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Leistung im Auto

Herausforderungen an die Leistungsregelung im Automobil

8. Juli 2011, 14:03 Uhr | Von Jifeng Qin, Zaki Moussaoui, Niall Lyne und Greg Miller (Intersil)

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Einsatz bei Hochvoltbatterien für elektrische Antriebe

In Hybrid- (HEV) oder Elektrofahrzeugen (EV) werden Hochvoltbatterien mit Betriebsspannungen von 200 bis 400 V als Energiespeicher verwendet. Zusätzlich braucht man eine herkömmliche 12-V-Batterie für die konventionellen Fahrzeugsysteme. Das Laden des Hochspannungs-Akkus übernimmt ein isolierter AC/DC-Schaltregler, während die Aufladung der Blei-Säure-Batterie von einem isolierten DC/DC-Konverter übernommen wird. Angesichts der großen Schwankungsbreite der Hochvoltbatterien wird im Allgemeinen ein Vorregler zwischen die 12-V-Batterie und den Eingang des isolierten DC/DC-Wandlers geschaltet, so dass Transformatorentwicklungen optimiert werden können. Bild 5 zeigt die Blockschaltung von HEV/EV-Systemen.

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Mit Brennstoffzellen betriebene Elektrofahrzeuge benötigen einen Energiespeicher zum Einschalten der Brennstoffzellen sowie zur Aufnahme der bei Bremsvorgängen zurückgewonnenen Energie. Die Brennstoffzelle ist die Haupt-Stromversorgungsquelle, doch weist sie eine geringe Leistungsdichte auf. Deshalb muss in diesem System ein Energiespeicher integriert werden, damit der Spitzen-Leistungsbedarf abgedeckt werden kann. 12-V-Batterien werden als Speicher bevorzugt, um die Kompatibilität mit der Mehrzahl der derzeit in den Fahrzeugen verbauten Verbraucher aufrecht zu erhalten. Die Spannung der Brennstoffzelle liegt dagegen in der Größenordnung von 60 V (etwa bei einem kommerziell erhältlichen 10-kW-Modul). Aus diesem Grunde ist ein DC/DC-Wandler erforderlich, der die Niedervoltbatterien mit dem durch die Brennstoffzelle versorgten Hochvoltsystem verbindet. In Bild 6 ist die Blockschaltung eines Brennstoffzellen-Systems dargestellt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die zunehmenden Anforderungen an Leistungsdichte und Ausgangsleistung die Ansprüche an die Entwicklung der Leistungsregelung im Automobil erheblich gestiegen sind. Die Mehrphasen-DC/DC-Wandlerstruktur kann den Entwurf automobiler Bordnetze in mehrfacher Hinsicht erleichtern. Der verringerte Ripple-Strom bei Mehrphasenbetrieb ermöglicht im Vergleich zu einphasigen Alternativen eine Reduzierung der elektromagnetischen Störungen (EMI) sowie eine Steigerung des Wirkungsgrads.