1. Die Emissionen 6. Zwei Konzepte

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum: 06.05.2011

Bremsenergierückgewinnung


Inhaltsverzeichnis

1. Die Emissionen 6. Zwei Konzepte

2. Ein Problem 7. Vorteile der Rekuperation

3. Ein Lösungsansatz? 8. Wie viel Kraftstoff benötigt der

Generator?

4. Die Idee 9. Lösung

5. Rekuperation beim Kfz 10. Warum verbraucht ein Fahrzeug

ohne Rekuperation mehr?


Inhaltsverzeichnis

11. Der Widerstand 16. Das Batteriemanagement

12. Film Varta AG 17. Der Batteriesensor/ Steuergerät

13. Bestandteile eines 18. Schaltplan des BMM

Rekuperations- systems

14. Vernetzung des Systems 19. Batterie mit AGM-Technologie

15. CAN-Datenbus 20. Intelligente Generatorregelung


Inhaltsverzeichnis

21. IGR Übersicht

22. Laderegelung

23. Multifunktionsregler

24. Zusammenfassung als Lückentext

25. Ende der Präsentation und die Quellenangaben

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum: 06.05.2011 1

Die Emissionen

Quelle:focus.de


Ein ProblemEin Kfz hat einen nur sehr geringen Wirkungsgrad.Ein Kfz hat einen nur sehr geringen Wirkungsgrad.

Der thermische Wirkungsgrad eines Der thermische Wirkungsgrad eines Otto-Motors liegt bei nur ca. 35%.Otto-Motors liegt bei nur ca. 35%.

Dieser Wirkungsgrad wird im Anschluss Dieser Wirkungsgrad wird im Anschluss dann nochmals durch 7%dann nochmals durch 7%

Reibungsverluste gemindert.Reibungsverluste gemindert.

Man spricht hier vom Man spricht hier vom dem mechanischen Wirkungsgrad. dem mechanischen Wirkungsgrad.

Die hohen Verluste haben einen Die hohen Verluste haben einen hohen, unnötigenhohen, unnötigen

Kraftstoffverbrauch zur Folge!Kraftstoffverbrauch zur Folge!


Ein Lösungsansatz? Man verringert die Widerstände Man verringert die Widerstände

beim Kfz, indem man die Zeit wo beim Kfz, indem man die Zeit wo sie auftreten verkürzt sie auftreten verkürzt bzw. entfallen lässt.bzw. entfallen lässt. Dies soll beim Dies soll beim elektrischen Widerstand im elektrischen Widerstand im Generator geschehen. Generator geschehen.


Die Idee Der Generator und die Der Generator und die Kühlmittelpumpe eines Kfz Kühlmittelpumpe eines Kfz werden angetrieben, sobald der werden angetrieben, sobald der Motor läuft. Motor läuft.

Die beiden Aggregate laufen Die beiden Aggregate laufen ununterbrochen mit!ununterbrochen mit!

Es wäre sinnvoll die Pumpe und Es wäre sinnvoll die Pumpe und den Generator nur an der den Generator nur an der Bewegungsenergie des Motors Bewegungsenergie des Motors teilnehmen zulassen,teilnehmen zulassen,wenn sie denn auch benötigt wenn sie denn auch benötigt werden. werden.


Rekuperation beim Kfz

Es handelt sich um ein System bei einem Kfz, Es handelt sich um ein System bei einem Kfz, welches in der Lage ist, anhand von aufgenommenen welches in der Lage ist, anhand von aufgenommenen

Eingangsgrößen eine Regelung vorzunehmen. Eingangsgrößen eine Regelung vorzunehmen.

Diese Regelung bezieht sich auf die Diese Regelung bezieht sich auf die Verzögerungsphasen des Fahrzeuges Verzögerungsphasen des Fahrzeuges

und kann die „Bremsung“ nutzen, um Energie und kann die „Bremsung“ nutzen, um Energie in Form von elektrischen Strom zurückzugewinnen.in Form von elektrischen Strom zurückzugewinnen.

