SCHRIFTEN
REIHE NR. 117
Energienutzungsgrade
für elektrische
Bordnetzversorgungseinheiten
Auftraggeber:
Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT)
Forschungsnehmer:
Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA)
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hans-Christoph Skudelny t
Friedhelm Schöpe
Jürgen Reinert
Postanschrift:
Postfach 170563 • 60079 Frankfurt
Telefon (0 69)7570-1
Drahtanschrift: Autoverband
Telex 411 293
Druckerei Henrich GmbH
Schwanheimer Straße 110
60528 Frankfurt am Main
Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur
mit ausdrücklicher Genehmigung der FAT
VORWORT
In Elektrostraßenfahrzeugen wird der größte Teil der elektrochemisch gespeicherten Energie
zur Deckung des Fahrleistungsbedarfs benötigt. Die Optimierung des Wirkungsgrades des
Fahrantriebs ist daher ein wesentliches Ziel der technischen Entwicklung. Der Stand der
Antriebstechnik für Elektrofahrzeuge und weitere Verbesserungsmöglichkeiten wurden in
einer früheren Arbeit, deren Erkenntnisse als FAT-Bericht Nr. 104 veröffentlicht sind,
untersucht.
Darüber hinaus haben aber auch die sog. Nebenaggregate, wie z.B. Ladegerät und Bordnetzversorgung einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf die Energiebilanz des Fahrzeuggesamtsystems.
Die Ergebnisse aus Untersuchungen über 'Energienutzungsgrade für elektrische Bordnetzversorgungseinheiten' sind im vorliegenden Bericht dargestellt. Er wurde im Auftrag des
FAT-AK 18 'Elektrostraßenfahrzeuge1, dessen Mitglieder im Anhang namentlich genannt
sind, vom Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe der RWTH Aachen angefertigt. Ziel der Studie war es, unterschiedliche Konzepte zur Versorgung des
12V Bordnetzes eines Elektrofahrzeugs aus der Traktionsbatterie bezüglich ihres Energiewirkungsgrades zu bewerten. Den Schwerpunkt stellen dabei meßtechnische Untersuchungen
einiger für jeweils unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen konzipierter DC/CDWandler dar, die zusätzlich einem rotierenden Umformer sowie einer herkömmlichen Lichtmaschine gegenübergestellt werden.
FORSCHUNGSVEREINIGUNG AUTOMOBILTECHNIK EV (FAT)
Frankfurt am Main, im März 1995
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung
1
2
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
3
2.1
Meßwerterfassung
2.1.1 Meßaufbau
2.1.2 Meßgenauigkeit
2.1.3 Meßablauf
Berechnung der Wirkungsgradkennlinien
Berechnung des Verlaufs der Eingangsspannung
4
4
5
5
7
8
2.3.1 Festlegung einer Traktionsbatterie als Vergleichsbasis
9
2.3.2 Ladezustand der Traktionsbatterie
9
2.2
2.3
2.3.3 Fahrzyklus
Abschätzung der Bordnetzbelastung
Berechnung der Arbeitsgrade der Ladewandler
2.5.1 Erfüllung der Ladungsbilanz
10
12
14
14
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
17
3.1
3.2
3.3
Sevcon-Ladewandler
Bosch-Ladewandler
Sigma-ABB-DC800-Ladewandler (240V)
17
24
26
3.4
Sigma-ABB-DC800-Ladewandler (96V)
28
3.5
3.6
BMW-Ladewandler
Brusa-Ladewandler
29
32
3.7
Rotierender Umformer
34
3.8
Lichtmaschine
37
3.9
Vergleich der verschiedenen Ladewandler
40
2.4
2.5
3
4
Zusammenfassung
42
5
Literatur
45
6
Anhang
46
6.1
6.2
Meßdaten und Wirkungsgradberechnung der verschiedenen Ladewandler
46
Liste der Mitglieder des FAT-AK 18
59
'Elektrofahrzeuge'
Einleitung
Einleitung
Die Diskussionen über Umweltbelastung, optimale Nutzung der Primärenergieressourcen und
die Energieversorgungssicherheit haben in den letzten Jahren die Entwicklung von Elektrofahrzeugen vorangetrieben. Das grundsätzliche Problem des Elektrofahrzeuges ist die prinzipiell
bedingte niedrige Energiedichte elektrochemischer Energiespeicher im Vergleich zu einem
Benzintank. Bedingt durch die Verringerung der Umweltbelastung im Hinblick auf Luftverschmutzung und Lärmbelästigung im innerstädtischen Bereich wird dem Elektrostraßenfahrzeug
dennoch ein gewisses Einsatzpotential zugeschrieben.
