Effizienter Elektroantrieb mit fremderregter Synchronmaschine ohne seltene Erden. Am Beispiel der Renault Systemlösung

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Herta Brandt
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1 Effizienter Elektroantrieb mit fremderregter Synchronmaschine ohne seltene Erden Am Beispiel der Renault Systemlösung

2 Inhalt Einführung Marktpotential Renault Kangoo Z.E und Fluence Z.E Komponenten Sicherheitsaspekte Fazit

3 Einführung im Jahre 1900 hatte Renault schon angefangen Elektroautos zu bauen auf Grund der begrenzten Leistungsfähigkeit wurde der Verbrennungsmotor vorgezogen die Technologie, die Anreize der Regierung und Infrastruktur haben sich gewandelt sie sorgen dafür, dass es sich lohnt in diesen Markt zu investieren Renault arbeitet Continental zusammen

Technologie, die Anreize der Regierung und Infrastruktur haben sich gewandelt sie

4 Marktpotential

5 Renault Kangoo Z.E und Fluence Z.E

6 Renault Kangoo Z.E und Fluence Z.E Fluence Z.E Kangoo Z.E Fahrzeuggewicht kg Fahrzeugleistung kw Max. Geschwindigkeit Km/h Reichweite km max. Drehzahl von U/min der E-Motor benötigt kein zusätzliches Schaltgetriebe mittels einem integrierten Untersetzungsgetriebe wird eine gleichmäßige Beschleunigung erzielt

Geschwindigkeit Km/h 135 130 Reichweite km 185 170 max.

7 Renault Kangoo Z.E und Fluence Z.E E-Motor liefert aus dem Stand max. Drehmoment und ermöglicht schon bei geringer Drehzahl hohe Beschleunigungswerte Renault Fluence auch mit Verbrennungsmotor erhältlich Beschleunigungszeit [s] 0 50 km/h km/h Renault Fluence Z.E 4,1 13,4 Renault Fluence mit 1.6l Benzinmotor und Automatikgetriebe 5,9 13,9 Delta [%] -31 % -4%

Fluence auch mit Verbrennungsmotor erhältlich Beschleunigungszeit [s] 0 50 km/h 0 100 km/h

8 Komponenten Batterie: Lithium-Ionen-Mangan-Batterie nutzbare Energie von 22 kwh speicherbar beim Kangoo luftgekühlt durch freie Konvektion Batterie des Fluence wird aktiv gekühlt und lässt sich mittels Quick-Drop -Verfahren austauschen

luftgekühlt durch freie Konvektion Batterie des Fluence

9 Komponenten Motor: Fremderregte Synchronmaschine mag. Rotorfeld wird durch elek. Strom erzeugt (Schleifringsystem) der Erregerstrom kann bis auf null reduziert werden, deshalb auch bei hohen Drehzahlen geringe Leerlaufverluste Nachteil des Typs: zusätzlich Achslänge für Schleifringsystem und Kosten für zusätzlich benötige Rotorerregung

werden, deshalb auch bei hohen Drehzahlen geringe Leerlaufverluste Nachteil des

10 Integrierter Achsenantrieb mit Synchronmaschine achs-parallel angeordneter E-Motor, der über ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit dem Achsdifferential verbunden ist => Reduzierung der Systemgesamtkosten Rotorlagegebersystem ist für den elek. geregelten Betrieb notwendig Motorgehäuse und -lager werden gemeinsam für das Getriebe und den Motor genutzt => Reduktion der axialen Länge, des gesamten Volumens und folglich der Antriebsmasse und -kosten.

