Anki Import Flashcards by P E

Übersetzung Formel

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Zweiwellenhybrid (Drehmomentaddition) Skizze

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Zeichnen Sie qualitativ die Verläufe der Zellspannung über den SOC während des Ladens und Entladens einer Batterie in Abbildung 3 ein und geben Sie die Lade- und Entladerichtung an. Erläutern Sie außerdem, in ein bis zwei Sätzen, welchen Unterschied Superkondensatoren hinsichtlich des Spannungsverlaufes beim Laden und Entladen gegenüber Batterien aufweisen und wie sich dies auf den Anschluss an ein Fahrzeugbordnetz auswirkt.

Die Spannung von Superkondensatoren ändert sich beim Laden und Entladen im Vergleich zu Batterien deutlich stärker, weshalb bei der Integration in ein Fzg.-Bordnetz in der Regel ein Spannungswandler benötigt wird.

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Zeichnen Sie in Abbildung 4 ein, in welchen Bereichen Batteriespeicher für Elektrofahrzeuge, Plug-In Hybride und Full-Hybride hinsichtlich Entladetiefe (DOD) und Kapazitätsdurchsatz in Bezug auf die Nennkapazität typischerweise liegen. Begründen Sie außerdem die Lage der DOD-Bereiche in maximal drei Sätzen.

Begründung: Elektrofahrzeuge werden pro Fahrt einmal aufgeladen wohingegen ein Full-Hybrid während einer Fahrt oftmals mehrere Ladezyklen durchläuft. Um die Lebensdaueranforderungen auch im Falle des Full-Hybrids zu erreichen, muss die Entladetiefe eingeschränkt werden.

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Zeichnen Sie die Speichersysteme Bleibatterie, Benzintank, Li-Ion Batterie und Superkondensator im richtigen Verhältnis in das gegebene Ragone-Diagramm ein.

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Zeichnen Sie die fehlenden Magnetfeldlinien, die durch den Strom im elektrischen Leiter hervorgerufen werden, sowie die resultierende Kraftwirkung auf selbigen in die folgende Darstellung ein. Benennen Sie die Kraft und erklären Sie die Wirkungsweise an Hand der Magnetfeldlinien in Stichpunkten.

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Zeichnen Sie das ideale Betriebsdiagramm einer Asynchronmaschine für positive Drehzahl und Moment in das vorbereitete Diagramm ein. Zeichnen Sie dazu den Verlauf des Nennmoments sowie des Kippmoments (bzw. max. Moments) und den Verlauf der mechanischen Nennleistung ein. Beschriften Sie die Kurven mit ihrem funktionalen Zusammenhang zur Drehzahl an den entsprechenden Kurvenabschnitten. Kennzeichnen Sie den Feldschwächbereich in Ihrem Betriebsdiagramm.

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Wie verhält sich der Leistungsverteilungsfaktor bei einem eingangsgekoppelten, ausgangsgekoppelten, bzw. einem doppel leistungsverzweigtem Hybrid?

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Welchen Einfluss hat eine höhere Polpaarzahl auf die mechanische Drehzahl, das Moment sowie die Jochdicke des Rotors?

p steigt –> M steigt, n fällt, Jochdicke kann kleiner werden

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Welche zwei unterschiedlichen Methoden der Energieübertragung bei
Schwungradspeichersystemen werden eingesetzt?

-Mechanisches Schwungradsystem: mechanische Energieübertragung mittels stufenlosem
Getriebe
-Elektromechanisches Schwungradsystem: elektrische Energieübertragung(

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Welche zwei Möglichkeiten gibt es bei Synchronmaschinen, das Rotorgleichfeld zu erzeugen? Mit welcher fällt die Leistung im Feldschwächbereich weniger stark ab und wieso (angenommen Rotor und Stator haben sonst identische Abmaße)?

Permanentmagnete
Stromerregt/ Fremderregt/ Spule

Leistung fällt weniger stark ab bei fremderregten Maschinen, weil im Feldschwächbereich einfach der Strom im Rotor reduziert werden kann und kein Strom entgegen der Magnete notwendig ist.

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Welche beiden drehmomentbildenden Prinzipien addieren sich bei einer hybriden Synchronmaschine?

Reluktanzmoment
Synchronmoment EMF

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Welche Arten von Drehstrommaschinen unterscheidet man?

Asynchronmaschinen

Synchronmaschinen
- Vollpolmaschinen
- Schenkelpolmaschinen bzw. Hybridsynchronmaschinen

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Wasserstoff kann als Reinstoff oder in Verbindungen gespeichert werden. Nennen Sie jeweils zwei Speichertechnologien.

