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Entwicklung eines Systemkonzeptes für ein Wechselspeichersystem in der E-Mobilität bezogen auf Nah-, Linien- und Notverkehr

Written by J. Neubauer

Paper category

Master Thesis

Subject

Engineering

Year

2019

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Abstract

Masterarbeit: Grundlagen von Elektrofahrzeugen In den folgenden Unterkapiteln 2.1 bis 2.5 werden die Funktionsprinzipien reiner Elektrofahrzeuge, notwendige Komponenten, unterschiedliche Fahrzeugtypen sowie Anschaffungs- und Wartungskosten bis hin zur Lebensdauer und Entsorgung erläutert. 2.1 Funktionsprinzip Ein Elektroauto wird von einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben. Diese Motoren werden von einer im Fahrzeug eingebauten Batterie gespeist. Diese Elektroautos können mit 220 Volt Wechselstrom geladen werden. Diese Spannung ist für jeden österreichischen Haushalt geeignet und macht Elektroautos sehr bevölkerungsnah. Im Vergleich zu herkömmlichen benzin- oder dieselbetriebenen Verbrennungsmotoren werden die beweglichen Teile des Elektromotors um 90 % reduziert. Daher hat der Motor einen höheren Wirkungsgrad und fast kein Geräusch. (Gauß, 2014) 2.1.1 Vorteile von Elektrofahrzeugen Elektrofahrzeuge haben gegenüber herkömmlichen fossil betriebenen Fahrzeugen mehrere Vorteile: Einerseits ist die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Antriebsenergie sehr effektiv. Da der Elektromotor sehr effizient ist, wird auch der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs deutlich verbessert. (Karle, 2018) Läuft das Fahrzeug mit Elektromotor, reagiert es sehr sportlich. Denn der Wirkungsgrad des Motors liegt im gesamten Arbeitsbereich fast über 90 %, wodurch die Beschleunigungsleistung deutlich über der des Verbrennungsmotors liegt. Elektroautos beschleunigen auch schneller, weil sie kein manuelles Getriebe im herkömmlichen Sinne haben. Die damit verbundenen Leistungs- und Zeitverluste durch eventuelle Schalthandlungen sind ausgeschlossen. Ebenso gibt es kein für Kraftfahrzeuge charakteristisches Motorgeräusch, das die Geräuschemissionen in Städten reduzieren kann. Ein weiterer technischer Vorteil von Elektrofahrzeugen besteht darin, dass durch den Bremsvorgang Energie zurückgewonnen werden kann, die sogenannte Energierückgewinnung. Dies kann die Laufleistung des Fahrzeugs verlängern. (Karle, 2018) Im Vergleich zu Benzin- und Dieselmotoren zeichnet er sich durch geringere Betriebs- und Wartungskosten aus und ist damit das Flaggschiff der Elektrofahrzeuge. Dieser Punkt richtet sich speziell an Einzelpersonen als Kunden. Da Elektrofahrzeuge beim Fahren keine Schadstoffe emittieren, werden reine Elektrofahrzeuge als sogenannte „Null-Emissions-Fahrzeuge“ eingestuft. Dies hat zum einen Vorbildwirkung und finanzielle Unterstützung für den Eigentümer. 2.1.2 Nachteile von Elektrofahrzeugen Neben den bereits in Kapitel 2.1.1 erwähnten Vorteilen von Elektrofahrzeugen müssen auch deren Nachteile aufgezeigt werden. Die wichtigsten davon sind die kürzere Reichweite, die längere Ladezeit und der höhere Anschaffungspreis. (Karle, 2018) Tatsächlich gibt es derzeit keine aussagekräftige Langzeitstudie zur tatsächlichen Lebensdauer von reinen Elektrofahrzeugen. Berücksichtigt werden. Lediglich die Lebensdauer bestimmter Komponenten, die in anderen Geräten verbaut wurden, ist bekannt. Diese Tatsache ist der Hauptrisikofaktor im Elektro-Gebrauchtwagenmarkt. Zum Beispiel gibt es derzeit keine restriktiven Studien, wie lange ein 5 Jahre altes Elektroauto fahren kann oder wie zuverlässig es ist und welche Leistung es nach dieser Zeit noch hat. Der vielleicht einflussreichste Nachteil ist, dass elektrisch betriebene Fahrzeuge immer noch einen hohen Anschaffungspreis haben, sodass nicht alle potenziellen Kunden sie kaufen können. (Karle, 2018) 2.2 Komponenten In den folgenden Punkten werden die Basiskomponenten eines rein elektrisch angetriebenen Konzeptfahrzeugs aufgelistet und näher beschrieben. Sie gliedern sich in folgende Punkte: • 2.2.1 Elektromotoren mit Antriebssystemen • 2.2.2 Energiespeicher • 2.2.3 Batteriemanagementsysteme und leistungselektronische Geräte 2.2.1 Motoren mit Antriebssystemen sind in Abbildung 2-1 dargestellt bei kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen verwenden Elektrofahrzeuge Verbrennungsmotoren und mechanische Getriebe. (Karle, 2018) In Elektrofahrzeugen kommen hauptsächlich Drehstrommotoren und Asynchronmotoren zum Einsatz. Beim Drehstrommotor werden ferner der Permanentmagnet-Synchronmotor und der fremderregte Synchronmotor unterschieden. Da der am Fahrzeug verbaute Elektromotor auch als Generator arbeiten kann, sollte der Begriff Elektromotor eigentlich in „Motor“ geändert werden. „Es wurde in dieser Arbeit ignoriert. (Braun, 2019) Ein offensichtlicher Vorteil des Elektromotors lässt sich bereits an den folgenden Fakten erkennen. Die heute gebräuchlichen Elektrofahrzeuge haben meist ein einfaches, fest übersetztes Getriebe, das Gewicht erfordert. Viel leichter (Karle, 2018) Drehstromantriebe sind die am häufigsten eingesetzten Elektromotoren in der Fahrzeugtechnik, da sie die besten Voraussetzungen für hohe Leistungsanforderungen mitbringen. Read Less