystem im Leistungsbereich yon 10 kW bei 36000 min -1 werden vorgestellt.

Compact power supply with high-speed synchronous gene- rator

Contents: Growing concern with environmental pollution encour- ages renewed investigations in the field of electrically driven vehicles. The most significant drawback of electrical drive systems as applied to autonomous vehicles is their need for a continuous electrical power supply, mostly provided by electrochemical storage batteries. However, due to physical limitations their power and energy capacity is poor compared to liquid fuel.

An alternative can be seen in the use of an on-board power supply, with a generator driven by a thermal prime mover. In this

case the battery serves only as short-time energy buffer with reduced capacity, weight and cost, whereas the mean electrical power is directly fed from the generator to the electrical drive of the vehicle. In this investigation the use of a high-speed generator, that might be directly coupled to a gas turbine, is proposed to reduce volume and weight of the on-board power supply. This paper deals only with the electromechanical part of the power supply. Experimental results from a generator system rated 10 kW at 36 000 rpm are discussed.

1 Einleitung

H a t t e n E lek t ro fah rzeuge zu Anfang dieses J a h r h u n d e r t s noch eine ff ihrende M a r k t p o s i t i o n , so wurden sic wenig sp/i ter durch die rasche En twick lung der Verbrennungs- m o t o r e n fast v611ig verdr/ ingt . Die wesent l iche Schwierig- kei t be im Betr ieb a u t o n o m e r e lektr isch ange t r i ebener F a h r z e u g e bes teht in de r Abh/ ingigke i t von einer kont i - nuier l ichen e lekt r i schen Energiequel le , die in den meis ten F/ i l len durch eine e lek t rochemische Spe icherba t t e r i e be- rei tgestel l t wird. U nge a c h t e t de r Fo r t s c h r i t t e bei der En twick lung neuer Ba t te r ien ble ib t deren Leis tungsf/ ihig- kei t j e d o c h gegenfiber konven t ione l l en L6sungen mi t flfissigen Kraf ts tof fen welt zurfick.

Ein anderes in vielen F/ i l len bew/ihrtes P r inz ip bes teht dar in , die ben6t ig te e lektr ische Energie an Bord des Fah rzeugs d u t c h ein Ladeaggrega t , bes tehend aus Ver- b r e n n u n g s m o t o r und G e n e r a t o r , zu erzeugen. Wie Bild 1 zeigt, wird die Ant r i ebs le i s tung wie be im E le k t ro s t r agen - fahrzeug i m m e r fiber den e lekt r i schen F a h r m o t o r auf die R f i d e r / i b e r t r a g e n . Die bei e inem reinen E l e k t r o a n t r i e b ben6t ig te Spe icherba t t e r i e k a n n durch eine hinsicht l ich

Ladeaggregat

Gasturbine Generator Umrichter

P rnech

Fahrzeugantrieb

Batterie Umrlchter Motor Getdebe

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-S Bild 1. Elektrofahrzeug mit Serien- hybridantrieb

214 Archiv fiir Elektrotechnik 77 (1994)

Gr6fSe und Gewicht deutlich verkleinerte Pufferbatterie ersetzt werden. Gegenfiber anderen thermisch-elektri- schen Antriebsl6sungen lassen sich mit dieser Anordnung folgende Vorteile erwarten:

-- Das Ladeaggregat ist yon den antriebsseitigen Dreh- zahl- und Leistungsschwankungen entkoppelt. Es braucht daher nicht fiir die zu erwartende Spitzen- leistung, wie sie vor allem bei Beschleunigungsvor- g/ingen auftritt, ausgelegt zu werden, sondern nur auf die mittlere Dauerleistung.

- Wegen der Entkopplung yon der Antriebsseite kann die Verbrennungsmaschine fiber weite Strecken in einem gfinstigen Arbeitsbereich betrieben werden, was zu einer Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen ffihrt.

- Eine Reichweitenbeschr/inkung gibt es nicht, da das mit einem solchen Antrieb ausgerfistete Fahrzeug auf herk6mmliche Weise betankt wird. Eine besondere Infrastruktur fiir den Betrieb dieser Fahrzeuge ist nicht erforderlich.

- Ffir die yore Generator direkt zum Fahrmotor ge- speiste Energie entfallen die Lade- und Entladever- luste der Batterie.