Reinstoff: Druckspeicher, Kryospeicher (Flüssiggasspeicher), Kryo-Druckspeicher
Verbindungen: Metallhydridspeicher, chemische gebundene Speicherung (z.B: Methanol), Adsorptive Speicherung (MOF, Carbon Nanotubes).

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Was versteht man unter einem Vollhybrid?

Vollhybride können rein elektrisch (über kurze Distanzen) fahren (inkl. Anfahren und Beschleunigung)

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Was ist ein Plug-in-Hybrid?

Plug-In-Hybride bieten die Möglichkeit den Energiespeicher extern auf zu laden. Sie verfügen in der Regel eine höhere el. Reichweite als Nicht-Plug-In-Hybride.

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Was ist der mechanische Punkt, welchen Wert nimmt der Leistungsverteilungsfaktor in diesem Punkt an und welchen Vorteil bietet der Betrieb in diesem Zustand?

-Der Betriebspunkt, an dem keine Leistungsverteilung erfolgt (k = 0) und damit die Elektromaschine A steht, wird mechanischer Punkt genannt. (Leistung wird komplett über den mechanischen Pfad übertragen)
-k=0
-Vorteil: Effizienz hoch, da keine doppelte Wandlung im elektrischen Pfad. (Leistung wir über den effizienteren mechanischen Pfad zu den Antriebsrädern geführt, wodurch die Effizienz hoch ist)

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Vorteile eines Hochvoltzwischenspeichers bei Seriellem BSZS-Hybrid

Rekuperation von Bremsenergie
Pufferung von Leistungsspitzen (gesteigerte elektrische Maximalleistung)
Downsizing des Stacks möglich (Leistungsspitzen aus Pufferspeicher)
Phelgmatisierter Betrieb des BSZS möglich
Alternativ: Kaltstartunterstützung

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Vor welchen Einflüssen müssen Lithium-Ionen-Batterien während des Betriebs in Kraftfahrzeugen geschützt werden? Nennen Sie zwei Einflüsse sowie jeweils die Komponente bzw. das Subsystem, die in einem Batteriesystem die Schutz- bzw. Regelfunktion übernehmen. Die Antwort „Batteriemanagementsystem“ ist nicht zulässig.

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Um welche Art der Leistungsverzweigung handelt es sich bei dem betrachteten Fahrzeug? Nennen Sie außerdem ein Beispielfahrzeug mit dieser Antriebsstrangstruktur.

Eingangsverzweigt/Ausgangsgekoppelt
Fahrzeugbeispiel; z.B. Toyota Prius, (fast alle Lexus und Ford Hybridfahrzeuge)

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Tragen Sie, abgesehen von Batterien und Superkondensatoren, zwei weitere Systeme für die Energiespeicherung in PKW in Tabelle 4 ein. Bewerten Sie die Speichersysteme außerdem hinsichtlich Leistungs- und Energiedichte in der Form „Hoch“ und „Niedrig“.

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Streckenkraftstoffverbrauch Formel

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Speziell Speichersysteme von alternativen und elektrifizierten Fahrzeugantrieben

-Wasserstoffspeicher
-Superkondensator
-Schwungradspeicher
-Batteriespeicher
-Hydraulikspeicher

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Skizzieren und beschriften Sie den prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Maschine

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Skizzieren Sie im Stil von Abbildung 1 die Leistungsverzweigung des Toyota Prius. Stellen Sie in Ihrer Skizze auch die Energiespeichersysteme dar.

Skizzieren Sie die Systemverschaltung eines wasserstoffbetriebenen, aufgeladenen PEM-Brennstoffzellensystems mit Wasserstoffrezirkulation und Membranbefeuchter

Skizzieren Sie den charakteristischen Drehmomentverlauf einer elektrischen Maschine über der Drehzahl

Skizzieren Sie den Antriebsstrang eines Parallelhybrid mit Zugkraftaddition. Zeichnen Sie auch die benötigte Leistungselektronik sowie das 12V Bordnetz mit Batterie und Nebenverbrauchern ein.

