ELEKTRO-/HYBRIDFAHRZEUGE

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Rüdiger Messner
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1 Verkehrssymposium 2014 ELEKTRO-/HYBRIDFAHRZEUGE AUSWIRKUNGEN AUF DIE VERKEHRSSICHERHEIT Chemnitz, 26. Juni 2014

2 AUFBAU & FUNKTIONSWEISE VON ELEKTRO/HYBRIDFAHRZEUGEN

3 EIN BLICK IN DIE STATISTIK Fahrzeugbestand laut KBA-Datenbank per : Fahrzeugbestand gesamt: davon Elektrofahrzeuge: (0,03 %) davon Hybridfahrzeuge: (0,16 %) Monatliche Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen 3

4 STAND DER TECHNIK

5 TYPISCHE FAHRZEUZGPARAMETER VON ELEKTROFAHRZEUGEN Leistung: kw Drehmoment: Nm Batterietechnologie: vorrangig Lithium-Ionen-Akkus Reichweite: km Energieverbrauch: ca. 14 kwh/ 100 km Kilometerkosten bei 100 % regenerativ erzeugtem Strom: 3,64 /100 km (25,97 ct/kwh) Kilometerkosten bei konventionellem Strom: 3,55 /100 km (25,37 ct/kwh) Ladezeit Schnellladung: 30 min 3 h, Standard: 6 10 h Höchstgeschwindigkeit: km/h 5

14 kwh/ 100 km Kilometerkosten bei 100 % regenerativ erzeugtem Strom: 3,64 /100 km (25,97 ct/kwh)

6 HYBRIDFAHRZEUGE ALLGEMEINES Kombination von mindestens 2 Energiewandlern und 2 Energiespeichersystemen typisch ist Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor Elektroautomobil mit Range Extender (Reichweitenverlängerer) ist auch ein Hybrid 6

Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor

7 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDISIERUNGSGRADE Micro Hybrid: Leistungsbereich E-Maschine(n): bis ca. 3 kw typisches Spannungsniveau: 12 V Funktionalität: Start/Stop-Automatik optimierter Generatorbetrieb 7

8 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDISIERUNGSGRADE Mild Hybrid Leistungsbereich E-Maschine(n): bis ca. 15 kw typisches Spannungsniveau: bis 150 V Funktionalität: Start/Stop-Automatik optimierter Generatorbetrieb Boosten Rekuperation 8

9 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDISIERUNGSGRADE Voll Hybrid Leistungsbereich E-Maschine(n): >> 15 kw typisches Spannungsniveau: >> 100 V bis 1000V Funktionalität: Start/Stop-Automatik optimierter Generatorbetrieb Boosten Rekuperation elektrisch Fahren 9

Spannungsniveau: >> 100 V bis 1000V Funktionalität:

10 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDISIERUNGSGRADE Plug in Hybrid Leistungsbereich E-Maschine(n): >> 15 kw typisches Spannungsniveau: >> 100 V bis 1000V Funktionalität: Start/Stop-Automatik optimierter Generatorbetrieb Boosten Rekuperation elektrisch Fahren Energiespeicher kann geladen werden 10

Funktionalität: Start/Stop-Automatik optimierter Generatorbetrieb

11 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDARTEN Paralleler Hybrid (z.b. VW Touareg Hybrid, ) Leistung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors addieren sich Verbrennungsmotor kann nahezu ohne Wirkungsgradverluste konventionell fahren beim elektrischen Fahren wird Verbrennungsmotor durch automatische Kupplung komplett vom Antriebsstrang entfernt im Teillastbereich kann eine Lastanhebung erfolgen und der VM mit günstigeren Wirkungsgrad betrieben werden 1. Verbrennungsmotor 2. Getriebe 3. Tank 4. Differenzial 5. Elektromotor / Generator 6. Automatische Kupplung 7. Inverter 8. Hochvoltbattrie 11

VW Touareg Hybrid, ) Leistung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors addieren sich Verbrennungsmotor kann nahezu ohne Wirkungsgradverluste

12 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDARTEN Serieller Hybrid (z.b. BMW i3 mit Range Extender, ) keine mechanische Verbindung des Verbrennungsmotors zu den Antriebsrädern Verbrennungsmotor kann immer bei optimalen Wirkungsgrad laufen (Drehzahl und Last immer konstant) kein Getriebe notwendig 1. Verbrennungsmotor 2. Tank 3. Differential 4. Generator 5. Elektromotor 6. Inverter 7. Hochvoltbattrie 12

13 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDARTEN Leistungsverzweigter Hybrid (z.b. Toyota Prius, ) Verbrennungsmotor kann Fahrzeug nur antreiben wenn ein Elektromotor als Generator arbeitet und eine Gegenmoment erzeugt je nachdem wie stark der andere Elektromotor antreibt erfolgt entweder eine Lastpunktanhebung oder Boosten 1. Verbrennungsmotor 2. Planetengetriebe 3. Tank 4. Differential 5. Elektromotor 1 6. Elektromotor 2 7. Inverter 8. Hochvoltbattrie 13

Toyota Prius, ) Verbrennungsmotor kann Fahrzeug nur antreiben wenn ein Elektromotor als Generator arbeitet

