Optimierung des elektrischen Antriebsstrangs von Elektrofahrzeugen mit Betrachtung parasitärer Ströme innerhalb der elektrischen Maschine

  • Optimization of electric vehicle drive trains with consideration of parasitic currents inside the electrical machine

Bubert, Andreas Martin; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Kennel, Ralph (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 141
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (x, 215 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Ziel dieser Arbeit ist es, Optimierungsansätze für Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen zu erarbeiten und zu evaluieren.Um die Optimierungsansätze bewerten zu können, wurde eine modulare Simulationsplattform für Elektrofahrzeuge entwickelt. Mit Hilfe dieser Plattform ist es unter anderem möglich, Performance, Energieverbrauch, das Volumen und Gewicht sowie die Kosten verschiedener Antriebsstränge zu bestimmen. Neben diesen üblichen Kennzahlen werden in dieser Arbeit auch die Auswirkungen auf die Lagerströme der elektrischen Maschine in die Bewertung integriert. Dazu wurde ein Hochfrequenzmodell der elektrischen Maschine entwickelt um diese parasitären Effekte abbilden bzw. voraussagen zu können. Als Optimierungsansätze werden unter anderem speziell optimierte Leistungsmodule für höhere Zwischenkreisspannungen, neue Umrichtertopologien (z.~B.~Multileveltopologien) und –technologien (z.~B.~Siliziumkarbid Leistungshalbleiter) sowie verschiedene Antriebsstrangtopologien (Mehrmaschinen, Hybridbatterien) untersucht. Ein besonderer Fokus wird dabei auf die Neutral-Point-Clamped 3-Level Topologie gelegt. Neben optimierten Ansteuerverfahren stellen das Neutralpunktbalancing und die Limp-Home Fähigkeit Herausforderungen bzw. Potentiale dieser Topologie dar, welche im Rahmen der Optimierung detailliert untersucht wurden. Abschließend kann festgestellt werden, dass der Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen noch deutliches Verbesserungspotential bietet. Multi-Level Topologien und neue Leistungshalbleitertechnologien wie Siliziumkarbid bieten hier großes Potential, jedoch meistens mit Nachteilen verbunden wie gesteigertem Filteraufwand, erhöhten Lagerströmen oder Bauteileinsatz.

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