Kurzfassung

摘要

Die Herstellungskosten von batterieelektrisehen Fahrzeugen sind bis heute im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sehr hoch. Konventionelle Fahrzeuge basieren auf Baukastensystemen, die zu einer Stückzahlerh?hung auf Komponentenbasis und damit zu einer Kostenreduktion führen. Für batterieelektrische Fahrzeuge ist zurzeit kein vergleichbares Konzept verfügbar.In dieser Arbeit werden modulare, skalierbare mehrstr?ngige Antriebssysteme für Elektrofahrzeuge vorgestellt, welche für unterschiedliche Fahrzeugklassen eingesetzt werden k?nnen. Für das modulare Konzept werden Induktionsmaschinen (IM) und permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) verwendet. Ziel ist es, eine Leistungsskalierung zu erm?glichen. bei der der Strangstrom ann?hernd konstant bleibt, um eine Verwendung identischer Halbleitermodule für die unterschiedlichen Antriebssysteme zu erm?glichen. Dies wird durch eine L?ngen- und Strangzahlskalicrung der E-Maschine erreicht. Dazu werden die Vor- und Nachteile mehrstr?ngiger E-Maschinen analysiert, um die für das Konzept geeigneten Strang-zahlcn zu ermitteln. Hierbei wird speziell die Entstehung von Stromoberschwingungen in mehrstr?ngigen Wicklungen untersucht und ein Verfahren erarbeitet, welches eine Kompensation der Oberschwingungsstr?me erm?glicht. Dabei stellt sich heraus, dass für das Konzept drei- und sechsstr?ngige Antriebssysteme am besten geeignet sind. Aus diesem Grund werden die Verluste bei Wechselrichtcrspeisung in diesen Maschinentypen detailliert untersucht. Die Grundschwingungsverluste der sechsstr?ngigen E-Maschinen sind aufgrund des h?heren Hauptwellenwicklungsfaktors geringer als die der dreistr?ngigen Varianten. Die durch die Wech-selrichterspcisung entstehenden Oberschwingungsverluste sind dagegen in den sechsstr?ngigen E-Maschinen h?her als in den dreistr?ngigen Varianten. Es werden die Wirkungsgradunterschiede der beiden Maschinentypen (IM und PMSM) in drei- und in sechsstr?ngiger Ausführung analysiert. Mithilfe der erarbeiteten Teilmodelle für Fahrzeug. E-Maschine. Wechselrichter und Batterie wird eine Fahrzeugsimulation durchgeführt und der Energiebedarf des Antriebssystems bestimmt. Zus?tzlich werden thermische Modelle der E-Maschinen erarbeitet, mit denen das thermische Verhalten im Fahrzyklus berechnet werden kann. Durch zahlreiche Messungen an zwei Prototypen (IM und PMSM) konnten die Komponentenmodelle validiert werden.Anhand der erarbeiteten Kostenmodelle und der Fahrzeugsimulationen wird gezeigt, dass das modulare, skalierbare mehrstr?ngige Konzept Kostenvorteile gegenüber nicht modularen Bauweisen hat. Das Bauvolumen der modularen Antriebssysteme ist minimal gr??er als das der nicht modularen Systeme. Die Energieeffizienz beider Systeme ist ann?hernd gleich.