14 HYBRIDFAHRZEUGE HYBRIDARTEN Trough theroad Hybrid (z.b. Peugeot 3008 HYbrid4, ) eine Fahrzeugachse wird konventionell Betrieben, die andere elektrisch (Verbindung beider Antriebsarten erfolgt über die Straße) sehr guter Wirkungsgrad bei konventionellen Fahren Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors möglich 1. Verbrennungsmotor 2. Getriebe 3. Tank 4. hinteres Differential 5. Elektromotor 6. vorderes Differential 7. Inverter 8. Hochvoltbattrie 14

Peugeot 3008 HYbrid4, ) eine Fahrzeugachse wird konventionell Betrieben, die andere elektrisch (Verbindung

15 AUFBAU DES HV-SYSTEMS Erforderliche Komponenten Energiespeicher Elektromaschine Spannungswandler HV-Kabel & Stecker Optionale Komponenten HV-Klimakompressor HV-Heizung Ladeanschluss 15

16 KOMPONENTEN DES ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSTRANGES

17 ERFORDERLICHE HV-KOMPONENTEN Energiespeicher Batterien Nickel-Cadmium Nickel-Metallhydrid Lithium basiert (Li-Ionen, Li-Polymer, ) Doppelschichtkondensatoren Schwungmassenspeiche 17

18 ERFORDERLICHE HV-KOMPONENTEN Gefahrenpotenziale Lithiumbasierter Batterien Neigen zu exothermer Reaktion Mögliche Ursachen: Durchdringung einzelner Zellen Verformung einzelner Zellen Überladen und Tiefenentladung Überhitzen 18

Mögliche Ursachen: Durchdringung einzelner Zellen

19 ERFORDERLICHE HV-KOMPONENTEN Elektromaschine Synchronmaschine Asynchronmaschine Gleichstrommaschine Fehlerfälle Lagerschäden Erhitzung Isolationsschäden Verformung 19

20 ERFORDERLICHE HV-KOMPONENTEN Spannungswandler Umrichter für Elektromaschine (je nach Antriebsmaschine wird Wechsel- oder Gleichrichter eingesetzt) Gleichrichter für 12 V Bordnetz Fehlerfälle Verformung (Isolationsschäden/ Undichtigkeiten Unterbrechung von Bauteilen durch losreißen 20

Gleichrichter eingesetzt) Gleichrichter für 12 V Bordnetz Fehlerfälle

21 ERFORDERLICHE HV-KOMPONENTEN Hochvoltkabel und -stecker Verbinden der HV- Komponenten Fehlerfälle Isolationsschäden Unterbrechung 21

22 OPTIONALE HV-KOMPONENTEN HV-Klimakompressor Bei fast allen Fahrzeugen mit HV-Bordnetz verbaut Besteht aus Elektromotor und Kompressor Fehlerfälle Analog Antriebsmaschine 22

23 OPTIONALE HV-KOMPONENTEN Elektrische Heizung Meist bei reinen E-Fahrzeugen verbaut Luftheizer bei reinem E-Fahrzeug günstig Wasserheizer bei Hybrid vorteilig Fehlerfälle Analog Antriebsmaschine 23

24 OPTIONALE HV-KOMPONENTEN Ladeanschluss Bei Plug-in-Hybrid und reinen E-Fahrzeugen verbaut Typ 2 Ladestecker Seit Januar 2013 in Europa Festlegung auf Typ 2 Ladestecker ( VDE/Mennekes-Stecker ) Fehlerfälle Kombinierter Typ 2 Ladestecker Deformation der Kontakte Abdeckung defekt Typ 1 Ladestecker CHAdeMO Ladestecker 24

25 PKW MIT ELEKTRISCHEM ANTRIEBSSTRANG AUSWIRKUNGEN AUF DIE PERIODISCH TECHNISCHE ÜBERWACHUNG

26 ELEKTRO-/HYBRIDFAHRZEUGE BREMSWIRKUNGSPRÜFUNG Auswirkungen der Rekuperation: Überprüfung wenn Teil der Betriebsbremsanlage Bei verstärkter Nutzung einschlafen der konventionellen Bremse 26

27 HYBRIDFAHRZEUGE ABGASPRÜFUNG Bereitstellung von Prüfhinweisen für Abgasprüfung, um Motorlauf zu gewährleisten, falls erforderlich Prozedur um Motorlauf beim Prius II zu gewährleisten 27

28 PRÜFMÖGLICHKEITEN OHNE NUTZUNG DER FAHRZEUGSCHNITTSTELLE Prüfvorgaben am Beispiel Mitsubishi i-miev 28

29 NUTZEN DES HU-ADAPTERS 29

30 BEISPIELHAFTE UNTERSUCHUNGEN Prüfung der korrekten Funktionsweise des Batteriemanagementsystems (BMS) Abgleich von minimaler und maximaler Zellspannung der HV- Batterie 30

31 BEISPIELHAFTE UNTERSUCHUNGEN Überprüfung des Kühlsystems der HV-Batterie Feststellen von Temperaturüberschreitungen der HV-Batterie 31

32 BEISPIELHAFTE UNTERSUCHUNGEN Überprüfung der vorgeschriebenen Isolation zwischen den HV-Komponenten und dem 12V-Bordnetz Minimaler Isolationswiderstand 32

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