11 Integrierter Achsenantrieb mit Synchronmaschine

12 Leistung es können Wirkungsgrade von über 94% bis hin zu 99% erreicht werden Maximaldrehzahl ist auf U/min begrenzt, die Maschine ist auf eine Überdrehzahl von maximal U/min ausgelegt Maximale Motordrehzahl U/min Maximaler Erregerstrom A 20 DC-Spannung (nominal) V 300 Max. Drehmoment (Imax =300A) Nm 225 Max. mechanische Leistung (Imax =300A) kw 70 Max. Drehmoment (Imax =350A) Nm 245 Max. mechanische Leistung (Imax =350A) kw 90

400 U/min ausgelegt Maximale Motordrehzahl U/min 12000 Maximaler Erregerstrom A 20 DC-Spannung (nominal) V 300

13 Power Electronic Box modular aufgebaut, ermöglicht Skalierbarkeit des Leistungsbereichs ermittelt die initiale Rotorposition und überwacht Drehmoment Sicherheitskonzept garantiert den sicheren Betrieb Kommunikation mit anderen Fahrzeugsteuergeräten erfolgt mittels CAN-Bus (Feldbussystem)

Drehmoment Sicherheitskonzept garantiert den sicheren Betrieb

14 Erreger-Endstufe wird von der Power Electronic Box versorgt regelt den Erregerstromkreis des E-Motor soll für die gewünschte Drehmomentdynamik sorgen

15 Electric Vehicle Controller wurde von einem Motorsteuergerät abgeleitet bietet folgende Funkionen: Kommunikation im Fahrzeug- und Elektroantriebs-Netzwerk (Kommunikationszentrale) Steuerung der elektrischen Wasserpumpen, Antriebsstrang- (Drehmoment-) und Bremsmomentmanagement zur Nutzung der Rekuperation Erweiterte Klimafunktion, z. B. Heizung, Air-conditioning und Vorklimatisierung (während noch am Stromnetz ist) Schlüsselelement für die Fahrzeugkommunikation

16 Sicherheitsaspekte Antriebsstrang ist sicherheitsrelevant, daher muss der funktionalen Sicherheit besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden (Ausfall, Systemfehler, Risiken, Fehlfunktionen) Beispiele von Gefahrenmomenten bei Fahrantriebsapplikationen sind: Ungewolltes Anfahren Anfahren entgegen der gewollten Richtung Ungewollte Geschwindigkeitsabnahme

Fehlfunktionen) Beispiele von Gefahrenmomenten bei Fahrantriebsapplikationen sind:

17 Sicherheitsaspekte Abschaltstrategien: im Normalbetrieb oder im Fehlerfall darf kein ungewünschtes Drehmoment erzeugt werden Fehler müssen erkannt und behandelt werden was ein entsprechendes System Hardware- und Softwaredesign erforderlich macht Grundlegend existieren zwei Mechanismen zur Maschinenabschaltung: Sofortiges Abschalten Koordiniertes Abschalten

ein entsprechendes System Hardware- und Softwaredesign erforderlich macht Grundlegend

18 Sicherheitsaspekte Sofortige Abschaltung: ausgelöst, falls Fehler auftauchen, die keine sichere Strom- und somit Drehmomentregelung erlauben dabei muss sichergestellt werden, dass so schnell wie möglich kein Drehmoment anliegt wird durch Kurzschließen der 3-Stator-Phasen erreicht, durch das Öffnen der beiden Schalter der Erreger-Endstufe der Rotor entmagnetisiert

so schnell wie möglich kein Drehmoment anliegt wird durch Kurzschließen der 3-Stator-Phasen

19 Sicherheitsaspekte Koordinierte Abschaltung: Wird ausgelöst, wenn Fehler einen geringen oder keinen direkten Einfluss auf die E-Maschinenregelung haben erlaubt gesteuerten, weichen Abbau des Drehmoments es kann entweder auf null abgebaut werden oder auf einen maximalen Drehmomentwert begrenzt werden, um eine limp home - Strategie zu ermöglichen

gesteuerten, weichen Abbau des Drehmoments es kann entweder auf null abgebaut werden

20 Fazit guter Ansatz mit kompakter Achsantriebseinheit, einschließlich Elektromotor und Antrieb effektive Lösung zur Reduzierung der Gesamtsystemkosten beide Einheiten, ergänzt durch das Batteriesystem und das Gesamtfahrzeuglayout, führen zu Fahrzeugen, welche dem Vergleich mit einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bezüglich Leistung und Komfort standhalten und dies sogar in vielen Aspekten übertreffen und dies ohne jeglichen CO2 Ausstoß Zukunft bietet noch viele Möglichkeiten

führen zu Fahrzeugen, welche dem Vergleich mit einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bezüglich Leistung und Komfort

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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