- Mit der vorhandenen Pufferbatterie wird bei abge- schalteter Verbrennungsmaschine auch kurzzeitig ein v611ig abgasfreier Betrieb des Fahrzeugs ermfglicht. Dies ist vor allem in innerstfidtischen Bereichen yon Nutzen, wo derzeit 25% des Kraftstoffs in stehenden Fahrzeugen verbraucht werden.

- Der Generator kann auch zum Starten des Verbren- nungsmotors verwendet werden.

- Neben der Batterie kann die Schwungmasse yon Generator und Verbrennungsmotor als zus/itzlicher Kurzzeitspeicher verwendet werden; dies erm6glicht die Rfickspeisung yon Bremsenergie auf hohem Lei- stungsniveau.

- Die Abw/irme des Verbrennungsmotors ist ffir die Heizung des Fahrzeuginnenraumes nutzbar.

Als Nachteil erscheint auf den ersten Blick die Ketten- schaltung der zahlreichen verlustbehafteten Energieum- wandlungen. Bei genauer Betrachtung besteht diese je- doch auch beim Elektrofahrzeug mit Speicherbatterie, wenn man den Weg der elektrischen Energieerzeugung im Kraftwerk, die Energiefibertragung zum NetzanschluB, die Verluste im Ladegerfit, die Selbstentladung der Batte- rie sowie deren Lade- und Entladewirkungsgrade mit einschliel3t.

Um ein akzeptables Gesamtgewicht zu erreichen, ist die Verwendung hochtouriger Maschinen yon besonde- rem Interesse. Wegen der vorgegebenen Raddurchmesser und Fahrgeschwindigkeiten ist dies beim Fahrmotor jedoch nur im begrenzten Umfang nutzbar. Dagegen kann die Drehzahl des Generators wesentlich gesteigert werden; insbesondere wenn gleichzeitig eine hochtourige Verbrennungsmaschine Verwendung findet, die direkt mit dem Generator gekoppelt wird. Ffir sehr hohe Dreh- zahlen kommen dabei vor allem Gasturbinen in Betracht.

Im Rahmen eines v o n d e r DFG gef6rderten Vor- habens wurden die M6glichkeiten zur Ausffihrung eines geeigneten hochtourigen Generatorsystems untersucht

und experimentelle Laborversuche im Leistungsbereich von 10 kW bei Drehzahlen oberhalb yon 30000 min -1 durchgeffihrt. Die Verwirklichung einer geeigneten hoch- tourigen Verbrennungsmaschine war zun/ichst nicht Gegenstand der Untersuchungen.

2 Ausfiihrung des schnellaufenden Generators

Um bei der angestrebten station/iren Betriebsweise einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, ist die Maschine als permanenterregte, elektronisch kommutierte Gleich- strommaschine ausgeffihrt. Wie Bild 2 zeigt, verffigt die Maschine zudem fiber einen Rotor in AufSenl/iuferbau- weise, um die an den Permanentmagneten angreifenden Fliehkr/ifte aufzunehmen. Bei der vorgesehenen Anwen- dung ist aul3erdem das resultierende hohe Tr/igheits- moment als zus~itzlicher Kurzzeitspeicher erwfinscht.

Die wesentlichen mechanischen Daten des Generators lauten:

Statoraul3endurchmesser Magneth6he mittlere Luftspaltinduktion Magnet- bzw. Statorl/inge Gewicht des einbaufertigen Rotors Tr/igheitsmoment mechanische Drehfrequenz Umfangsgeschwindigkeit am

Luftspalt

rsa = 45 mm hm = 4 mm BL,mi = 0,7 T lm = ls = 30 mm mr = 7 kg Or = 0,0172 kgm 2

fmeeh,n = 600 s -1

v,s = 170 m/s

Eine Besonderheit stellt bei der Maschine die sieben- str/ingige Ausffihrung da. Dies Prinzip wurde bereits frfiher [10] zur Steigerung der Maschinenausnutzung vorgeschlagen. Beim Betrieb der Maschine an einem Gleichspannungszwischenkreis ergibt sich damit die in Bild 3 gezeigte prinzipielle Anordnung. Beim Betrieb mit rechteckf6rmigen Strangstr6men leiten jeweils drei Strfinge einen positiven und drei Str/inge einen betrags- mfigig gleich grogen jedoch negativen Strangstrom, w/ih- rend ein Strang stromlos bleibt.

