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Beitrag zum Energiemanagement in Kfz-Bordnetzen

Fabis, Radomir

Bei steigendem Energiebedarf ist das herkömmliche Bordnetz weder in der Lage Verbraucher zuverlässig zu versorgen, noch das Fahrzeug erfolgreich zu starten. Die Zunahme des Energieverbrauchs in modernen Kraftfahrzeugen erfordert neue Lösungen, wie z.B. ein Energiemanagement oder Einsatz der 42V Technologie. In dieser Arbeit werden Voraussetzungen zum Entwurf des Energiemanagementsystems EMS diskutiert (richtige Bordnetzdimensionierung). Vorgestellt werden mögliche Eingriffe (Verbrauchsreduktion, Leerlaufdrehzahlanhebung) und die damit verbundenen Konsequenzen (Batteriezustand, Kundenzufriedenheit). In der Arbeit wird auch ein Beispiel des EMS vorgestellt, das nur auf der Basis der generator- und batteriespezifischen Daten arbeitet. Im Bereich der 42V-Technologie werden folgende Themen erläutert: der Einfluss des EMS auf den Batteriezustand, die Ladezustand- und Ladebilanzoptimierung, die elektrische Unterstützung des Verbrennungsmotors beim Anfahren und die Aufnahme der Rekuperationsenergie. Die Arbeit befasst sich auch mit der Bewertung der EMS, die mit Hilfe einer Simulation durchgeführt wurde. Dazu werden Generator-, Batterie- und Verbrauchermodelle benötigt, die mit Hilfe von Matlab/Simulink aufgestellt wurden. Zum Schluss wird die Toolkette vorgestellt, die zur Automatisierung der Simulationsprozesse führt.
Modern vehicles have faced a continuous rise in power demand over the last decade. It is neither possible to cover all energy needs reliably, nor to guarantee a successful cranking. Therefore new solutions are needed, such as energy management or the introduction of 42V- technology (mild hybrid). This dissertation discusses the design requirements of energy management systems (e.g. power-train dimensioning) and considers some interventions (e.g. reduction of power demand, motor idle speed lifting), as well as the associated consequences (battery state, consumer satisfaction). The dissertation contains an example of the energy management system, which is based on the battery- and alternator specific data. Different aspects are emphasised regarding the 42V – technology: impact of the energy management on the battery state, optimisation of the battery state of charge, support of the combustion engine by the electrical system when cranking and/or bringing up to speed, and recovery of the braking energy. The dissertation shows the methods for the validation of energy management systems, which are based on Matlab/Simulink simulations. Several battery-, alternator- and consumer models are shown. Finally a tool chain is presented, which allows the automation of simulation processes.