Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5.3 Energiemodell
Käfigläufer deutliche Vorteile bezüglich der mechanischen Sicherheit gegenüber der PSM
auf, die in Bezug auf thermische Überlastbarkeit und die Gefahr durch Überspannungen im
Fehlerfall aufgrund der Permanenterregung durchaus gewisse Risiken birgt. Auch bezüglich
der Systemkosten hat die ASM aufgrund ihres einfachen mechanischen Aufbaus deutliche
Vorteile gegenüber der PSM, deren Permanentmagnetmaterial nach wie vor sehr teuer ist.
5.3.2.2 Leistungselektronik
Die Leistungselektronik setzt die bereitgestellte Energie in die von einem Verbraucher benötigte
Form um. Sie ist das Bindeglied zwischen einem Energieerzeuger und dem Energieverbraucher.
Im Falle des Elektrofahrzeugs stellt der Energiespeicher (die Batterie) eine Gleichspannung
mit gegebenem Spannungsniveau zur Verfügung. Für den Antriebsfall benötigt die
elektrische Maschine die elektrische Energie in Form von Drehstrom. In diesem Fall muss
die Leistungselektronik den von der Batterie zur Verfügung gestellten Gleichstrom – als
Wechselrichter fungierend – in Drehstrom umwandeln. Zur Leistungselektronik zählen aber
auch die zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtungen. Die Umwandlung wird durch elektronische
Schalter bewirkt und erfolgt verlustarm. Der Schalterbetrieb unterscheidet die Leistungselektronik
von der Analogelektronik, bei der eine Spannungsumformung durch Transistoren
erfolgt und daher mit hohen Verlusten verbunden ist [Specovius, 2011].
Der Energiefluss kann sich aber auch umkehren, so dass im Bremsbetrieb Energie zurückgewonnen
werden kann. In diesem Fall muss die Leistungselektronik als Gleichrichter betrieben
werden, um den von der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine produzierten
Drehstrom in Gleichstrom umzuwandeln und in der Batterie zu speichern.
Einige Nebenverbraucher – die Niedervolt-Nebenverbraucher – benötigen zwar eine Gleichspannung,
jedoch auf niedrigerem Spannungsniveau, als dem der Traktionsbatterie. Für diese
Spannungswandlung werden Gleichstromumrichter (DC/DC-Wandler) verwendet.
Die komplette Leistungselektronik wird im Simulationsmodell kennfeldbasiert modelliert. Abbildung
19 zeigt beispielhaft die Wirkungsgrade der Leistungselektronik zu einer vermessenen
elektrischen Maschine, deren Wirkungsgradfeld in Abbildung 18 gezeigt ist.
Abbildung 19: Wirkungsgrade der Leistungselektronik [Staunton et al., 2006]
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