,


Zwei Konzepte1.1. Bei konventionellen Ver-Bei konventionellen Ver-

brennungsmotoren.brennungsmotoren.

Energie wird geschont.Energie wird geschont.

Ladezustand der BatterieLadezustand der Batterie

wird überwacht und ggf.wird überwacht und ggf.

geladen.geladen.

2. 2. Beim Hybridsystem. Beim Hybridsystem.

Energie wird zurück-Energie wird zurück-

gewonnen.gewonnen.

Energie kann in einen Energie kann in einen

Zwischenspeicher bzw.Zwischenspeicher bzw.

Akku transferiert werden.Akku transferiert werden.


Vorteile der Rekuperation

Geringerer Kraftstoffverbrauch(3%), weniger Geringerer Kraftstoffverbrauch(3%), weniger COCO22

Mehr Antriebskraft beim BeschleunigenMehr Antriebskraft beim Beschleunigen

Motorbremsfunktion, dadurch weniger Verschleiß von Motorbremsfunktion, dadurch weniger Verschleiß von

Getriebe; weniger Verschleiß der BremsbelägeGetriebe; weniger Verschleiß der Bremsbeläge


Wie viel Kraftstoff benötigt der Generator?

Es soll der Kraftstoffverbrauch auf 100km errechnet werden, der Es soll der Kraftstoffverbrauch auf 100km errechnet werden, der durch den Generator entsteht.durch den Generator entsteht.

Geg: U = 12V ; I = 65A; η = 0,9 Geg: U = 12V ; I = 65A; η = 0,9 Ges: W in kWh / lGes: W in kWh / l

P in kW P in kW · 1h = Arbeit in kWh· 1h = Arbeit in kWh

Hinweis: 1l / 100km ≙ 10kWh/ 100kmHinweis: 1l / 100km ≙ 10kWh/ 100kmPGenerator= U· I ·√3


Lösung

PPaufgenommenaufgenommen = 1351W/ 0,9 = 1351W/ 0,9

PPaufgenommenaufgenommen = 1501W = 1501W

W= 1,501kW · 1 hW= 1,501kW · 1 h

W= 1,501kWhW= 1,501kWh

1,501kWh = 0,1501l1,501kWh = 0,1501l

Schlusssatz:Schlusssatz:

Durch den Generator wird Durch den Generator wird auf einer Strecke von auf einer Strecke von 100km ca. 100km ca. 150ml150ml mehr mehr verbraucht, unter verbraucht, unter Vernachlässigung der Vernachlässigung der Reibungsverluste! Reibungsverluste!


Warum verbraucht ein Fahrzeug ohne ohne Rekuperation mehr?

Durch den dauerhaften Antrieb Durch den dauerhaften Antrieb

des Generators muss der Motor den des Generators muss der Motor den

Widerstand (das Magnetfeld) überwindenWiderstand (das Magnetfeld) überwinden

und gibt damit einen Teil und gibt damit einen Teil

seiner Leistung ab.seiner Leistung ab.

Dies hat einen höheren Kraftstoffverbrauch Dies hat einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge.zur Folge.


Der Widerstand

Der Widerstand ist das Resultat von Der Widerstand ist das Resultat von

verschiedenen Verlusten.verschiedenen Verlusten.

Reibungsverluste( Kollektor, Schleifringe)Reibungsverluste( Kollektor, Schleifringe)

Wicklungsverluste( Wirbelstromverluste)Wicklungsverluste( Wirbelstromverluste)

Magnetisierungsverluste( entstehende Wärme durch Magnetisierungsverluste( entstehende Wärme durch ständiges Ummagnetisieren).ständiges Ummagnetisieren).


