Simulation von Hybridfahrzeugen

Abstract

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Simulation und Technik von Hybridfahrzeugen. Diese bieten neben vielen anderen Vorteilen vor allem einen geringeren Kraftstoffverbrauch im Gegensatz zu konventionellen Fahrzeugen. Sie helfen somit mit dem wertvoller werdenden Rohstoff Rohöl sparsamer umzugehen. Neben diesem Vorteil werden viele weitere Motivationen für die erst vor wenigen Jahren so populär gewordenen Hybridfahrzeuge betrachtet.<br />Die Hybridantriebstechnik ermöglicht Kraftstoffeinsparung nicht nur aus einem einzigen Effekt, sondern aus einer Vielzahl von verschiedenen Techniken. Darunter fällt z.B. Lastanhebung, Bremsenergierückgewinnung und Start/Stopp-Betrieb. Je nachdem wie stark und welche dieser Energieeinsparungstechniken genutzt werden, wird zwischen Mikro-, Mild-, Basic- und Fullhybrid unterschieden.<br />Ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Antriebstopologie. Es wird dabei zwischen Serienhybrid, Parallelhybrid und leistungsverzweigtem Hybrid unterschieden.<br />Anschließend wird das bekannteste Hybridfahrzeug, der Toyota Prius, vorgestellt und im Detail diskutiert.<br />Für die Simulation von Hybridantrieben wurden die wesentlichsten Komponenten ausgewählt: Die beiden Antriebe Verbrennungsmotor und elektrische Maschine, der Energiespeicher und die Leistungselektronik. Alle diese Komponenten werden diskutiert und passende Modelle für Sie erstellt.<br />Aufbauend auf diesen Komponenten wurden drei Fahrzeugmodelle in MATLAB / SIMULINK entwickelt: Ein konventionelles Fahrzeug, ein Elektrofahrzeug und ein Hybridfahrzeug. Mit diesen drei Modellen wurde ein genormter Fahrzyklus durchfahren, der den Kraftstoffverbrauch, die Wirkungsgradverläufe, die Leistungsverläufe und die Energiebilanz berechnet.<br />

This diploma deals with the simulation and the technology of hybrid electric vehicles (HEV). There are many advantages of HEV compared to normal motorised vehicles. One of the most important advantage is the lower fuel consumption. This saving of fuel provides the always more and more valuable getting resource crude oil. But there are many more advantages of HEV, so they are getting more and more popular.<br />There are some more reasons and techniques for the fuel saving behaviour of HEVs. For example: Load Point Shifting, Recuperation and Standstill Operation. Depending on the techniques and how intense there are applied, HEV are separated in four different classes: Micro-, Mild-, Basic-, and Fullhybrid.<br />Anotherdifferentiating fact of HEVs is their powertrain configuration. Therewith, the HEV are separated in series hybrid, parallel hybrid and power-split hybrid. Afterwards the most popular HEV Toyota Prius will be introduced and discussed in detail.<br />In the next step, the most important components are selected for the simulation. These are the two engines, the internal combustion engine and the induction machine, the electric storage system and the power electronics. All these components are discussed and suitable models are created.<br />For the use of these components, three vehicle models are created in MATLAB/ SIMULINK: A conventional vehicle, an electric vehicle and a hybrid vehicle. Then three models are tested by using a standard driving cycle. Thusly fuel consumption, efficiency, power characteristics and energy balance are calculated.