Ffir die in einem Strang der Maschine induzierte Spannung gilt

b/z,min u i = 2 p o l ~ W v ~ B L , ~ i < - ~ - , (1)

wobei die Umfangsgeschwindigkeit an der St/inderober- fl~iche

v.~ = 2 ~ t r s . f m ~ h (2)

betr/igt. Ferner berechnet sich der Nennstrom der Maschine

ZH:

m.~ (3) is , . = 2 n r ~ . l ~ B L , , . i ( m ~ - - 1) w"

Mit den ffir die Versuchsmaschine gewfihlten Entwurfs- gr6$en

Nennzwischenkreisspannung u~,. = 72 V Windungszahl je Pol und Strang w = 2 Polpaarzahl po = 2 Strangzahl m~ = 7

M. Krfiger: Kompakte Bordstromversorgung mit schnellaufendem Synchrongenerator

Perma Uiv --IUz/2 ~-t:} 'sv RS LS

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Bild 4. Elektrische Gr6gen eines Stranges

215

Bild 2. Zusammenbauzeichnung der Maschine

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i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bild 3. Prinzipielle Anordnung yon Maschine und Umrichter

ergeben sich zusammenfassend:

induzierte Spannung je Strang

Nennmoment Strangnennstrom Nutenzahl Polteilung

ui = 28,6 V, bei Nenndrehzahl m. = 2,95 Nm i~.n = 64,4 A N = 28 % = 70,7 mm

Die Berechnung der Strangstr6me erfolgt fiber die Diffe- rentialgleichung:

dis M ~ = u~ - Rsi~ - ui - us~. (4)

Die induzierte Spannung ui ist dabei eine Funktion der Drehzahl co und der Winkelstellung 7 des Rotors, w/ih- rend die Strangspannung Us durch den Zustand der Umrichterhalbbrficken bestimmt wird.

Die in GI. (4) verwendeten Gr6gen in vektorieller Schreibweise lauten:

is r = [isa, is2 . . . . , is7]

diT_ dix2 di d dt k d t ' d r ' " " d t J

(5)

l i T ~- [ U i l , Ui2 . . . . , U i 7 ]

lls r =- [Us1, Us2, ..., UsT]

-Ls Ms M2

M i Ls M1

M z M i L~

M = M3 M2

M3 M3

M2 M3

Ms M2

M s

M2

M3

M3

M3 M3 M2 M1-

M2 M3 M3 M2

M1 M2 M3 M3

L~ Ma M2 M3

M1 L~ M1 M z

M2 M1 Ls M1

M3 M2 M i Ls

(5)

Die Differentialgleichung ffir den v-ten Strangstrom lautet damit:

dis,, 7 dis, Ls ~ - = u,v - Rsi~,~ -- ui,,(co, y) - u~t - ~:l,~#,,~ M,,~, dt "

(6)

Bild 4 zeigt die verwendeten Stranggr6gen. Die Stern- punktspannung ust stellt sich abh/ingig vom Umrichter- zustand und Betriebspunkt der Maschine frei ein. Sie berechnet sich durch Addition der sieben Strangstrom- Differentialgleichungen und mit

7 i di~ is~=0 und - - = 0 (7)

Zll

m, = -~ (m~ - u , # o , ~)). (8) v = l

Aus Symmetriegrfinden treten ffir die Kopplungsinduk- tivit/iten Mr,. bei der 7-striingigen Yersuchsmaschine nur folgende drei Werte auf:

M1 = - 5/7Lh M2 = 3/7Lh M3 = -- 1/7Lh

3 S t r a n g s t r o m r e g e l u n g

Aufgrund der kleinen Windungszahl hat die Maschine eine augerordentlich geringe Stranginduktivit/it. Daraus ergeben sich besondere Anforderungen an den Umrichter und die Stromregelung hinsichtlich hoher Schaltfrequen- zen und kleiner Schaltzeiten. Die damit verbundene Problematik wird verdeutlicht, wenn man bedenkt, dab bei der ausgeffihrten Maschine mit einem Strangnennstrom von 65 A die maximale Stromfinderungsgeschwindigkeit

216 Archiv fiir Elektrotechnik 77 (1994)

bis zu 10 A/gs betragen kann. Es ist offensichtlich, dab eine zeitdiskret arbeitende Strangstromregelung nur mit unvertretbar hohem Aufwand zu verwirklichen w/ire. Eine analoge Strangstromregelung mit Zweipunktregler er- scheint daher als beste L6sung. Bild 5 zeigt als Ergebnis einer digitalen Simulation den Verlauf der sieben Strang- str6me mit dieser Regelung.