Bestandteile eines Rekuperationssystem Motormanagement;Motormanagement;Motorsteuergerät mit integrierter Generatorregelung und Motorsteuergerät mit integrierter Generatorregelung und

E-Gaspedal mit SchuberkennungE-Gaspedal mit Schuberkennung Batteriemanagement;Batteriemanagement;Batteriesensor mit integriertem Steuergerät und einerBatteriesensor mit integriertem Steuergerät und einer

speziellen AGM-Batteriespeziellen AGM-Batterie MultifunktionsreglerMultifunktionsregler ; ;am Generator mit Anbindung zum Can-Bus.am Generator mit Anbindung zum Can-Bus.


Vernetzung des Systems

Der Datentransfer bei der Rekuperation verläuft mit demDer Datentransfer bei der Rekuperation verläuft mit dem

CAN-BUS System.CAN-BUS System.

CAN bedeutet Controller Area NetworkCAN bedeutet Controller Area Network Es besteht aus zwei Datenleitungen(CAN-High; CAN-Low)Es besteht aus zwei Datenleitungen(CAN-High; CAN-Low) Funktioniert nach dem Master-Slave PrinzipFunktioniert nach dem Master-Slave Prinzip Es werden weniger Kabelstränge und Sensoren benötigt.Es werden weniger Kabelstränge und Sensoren benötigt.


CAN-Datenbus

Quelle: kfz-tech.deQuelle: kfz-tech.de


Das Batteriemanagement

Während der Fahrt laufende Kontrolle der Batterie-Während der Fahrt laufende Kontrolle der Batterie-spannung und Ladeaktivität.spannung und Ladeaktivität.

Bei Bedarf erhöht das System die Bei Bedarf erhöht das System die Leerlaufdrehzahl geringfügig um die LeistungLeerlaufdrehzahl geringfügig um die Leistungdes Ladegenerators zu erhöhen.des Ladegenerators zu erhöhen.

In extremen Fällen werden kurzzeitig besondersIn extremen Fällen werden kurzzeitig besondersverbrauchsintensive Komponenten deaktiviert.verbrauchsintensive Komponenten deaktiviert.

Der Komfort leidet darunter nicht.Der Komfort leidet darunter nicht.


Der Batteriesensor/ Steuergerät wird am Minuspol befestigt. Permanente Bewertung des

aktuellen Ladezustands. Analysiert vollgende Werte:

Batteriespannung, -strom und -temperatur.

überprüft auch den Ruhestrom

Steuergerät integriert


Schaltplan des BMM


Batterie mit AGM-Technologie

AGM bedeutet Absorbent Glass Mat Elekrolyt ist in einem Vlies aus Glasfasern gebunden höhere Zyklenfestigkeit im Vergleich zu traditionellen Batterien. der Verlust des aktiven Materials wird so weit wie

möglich reduziert.

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum:06.05.2011 20

Intelligente Generatorregelung• Verzögerungsphase Bei einer Verzögerung regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine Bei einer Verzögerung regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine

Ladespannung auf 14 V wie bei einem herkömmlichen Generator, um der Motor-Ladespannung auf 14 V wie bei einem herkömmlichen Generator, um der Motor-Bremswirkung Vorrang zu geben.Bremswirkung Vorrang zu geben.

> Generator-Belastung> Generator-Belastung..

• Beschleunigungsphase Bei einer Beschleunigung regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine Bei einer Beschleunigung regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine

Ladespannung auf einem niedrigeren Wert, also 13,2 V, um das Widerstandsmoment am Ladespannung auf einem niedrigeren Wert, also 13,2 V, um das Widerstandsmoment am Motor zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu senken.Motor zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu senken.

> Generator-Entlastung> Generator-Entlastung..

• Stabilisierter BetriebBei stabilisierter Drehzahl regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine Bei stabilisierter Drehzahl regelt der Generator auf Befehl des Motor-Steuergeräts seine

Ladespannung auf einen Zwischenwert, also 13,5 V.Ladespannung auf einen Zwischenwert, also 13,5 V.

Die IGR-Funktion ist als Software, in der DME/DDE integriert. In der Systemübersichtsind die beteiligten Komponenten dargestellt.

