Dynamic Motor Drive: Optimierung der Steuerung von Elektromotoren zur Verbesserung der Effizienz

Autoren

M. Younkins PhD, P. Carvell BSEE, J. Fuerst BSME MBA, Tula Technology, San Jose, USA:

Jahr

2021

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Durch die Elektrifizierung des Transportsektors wird die Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen reduziert, die Klimaveränderungen verringert und die Emissionen von Verbrennungsmotoren eliminiert. Zukünftig wird der Wirkungsgrad für die Nutzung der elektrischen Energie an Bedeutung gewinnen. Voraussetzung ist, dass der Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten von Elektrofahrzeugen die gleiche Bedeutung erlangen wird wie bei den fossil angetriebenen Fahrzeugen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen ist entscheidend für deren Machbarkeit. Die maximalen Wirkungsgrade von Elektromotoren mit Seltenerd-Magnetwerkstoffen sind größer als 90 %. Bei ausgeführten Antriebsstrang-Architekturen und realen Fahrzyklen wird der Elektromotor häufig außerhalb des wirkungsgradoptimalen Kennfeldbereiches (Drehzahl/Last) betrieben. Der Wirkungsgrad des Elektromotors beträgt bei 10 % des maximalen Drehmomentes lediglich 70 bis 85 %. Des Weiteren besitzen die Magnete hocheffizienter Elektromotoren einen hohen Bestandteil von Neodym oder Samarium, beide sind sehr kostspielig und haben eine limitierte Verfügbarkeit. Tulas Strategie zur Regelung der Elektromotoren – mit dem Namen Dynamic Motor Drive (DMD) – vermeidet die Wirkungsgradverluste bei niedriger Last und reduziert oder eliminiert die Abhängigkeit von den Seltenerd-Werkstoffen. Zur Regelung des Elektromotors wird eine neuartige Puls-Dichten-Strategie eingesetzt. Dadurch werden die Wechselrichter - und Magnetkreis Verluste vermieden. Bei hoher Last, haben Versuche mit Induktivmotoren eine Wirkungsgradsteigerung von 2 % Punkte nachgewiesen. Größere Verbesserungen sind bei kleinerer Last möglich. Im WLTP-Zyklus betragen die Verbesserungen 2,5 % Punkte. Durch den geringeren Energieverbrauch kann die Batteriegröße reduziert und die Reichweite vergrößert werden. In dem Beitrag werden sowohl die konstruktiven Maßnahmen zur Optimierung des Elektromotors beschrieben als auch die neuartige Regelstrategie anhand von Versuchsergebnissen im Detail erläutert.

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