Dieses Konzept des Generatorsystems bietet folgende Vorzfige:

- H o h e Nutzung des Erregerfeldes fiir die Dreh- momenterzeugung

- Geringe Zusatzverluste durch niedrige Welligkeit des rotorbezogenen Statorflusses

- Gute Schalterausnutzung und kleiner Strangstrom- effektivwert durch hohe Stromflul3dauer

- Verftigbarkeit des Wechselrichters auch bei teilweisem Komponentenausfall

4 Experimentel le Untersuchung des Generatorsystems

Da weder eine geeignete hochtourige Antriebs- noch Belastungseinrichtung zur Verfiigung stand, wurde zur experimentellen Untersuchung des Antriebssystems der

im Bild 6 gezeigte Laboraufbau verwendet. Dabei sind zwei identische Maschinen mechanisch fiber eine Welle und elektrisch fiber einen gemeinsamen Gleichspan- nungszwischenkreis gekoppelt. Da im Rahmen dieser Arbeit nur ein Rotorstahl mit eingeschrfinkter Festigkeit zur Verfiigung stand, wurden mit dem Laboraufbau vorerst nur Versuche bis zu 30000 min -t durchgeffihrt. Schleuderversuche mit 40 000 rain-1 iiberstand der Rotor ohne feststellbare Verformungen.

Bild 7 zeigt die gemessene induzierte Strangspannung bei halber Nenndrehzahl und zum Vergleich die Strom- flul3dauer eines Strangstromes. Das Bild verdeutlicht die gute Drehmomentausnutzung durch die n~iherungsweise rechteckf6rmigen Strom- und Spannungsverl/iufe, zeigt aber auch, da6 durch eine weitere Erh6hung der Strang- zahl kein nennenswerter Gewinn mehr zu erzielen wfire.

Die Leerlaufverluste der Maschine wurden durch Auslaufversuche ermittelt, wobei Bild 8 die quadratische Extrapolation einzelner Me6punkte bis zur Nenndreh- zahl zeigt. Von besonderem Interesse sind wegen der schwierigen Kfihlung des innenliegenden Stators die Eisenverluste. Wie die untere Kurve in Bild 8 zeigt, haben die Eisenverluste, die auch die Oberfl/ichenverluste in den Magneten enthalten, nur einen geringen Anteil an den

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55.5 R _ L _ - l r -

, . . . . . . . . . . 7 - , - ; , , - 7 0 0.5 ~.0 ~.5 2.0

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Bild 5. Simulation der Strangstromregelung bei 12000 U/min

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Generator Hofor Bild 6. Versuchsaufbau zur experimentellen Untersuchung des Antriebssystems

M. Kr/iger: Kompakte Bordstromversorgung mit schnellaufendem Synchrongenerator 217

gesamten Leerlaufverlusten. Weitere Analysen haben er- geben, dab vor allem die Luftreibungsverluste rund 50% der Gesamtleerlaufverluste ausmachen, so dab bier der wesentliche Angriffspunkt ffir zukfinftige Verbesserungen zu sehen ist.

Die Darstellung der Wirkungsgrade des Generator- systems erfolgt am besten getrennt nach Umrichter und Generator. Bild 9 stellt ein Schema des Leistungsflusses f/Jr den generatorischen Betrieb dar. BUd 10 zeigt die entsprechenden Teilwirkungsgrade, die mit dem Ver-

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"18 000 min-~

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[ Bild 7. Induzierte Strangspannung und Stromflul3dauer

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5 dO "15 20 25 30 B'5 n [dO00 min -4]

Bild 8. Gesamtleerlauf- und Eisenverluste

PFe

V e r l u s t e Generator Verluste

Umrichter

Pmech P e l , a c Pel,dc

Bild 9. Leistungsflu8 des Generatorsysterns

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80]

70]

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. . . . . . . . . . . .