Skizziere einen Einwellen-Parallel-Vollhybrid mit Hinterradantrieb und 6-Gang-Getriebe. Zur Effizienzsteigerung kann der Verbrennungsmotor während des rein elektrischen Fahrens abgekuppelt werden

Serieller Hybridantrieb

-"Reihenschaltung" der Energiewandler -Verbrennungsmotor ist mechanisch von den Antriebsrädern getrennt -größtmöglicher Freiheit in Bezug auf die Betriebsweise des Verbrennungsmotors -Kein Boosten möglich; Die maximale mechanische Leistung wird durch die Leistung der Antriebsmaschine begrenzt

Ragone-Diagramm Skizze

Power-to-Fuel Prozess

Passive Bauelemente (Spulen und Kondensatoren) haben großen Anteil an der Leistungs- und Energiedichte der Leistungselektronik. Warum ist das so und wieso können diese Bauelemente kleiner werden, wenn höhere Schaltfrequenzen der Leistungsschalter verwendet werden?

Passive BE dienen als Zwischenspeicher von Energie bei Schaltvorgängen Durch höhere Schaltfrequenz muss weniger Energie gespeichert werden --> dadurch können diese kleiner werden

Paralleler Hybrid (3 TYPEN)

Parallel Hybrid (Zugkraftaddition) Skizze

Nennen Sie zwei weitere Energiespeicher mit geringerer Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien, die gleichzeitig über eine hohe Leistungsdichte verfügen

Schwungradspeicher Superkondensatoren Hydropneumatische Speicher

Nennen Sie zwei Vorteile eines parallelen Vollhybrid gegenüber einem seriellen Hybrid

-geringere Anzahl an Komponenten -> günstiger, leichter, geringeres Bauraumvolumen -Leistungsaddition von VKM und EM möglich -Direkter Durchtrieb der VKM; Keine Doppelte Energiewandlung (mech->el->mech) nötig

Nennen Sie zwei Nachteile von Schwungradspeichern gegenüber Superkondensatoren

-Schlagartige Energiefreisetzung im Schadensfalls -Kreiselkräfte bei hohen Drehzahlen, -Hohe Selbstentladung, -Niedrigerer Wirkungsgrad (gesamter Lade/Entladezyklus)

Nennen Sie zwei Kategorien der Rahmenbedingungen für die Entwicklung alternativer und elektrifizierter Fahrzeugantriebe und geben Sie jeweils ein konkretes Beispiel dafür an

Ökonomische Randbedingungen: - Steigende Kraftstoffpreise - Endliche Ressource Erdöl Ökologische Randbedingungen (Umwelt) - Klimawandel - Schadstoffbelastung/Smog Politische Randbedingungen - Emissionsgrenzwerte (Euro 6) - Umweltzonen Gesellschaftliche Randbedingungen: - Steigender Mobilitätsbedarf (Indien, China) - Urbanisierung

Nennen Sie zwei Funktionen, die ein Wechselrichter im Fahrzeug erfüllt

Drehmoment-/Drehzahlregelung Wechselrichten von Gleichstrom (bidirektional)

Nennen Sie ein alternatives Konzept für ein Range-Extender-Modul und dessen Komponenten (alternative zur BSZ)

Verbrennungsmotor Range-Extender als Serieller Hybridantrieb Komponenten: Verbrennungsmotor, Kraftstofftank, elektrische Maschine und Leistungsumrichter

Nennen Sie drei Verlustarten, die im Betrieb von elektrischen Maschinen auftreten

- Eisenverluste: -Wirbelstromverluste -Hystereseverluste - Stromwärmeverluste - Reibungsverluste

Nennen Sie drei Typen elektrischer Maschinen, die in heutigen Fahrzeugantrieben zum Einsatz kommen Beschreiben Sie für jeden Maschinentyp in EINEM SATZ, wie das Rotormagnetfeld erzeugt wird.

Asynchronmaschine In Rotorspulen induzierte Ströme erzeugen Magnetfeld. Permanenterregte Synchronmaschine Permanentmagneten im Rotor erzeugen Magnetfeld. Hybrid Synchronmaschine Permanentmagneten im Rotor erzeugen Magnetfeld.

Nennen Sie die drei Zellformen von Batterien, die in Fahrzeuganwendungen eingesetzt werden.

Rundzellen, Pouch-Zellen, prismatische Zellen

Nennen Sie die beiden weiteren Grundstrukturen neben Parallelhybriden. Beschreiben Sie für die genannten Strukturen stichwortartig die Energiewandlungsketten vom primären Energiespeicher bis zum Rad.

**Serieller Hybrid:** * Tank, Verbrennungsmotor, Generator, Umrichter, Umrichter, Elektromotor, Rad **Leistungsverzweigter Hybrid:** zwei Pfade: * Tank, Verbrennungsmotor, Rad * Tank, Verbrennungsmotor, Generator, Umrichter, Umrichter, Elektromotor, Rad

Nennen Sie die beiden Anteile, aus denen sich der Gesamtwirkungsgrad von hydraulischen Maschinen zusammensetzt.