Bit serielle Schnittstelle

Ladezustand der Batterie

INDEX ERKLÄRUNG

1 Generator

2 Motorsteuerung (DME/DDE)

3 Intelligenter Batteriesensor IBS

4 Fahrzeugbatterie

5 Verbraucher im Fahrzeug

Rot Energiefluss im Fahrzeug

Blau Informationsfluss im Fahrzeug

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum:06.05.2011 21 IGR Übersicht

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum:06.05.2011 22 LaderegelungBei Fahrzeugen ohne Rekuperation soll die LadespannungBei Fahrzeugen ohne Rekuperation soll die Ladespannungkonstant sein, denn der Bleiakkumulator verkraftet keinekonstant sein, denn der Bleiakkumulator verkraftet keinegroßen Ladespannungsschwankungen.großen Ladespannungsschwankungen.

Die Ausgangsspannung ist stark drehzahl,- und last-Die Ausgangsspannung ist stark drehzahl,- und last-abhängig.abhängig.

Ein Laderegler steuert über die Erregerspannung den Ein Laderegler steuert über die Erregerspannung den Strom und damit die magnetische Feldstärke so,Strom und damit die magnetische Feldstärke so,dass die Ladespannung konstant ist.dass die Ladespannung konstant ist.

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum:06.05.2011 23 Multifunktionsregler

• Der Regler steuert den Erregerstrom.

• besitzt keine Erregerdioden mehr

• Er wird vom Steuergerätmit Impulsen angetaktet.

• Das Tastverhältnis ist ein Maß für den Auslastungs-grad des Generators.

Mark Fochler Klasse: FOS-T Datum:06.05.2011 24

LückentextDas regenerative Bremsen, auch _____ genannt, ist ein rein ______ System,Das regenerative Bremsen, auch _____ genannt, ist ein rein ______ System,welches in der Lage ist den Kraftstoffverbrauch um ca. __% zu senken.welches in der Lage ist den Kraftstoffverbrauch um ca. __% zu senken.Es besteht aus einem _______, einer intelligenten Generatorregelung und Es besteht aus einem _______, einer intelligenten Generatorregelung und einer speziellen _______.einer speziellen _______.Das _______ kann den Ladezustand der Batterie analytisch ermitteln und Das _______ kann den Ladezustand der Batterie analytisch ermitteln und ist über das______ System mit dem Motormanagement vernetzt.ist über das______ System mit dem Motormanagement vernetzt.Daraufhin kann die Generatorregelung, die im _______ integriert ist reagieren.Daraufhin kann die Generatorregelung, die im _______ integriert ist reagieren.Ist der vom Fahrzeughersteller definierte Ladezustand erreicht, wird die Ist der vom Fahrzeughersteller definierte Ladezustand erreicht, wird die _______ herabgesetzt und das _________ am Motor sinkt._______ herabgesetzt und das _________ am Motor sinkt.Es wird Kraftstoff gespart.Es wird Kraftstoff gespart.Ist der Soll-Ladezustand nicht erreicht und es herrscht keine Bremsphase,Ist der Soll-Ladezustand nicht erreicht und es herrscht keine Bremsphase,dann wird die Ladespannung auf einen Mittelwert von ____V geregelt.dann wird die Ladespannung auf einen Mittelwert von ____V geregelt.Ist eine Bremsphase vorhanden, dann wird verstärkt mit ____V geladenIst eine Bremsphase vorhanden, dann wird verstärkt mit ____V geladen..


EndeVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Quellenangaben: www.bosch.de www.wikipedia.org/wiki/Rekuperationsbremse www.varta.de www.wikipedia.org/wiki/Bleiakkumulator Europa Fachkunde Buch 28te Auflage

http://www.bosch.de/

http://www.wikipedia.org/wiki/Rekuperationsbremse

http://www.varta.de/

http://www.wikipedia.org/wiki/Bleiakkumulator

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1. Die Emissionen 6. Zwei Konzepte