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S 40 45 20 25 30 n [4000 min -d]

Bild 10. Wirkungsgrad des Generatorsystems bei60 A Strangstrom

suchsaufbau unter Last ermittelt wurden und den Ge- samtwirkungsgrad, der sich durch Multiplikation beider Gr613en ergibt. Der Generator wurde dabei mit einem konstanten Strangstrom yon 60 A betrieben, womit die in den Zwischenkreis (vgl. Bild 6) eingespeiste elektrische Leistung bei 30000 min -1 9,3 kW erreicht.

5 Einsatzmiiglichkeiten der Bordstromversorgung

hn Vergleich zu den Verbrennungsmaschinen heutiger PKW erscheint die Leistung des untersuchten Generator- systems von 10 kW recht gering. Bild 11 zeigt hierzu das Zugkraft-Geschwindigkeits-Kennfeld eines typischen Kleinwagen-PKW fiir unterschiedliche Fahrbahnstei- gungen. Die Zugkraft F~ berechnet sich bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit v und mit der Fahrbahnstei- gung Ps zu:

1 Fz = mgfR + m g p , + ~ ~c,~,Av 2 . (9)

Die Daten des angenommenen PKW lauten:

Fahrzeugmasse m = 900 kg Querschnittsflfiche A = 1,6 m 2 Luftwiderstandsbeiwert cw = 0,3 Rollwiderstandsbeiwert fR = 0,01

Zus/itzlich sind in dem Diagramm Linien gleicher Radantriebsleistung eingetragen. Wird kurzzeitig erh6h- ter Leistungsbedarf an Steigungen oder bei Beschleuni- gungsvorgfingen aus der Pufferbatterie gedeckt, so reicht der gew~ihlte Leistungsbereich des Generatorsystems also schon zur Erzielung einer brauchbaren Dauergeschwin- digkeit aus. Selbst wenn man die Umwandlungsverluste des Serienhybridantriebs berficksichtigt und Dauer- h6chstgeschwindigkeiten von 120 km/h fordert, so wfire die Leistung des Generatorsystems nur wenig h6her, etwa im Bereich yon 20 kW, zu wfihlen. Der gew/ihlte Lei- stungsbereich ffir die Laborversuche gestattet damit auf jeden Fall eine gute ~bertragbarkeit auf diese Anwen- dungen.

Um die M6glichkeiten fiir den Einsatz der Bordstrom- versorgung in einem elektrisch angetriebenen PKW auf- zuzeigen, wurde der vollst/indige Serienhybridantrieb ent-

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Pant [kW] --.- flO 20 30 40

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Bild 11. Antriebskra~-Oeschwindigkeits-Diagramm ffir einen Klein- wagen

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Bild 12. Entkopplung der Leistung yon Verbrennungsmaschine und Fahrantrieb

sprechend Bild 1 beim Einsatz in einem Kleinwagen- PKW mit den oben angegebenen Daten simuliert. Bild 12 zeigt als Beispiel hierEir einen Ausschnitt aus einem Stadt-Fahrzyklus. Dargestellt sind in dem Bild zu unterst die Fahrzeuggeschwindigkeit und in dem obersten Dia- gramm die Generatordrehzahl. Ebenso wie erstere zeigen auch die Verl/iufe der elektrischen Antriebsleistung P~ und der mechanischen Leistung der Verbrennungsmaschine Pmech (vgl. Bild 1) die Wirksamkeit der Entkopplung von Antriebsstrang und Ladeaggregat. In diesem Beispiel dient als Puffer praktisch nur der rotatorische Speicher des. Generatorsystems, denn durch die verwendete Rege- lung wird der Batteriestrom innerhalb der Leistungsgren- zen des Ladeaggregats auf Null geregelt.

Aufgrund der Pufferwirkung der Rotortr/igheit sind die Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor hinsichtlich Dynamik und Spitzenwert deutlich kleiner als beim elektrischen Fahrantrieb bzw. einem thermi- schen Direktantrieb. Die Pufferwirkung reicht zur Uber- brfickung kurzzeitiger Belastungsschwankungen, vor allem beim Beschleunigen, v611ig aus, da mit der vor- liegenden Dimensionierung die Drehenergie des Genera- tors bei Nenndrehzahl ebenso grol3 ist wie die kinetische Fahrzeugenergie bei 60 km/h. Die langsameren Last- wechsel aufgrund der Luft- und Rollreibungsverluste des Fahrzeugs wirken sich aber weiterhin auf den Verbren- nungsantrieb aus, Sofern nicht die Pufferbatterie an der Leistungslieferung beteiligt wird.