Mechanisch-Hydraulischer Wirkungsgrad Volumetrischer Wirkungsgrad

Nennen Sie 4 mögliche Hybridfunktionen von Fahrzeugen mit parallelhybridem Antriebsstrang

-Start-Stopp-Betrieb -Rekuperation von Bremsenergie -Rein elektrischer Fahrbetrieb (ggf. eingeschränkt) -Rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb -Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors -Unterstützen des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor beim Antreiben (Boosten)

Nenne typische Funktionen der verschiedenen Hybridisierungsgrade

Nenne die bestehenden Antriebsstrukturen

Einzelantrieb: -Konventionell -Elektroantrieb -BEV -FCEV Hybridantrieb: -Seriell -Parallel -Leistungsverzweigt -Mischformen

Natrium-Nickelchlorid Batteriesysteme wurden bei Fahrzeuganwendungen mittlerweile fast vollständig verdrängt. Nennen Sie zwei Vor- und Nachteile dieser Technologie gegenüber einer Standard Lithium-Ionen-Technologie.

Magnetische Verluste beschreiben die Magnetisierungsverluste im ferromagnetischen Material. Worin lassen sich die magnetischen Verluste unterteilen? Wovon hängen diese Verlustleistungen jeweils ab (Sie können qualitativ antworten oder die Abhängigkeit vom Betrag der magnetischen Flussdichte sowie der Magnetisierungsfrequenz in einer Formel der Art PV ~ f(B,f) angeben)? Nennen Sie jeweils eine Maßnahme, um die Verluste zu reduzieren.

Klassifikation Eletrischer Maschinen

In dieser Aufgabe wird die Wirkungsweise von permanentmagneterregten Synchronmaschinen betrachtet. Warum steigt die Speisespannung linear bis zum Eckpunkt und bleibt ab dort konstant? Begründen Sie in Stichpunkten und gehen Sie dabei auf die induzierte Spannung durch das Rotorgleichfeld und die Drehzahl der elektrischen Maschine ein. Begründen Sie, warum ab dem Eckpunkt das Moment abnimmt. Gehen Sie dabei wieder auf die induzierte Spannung durch das Rotorgleichfeld sowie auf die Drehzahl ein. Warum reduziert sich das abgegebene Moment bei einer permanentmagneterregten Synchronmaschine stärker als bei einer stromerregten Synchronmaschine?

 Induzierte Spannung im Stator durch das Rotorgleichfeld steigt mit steigender Drehzahl  Für konstantes Moment ist konstanter Strom im Stator notwendig  Speisespannung wird angehoben  Ab Eckpunkt kann Speisespannung nicht weiter erhöht werden (Begrenzung durch Umrichter)  Um Drehzahl weiter zu erhöhen und induzierte Spannung konstant halten muss Rotorgleichfeld geschwächt werden  Magnetfeld zur Momentbildung ist reduziert  weniger Moment übertragbar  Bei PMSM muss aktiv über den Stator ein Gegenstrom eingeprägt werden (Blindleistung), dadurch reduziert sich die Nutzleistung  Bei SSM wird einfach der Erregerstrom reduziert, die Nutzleistung bleibt davon unberührt

Im Folgenden wird ein batterieelektrisches Fahrzeug betrachtet. Der Antrieb erfolgt über zwei radnahe Drehstrom-Asynchronmaschinen, die jeweils über eine Stirnradstufe an eines der beiden Hinterräder angebunden sind. Die elektrischen Maschinen beziehen Ihre Energie aus einer Hochvoltbatterie, die über eine im Fahrzeug integrierte Ladeelektronik an 230 V Haushaltssteckdosen geladen werden kann. Die 12 V-Nebenverbraucher werden über einen DC/DC-Wandler aus dem HV-Bordnetz mit Leistung versorgt und sollen auch bei einem Fehler des DC/DC-Wandlers kurzzeitig weiterversorgt werden können. Zur Erhöhung der Reichweite ist außerdem ein Ottomotor-Range-Extender-System an das HV-Bordnetz angeschlossen.

