Institut für Fahrzeugsystemtechnik

Analyse der elektrischen Energiebilanz sowie der Verbrauchseinsparpotentiale von 48V-Hybridantrieben unter realen Randbedingungen am Beispiel der P1- und P2-Antriebstopologie

Kurzfassung

Zur Einhaltung der zunehmend strengeren CO2-Grenzwerte in nahezu allen relevanten Absatzmärkten der Automobilindustrie ist die Entwicklung neuer Antriebstechnologien unerlässlich. Für Automobilhersteller besteht eine Herausforderung darin, mit begrenzten Ressourcen geeignete Lösungen zu entwickeln, die sowohl den Kundenanforderungen entsprechen als auch signifikante Potentiale zur Effizienzsteigerung bieten. Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeuge verfügen durch die Möglichkeit des lokal-emissionsfreien Fahrens über ein hohes CO2-Einsparpotential, können allerdings zum heutigen Stand nicht mit den Marktpreisen vergleichbarer konventioneller Fahrzeuge konkurrieren. 48V-Hybridantriebe bieten bei vergleichsweise geringem Integrations- und Kostenaufwand zahlreiche neue Fahrfunktionen wie Rekuperation oder elektrisches Segeln, die den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges signifikant reduzieren können. Sie stellen damit eine geeignete Technologie für die mittelfristige Elektrifizierung der Fahrzeugflotte in hoher Stückzahl dar.
Die kundenspezifische Vielfältigkeit realer Randbedingungen wie bspw. das Fahrprofil oder der elektrische Leistungsbedarf von Nebenverbrauchern erfordert neben den gesetzlich vorgeschriebenen Zertifizierungstest zusätzliche Untersuchungen, um das optimale 48V-System zu identifizieren und somit den maximalen Kundennutzen zu gewährleisten. Im Rahmen des Vortrages soll die Energiebilanz sowie das Verbrauchseinsparpotential von P1- und P2-Systemen in verschiedenen Kundenfahrzyklen sowie bei unterschiedlichen Bordnetz-Energiebedarfen untersucht werden. Hierzu wird ein Rückwärts-Simulationsmodell eines Mittelklasse-Fahrzeuges in Verbindung mit einer ECMS-Betriebsstrategie (Equivalent Consumption Minimization Strategy) eingesetzt. Anhand des mittels optimaler ECMS vorgegebenen Leistungsverlaufes im elektrischen System wird die elektrische Energiegewinnung dem anschließenden Energieeinsatz in den zugehörigen Hybridmodi unter den genannten Randbedingungen gegenübergestellt. Des Weiteren wird der Einfluss der Integration einer Trennkupplung (K0) (Übergang von P1 nach P2) sowie veränderter maximaler elektrischer Systemleistung auf den Energiedurchsatz des Systems ermittelt. Abschließend werden die betrachteten 48V-Systeme hinsichtlich Verbrauchseinsparpotential bewertet und der Zusammenhang zwischen Verbrauch, Systemleistung und Energiedurchsatz qualitativ dargestellt. Die Ergebnisse dienen der kundenorientierten Auslegung zukünftiger 48V-Systeme.