Bild 13 zeigt die Arbeitspunkte der Yerbrennungs- maschine ffir den US-City-Fahrzyklus im M-n-Dia- gramm. Aufgrund der mechanischen Entkopplung yon Fahrantrieb und Verbrennungsmaschine bleibt deren Drehzahl in einem schmalen Bereich. Schwankungen des Lastmomentes sind jedoch nicht vermeidbar, so dab sich

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Archiv f/Jr E1ektrotechnik 77 (1994)

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Bild 13. Arbeitspunkte derVerbrennungsmaschine

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ein Betrieb entlang einer Linie im Kennfeld des thermi- schen Antriebs einstellt. Mit Beteiligung der Pufferbatte- rie kann der Arbeitsbereich der Verbrennungsmaschine natfirlich reduziert werden, jedoch bedarf es einer detail- lierten Untersuchung, um sicherzustellen, dab die resultie- rende Wirkungsgradsteigerung bei der Verbrennungs- maschine nicht durch die Lade- und Entladeverluste der Batterie aufgezehrt wird. Im gezeigten Einsatzfall bel/iuft sich die vonder Verbrennungsmaschine erzeugte Energie auf 11 kWh/100 kin, was bei einem spezifischen Treib- stoffverbrauch yon 260 g/kWh etwa 4,1 1/100 km ent- spricht.

6 Z u s a m m e n f a s s u n g

Im Rahmen der Arbeit wurden M6glichkeiten zur Ver- wirklichung eines hochtourigen Generatorsystems fiir den Einsatz als Bordstromversorgung in elektrisch an- getriebenen Fahrzeugen untersucht. Ffir eine Leistung von 10 kW bei Drehzahlen fiber 30 000 min-1 wurde eine Maschine entwickelt und experimentell untersucht. Es zeigte sich, da6 die klassischen elektromagnetischen Kupfer- und Eisenverluste trotz der hohen St/inderfre- quenz in einem akzeptablen Bereich bleiben, so dab mit dem Versuchsgenerator bereits Wirkungsgrade yon fiber 90% erreicht wurden. Dabei haben die mechanischen Verluste und zwar insbesondere die Luftreibungsverluste einen sehr grogen Anteil an den Gesamtverlusten. Da die Minimierung der mechanischen Yerluste nicht Gegen- stand der Untersuchungen war, ergeben sich hier die aussichtsreichsten Ans/itze ffir wesentliche Wirkungs- gradsteigerungen.

Solange das Batterieproblem hinsichtlich Gewicht, Gr66e, Preis und Lebensdauer nicht im gewfinschten MaBe gel6st ist, wofiir es trotz vMerlei Bemfihungen wenig Anzeichen gibt, kann der Einsatz einer elektrischen Bordstromversorgung eine vorteilhafte L6sung darstel- len. Sie bietet sich insbesondere ffir die Einffihrung elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge an, da die Hand- habung des Fahrzeugs in den wesentlichen Punkten unverfindert bteibt und sich hinsichtlich der Reichweite keinerlei Einschrfinkungen ergeben.

M. Krfiger: Kompakte Bordstromversorgung mit schnellaufendem Synchrongenerator 219

Auf diese Weise k 6 n n t e n e lekt r i sch ange t r i ebene F a h r - zeuge unabh / ing ig yon der Ba t t e r i een twick lung einge- ffihrt werden und zur Verr ingerung der U m w e l t b e l a s t u n - gen in Ba l lungszen t ren bei t ragen. In sbesonde re bes teht be im Se r i enhybr idan t r i eb der Vorteil, d a b die Entwick- lung des e lek t r i schen F a h r a n t r i e b s unabh / ing ig v o n d e r S t r o m v e r s o r g u n g fortgeffihrt werden kann. Soba ld besser geeignete Hoch le i s tungsba t t e r i en ode r Brennstoffzel len zur Verf/ igung stehen, k a n n auf die B o r d s t r o m v e r s o r g u n g mi t the rmischen Ant r i eb verzichte t werden.

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Eingegangen 8. September 1993

M. Krfiger Institut f/ir angewandte Mikroelektronik GmbH Richard-Wagner-Strage 1 D- 38106 Braunschweig Deutschland