Ideales Betriebsdiagramm einer elektrische Maschine (1.Quadrant)

Füllen Sie die unten angegebene Komponentenskizze für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, dessen sekundärer Leistungspfad nicht elektrisch ist

Funktionen und Technische Vorteile von Hybridfahrzeugen

-Elektrisches Fahren -Rekuperatives Bremsen / Rekuperation -Lastpunktanhebung --> bezieht sich auf VKM -Start-Stop-Funktion --> bezieht sich auf VKM -Boosten --> bezieht sich auf die primäre Antriebseinheit

Formeln für Battarie Auslegung

Formeln Batteriespeicher

Formeln (Super-)Kondensator

Fahrzeugstrukturskizze: -HA Diff plus EM -Speicher: Li-Batt -Superkondensator über DCDC mit Bordnetz verbunden

Fahrzeugstrukturskizze: - elektromechanischer Schwungradspeicher -VA entkoppelte EM mit Planetengetrieben -HA konventioneller VM mit entsprechenden mechanischen Komponenten -Nebenverbraucher mittels DC/DC am HV-System

Energieverbrauch ENEFZ

ENEFZ=10.92 MJ

Energiedichte / Leistungsdichte zwei Arten (formeln und Name)

Elektrische Maschine: Ideales Betriebsdiagramm

Einteilung von Hybridantrieben nach Grundstruktur

-Seriell -Parallel -Leistungsverzweigt -MIschform

Eckdaten zu Wasserstofspeichern

Einteilung von Hybridantieben nach Elektrifizierungsgrad

-Micro-Hybrid -Mild-Hybrid -Full-Hybrid -Plug-In Hybrid -(Range Extender)

Eckdaten zu Superkondensatoren

Eckdaten zu Batteriespeichern

Beschreiben Sie stichpunktartig, welche konstruktive Änderung nötig wäre, um aus dieser Struktur einen Einwellenhybrid zu erhalten. Was muss bei der Auslegung des Elektromotors beachtet werden, wenn unterschiedliche Einbaupositionen gewählt werden?

Konstruktive Änderung die nötig wäre: Positionierung des EM zwischen Getriebe und Kupplung Was muss bei der Auslegung des Elektromotors beachtet werden? Unterschiedliche notwendige Maximaldrehzahl

Das in Abb. 1 gegebene Sankey-Diagramm zeigt den Energiefluss pro 100 km für das beschriebene Fahrzeug im elektrischen Betriebsmodus. Berechnen Sie den mittleren Lade- und Entladewirkungsgrad der Batterie mithilfe der gegebenen Zahlenwerte. Die Breite der Pfeile kann hierbei nicht für die Berechnung verwendet werden! Erläutern Sie außerdem in ein bis drei Sätzen warum der Batteriewirkungsgrad nicht konstant ist.

Bewertung elektrischer Maschinen

Beschreiben Sie kurz je einen Unterschied der leistungsverzweigten Hybridstruktur gegenüber einer seriellen Hybridstruktur bei der Wahl der möglichen Betriebspunkte des Verbrennungsmotors, der Wandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie und der notwendigen Leistungsfähigkeit der elektrischen Antriebsstrangkomponenten. Hierbei wird jeweils der Ladungserhaltungsmodus mit PBatt=0 betrachtet.

**Betriebspunkte des Verbrennungsmotors:** **Seriell:**freie Wahl auf Leistungshyperbel; **LV:** Freie Wahl auf Leistungshyperbel, wobei Drehzahlbedingungen eingehalten werden müssen (nach mit Fahrzeuggeschwindigkeit) **Wandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie:** **LV:** Teile der Leistung über elektrischen Pfad und Teil der Leistung mechanischen Pfad. **Seriell:** Leistung komplett über elektrischen Pfad **Leistungsfähigkeit der Komponenten:** **Seriell:** Leistung ca. VKM, da ganze Leistung gewandet werden muss. **LV:** nur Teil der Leistung über elektrischen Pfad, daher geringer als VKM

Benennen Sie die in Abbildung 1 nummerierten Komponenten des dargestellten Batteriesystems und beschreiben Sie deren Kernaufgabe in einem Satz.

Art der Lastpunktverschiebung bei seriellem Hybrid

Freie Lastpunktwahl (in Drehzahl und Drehmoment Richtung) da keine mechanische Verbindung zwischen VKM und Rädern

Art der Lastpunktverschiebung bei Parallel-Hybrid

Lastpunktverschiebung nur in Drehmoment Richtung) da die Drehzahl durch mechanische Verbindung zwischen VKM und Rädern durch Fahrgeschwindigkeit vorgegeben wird.

Abbildung 1 zeigt den Dauerlastbereich der ausgewählten elektrischen Maschine. Kennzeichnen und beschriften Sie in Abbildung 1 den Nennpunkt, den Grunddrehzahlbereich und den Feldschwächbereich. Kennzeichnen Sie außerdem schematisch den Überlastbereich dieser Maschine.

Paralleler Hybridantrieb p0-p4