Um trotz des niedrigen Energiespeichervolumens heutiger Batteriesysteme eine möglichst hohe
Reichweite mit einem Elektrofahrzeug zu erzielen, muß die Energie im Fahrzeug optimal genutzt
werden. Der Antriebsmotor verbraucht den größten Anteil der mitgeführten Energie und steht
daher bei dem Optimierungsprozeß im Vordergrund. Jedoch sollen auch die anderen Energieverbraucher im Fahrzeug möglichst energiesparend ausgelegt werden.
Ein Elektrofahrzeug hat wie ein herkömmlicher Pkw mit Verbrennungsmotor ein Bordnetz,
das zur Versorgung der Bordnetzeinrichtungen dient. Dieses Netz wird im allgemeinen aus
einer Bordnetzbatterie (auch Starterbatterie genannt) betrieben. Bei herkömmlichen Fahrzeugen
wird diese durch eine Lichtmaschine gespeist, um einen ausgeglichenen Energiehaushalt im
Bordnetz zu gewährleisten. Beim Elektrofahrzeug kann dies auch durch einen statischen DC-DC
Wandler geschehen, welcher die Energie für das Bordnetz aus der Traktionsbatterie entnimmt.
Ziel dieser Studie ist es, Bordnetzversorgungseinheiten für Elektrospeicherfahrzeuge zu
untersuchen. In diesem Zusammenhang werden verschiedene statische Ladewandler untersucht
und im Hinblick auf Ihren Energienutzungsgrad mit einem rotierenden Umformer und einer
Lichtmaschine, die von dem Elektromotor angetrieben wird, verglichen. Der Energienutzungsgrad
ist der Quotient aus der Ausgangsarbeit und der Eingangsarbeit der Bordnetzversorgungseinheit
über einen bestimmten Zeitraum. Häufig wird auch der Begriff Arbeitsgrad benutzt und in
diesem Bericht vorzugsweise verwendet. Der Arbeitsgrad eignet sich am besten als Vergleichsbasis,
da er Aussagen über einen Fahrzyklus wie z.B. den ECE-Stadtzyklus oder den FTP75-Zyklus
zuläßt. Im Gegensatz hierzu würde der Wirkungsgrad nur für jeweils ein bestimmtes Paar von
Eingangs- und Ausgangsleistung einer Bordnetzversorgungseinheit ermittelt werden können.
Einleitung
Im Rahmen dieser Studie wurden sechs verschiedene statische Ladewandler untersucht. Hierzu
wurde eine Traktionsbatterie mit einem festgelegten Energieinhalt verwendet, die zunächst
den verschiedenen Nennspannungen der einzelnen Ladewandler angepaßt wurde. Dann wurde
für drei verschiedene Ladezustände der Spannungsverlauf der Traktionsbatterie für den ECEStadtzyklus ermittelt. Der ECE-Zyklus ist ein Geschwindigkeits-Zeit Profil, welches die typischen
Anforderungen an einen PKW im innerstädtischen Bereich repräsentieren soll. Da es keine
genormten Bordnetzbelastungszyklen gibt, wurde er benutzt, um über die Momentenanforderungen
der Antriebsmotoren auf die Traktionsbatteriespannung und somit auf den Eingangsspannungsverlauf des Bordnetzgerätes zu schließen. Bei der theoretischen Betrachtung der Bordnetzversorgung
mit Hilfe einer Lichtmaschine wurde der ECE-Zyklus direkt benutzt, um die Drehzahl der
Lichtmaschine zu ermitteln. Im Gegensatz zu den statischen Ladewandlern und dem rotierenden
Umformer hat das Geschwindigkeitsprofil hier einen starken Einfluß auf den Wirkungsgrad.
Die Leistung der Verbraucher im Bordnetz wurde über einen Zyklus als konstant angenommen,
wobei die Messung für minimale-, mittlere und maximale Leistungsanforderung durchgeführt
wurde.
Nachdem für jeden Ladewandler die Eckdaten des Betriebsbereiches bestimmt worden waren,
wurde ein flächendeckendes Raster an Meßpunkten (Ein-, Ausgangsleistung, Eingangsspannung)
aufgenommen. Die Meßergebnisse wurden in Form von Kurven konstanten Wirkungsgrades
mit der Ausgangsleistung als Abszisse und der Eingangsspannung als Ordinate dargestellt. Mit
Hilfe eines Rechenprogrammes konnte daraus schließlich für den ECE-Stadtzyklus der Arbeitsgrad
des Wandlers bestimmt werden. Als Vergleich zum ECE-Zyklus wurde der FTP75-Zyklus
für einen Ladewandler herangezogen.
Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß alle Bordnetzversorgungseinheiten nach
demselben, vorher festgelegten, Maßstab bewertet wurden. Dieser orientiert sich an einem
typischen Anwendungsfall, welcher eine CitySTROMer Blei-Gel Traktionsbatterie und eine
konstante Belastung des Bordnetzes voraussetzt. Andere Bewertungsmaßstäbe würden zu anderen,
unter Umständen besseren, Ergebnissen führen, insbesondere, wenn der Bewertungsmaßstab
an das spezielle Entwicklungsziel des Wandlers angepaßt wird. Da in dieser Studie jedoch von
jedem Wandler das ganze, anhand der Eckdaten festgelegte, Kennlinienfeld vermessen wurde,
kann je nach Bedarf der Wirkungsgrad für einem den Wandler angepaßten Anwendungsbeispiel
aus den erstellten Kennfeldern entnommen werden.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
In diesem Kapitel soll verdeutlicht werden, wie der Arbeitsgrad für die Bordnetzversorgungseinheiten bestimmt wird, und welche Annahmen dazu erforderlich waren. In Kapitel 3 werden
dann die einzelnen Ladewandler beschrieben und deren Arbeitsgrade für verschiedene Ladezustände
und Leistung der Verbraucher im Bordnetz berechnet. Der Arbeitsgrad ist definiert als der
Quotient aus der Ausgangsarbeit und der Eingangsarbeit über einen Zeitraum. Die Ausgangsund Eingangsarbeit ist jeweils das Produkt der Ausgangs- bzw. Eingangsleistung des Wandlers
und der Bewertungszeit, in diesem Falle die 200s des ECE-Fahrzyklusses.
Zur Bestimmung des Arbeitsgrades für einen Ladewandler müssen als erstes die Meßwerte
von Strom, Spannung und Leistung aufgenommen werden. Anhand dieser Meßwerte kann ein
Wirkungsgradkennlinienfeld erstellt werden. Hiermit kann für beliebige Betriebspunkte eine
schnelle Abschätzungen des Wirkungsgrades erfolgen. Der Arbeitsgrad für den Ladewandler
kann anhand des Wirkungsgradkennlinienfeldes für einen Fahrzyklus bestimmt werden. Hierzu
benötigt man noch den Verlauf der Eingangsspannung und der Ausgangsleistung für den gewählten
Fahrzyklus. Die Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades ist in Bild 2.1 schematisch
dargestellt. Auf die einzelnen im Bild dargestellten Blöcke wird in den folgenden Abschnitten
eingegangen.
Meßwerterfassung
Wirkungsgradkurven
(Neuronales Netz)
Berechnung des
Eingangsspannung
Arbeitsgrades
Ausgangsleistung
Bild 2.1:
Ermittlung des Arbeitsgrades
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
2.1
Meßwerterfassung
Im folgenden soll der obere Block in Bild 2.1, die Erfassung der Meßwerte, beschrieben werden.
Der Meßaufbau und die Meßgeräte sowie der Ablauf der Messungen werden dargestellt.
2.1.1
Meßaufbau
Bild 2.2 zeigt den Meßaufbau, der zur Bestimmung der Eingangs- und Ausgangsgrößen (Spannung,
Strom und Leistung) der zu untersuchenden Ladewandler benutzt wurde.
Netz
15mH
Ladewandler
Leistungsmessung
Bild 2.2:
Last
Leistungsmessung
Meßaufbau zur Bestimmung der Eingangs- und Ausgangsgrößen
Um die Versuche unter gleichen Bedingungen für alle Ladewandler und für ein entsprechend
großes Spektrum an Eingangs- und Ausgangsleistung sinnvoll durchführen zu können, wurden
die Ladewandler über einen Stelltransformator und einen Gleichrichter gespeist. Es wurde
fortwährend die Eingangsspannung beobachtet und sichergestellt, daß die Spannungsschwankungen
(Wechselanteil der Spannung) nicht mehr als 2% der eingestellten Spannung betragen. Als
Last wurde ein verstellbarer Widerstand benutzt.
Um zu verifizieren, daß dieser Aufbau die Realität korrekt abbildet, wurde ein Ladewandler
exemplarisch durch eine Blei-Gel Traktionsbatterie mit einer Nennspannung von 96 V gespeist
und einige Meßpunkte (Eingangsspannung, Ausgangsleistung) aufgenommen. Die daraus
berechneten Wirkungsgrade wurden dann mit denen aus dem in Bild 2.2 gezeigten Versuchsaufbau
gewonnenen Wirkungsgraden verglichen. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Meßgenauigkeit
bestätigt.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
In einem weiteren Versuch wurde die Widerstandslast durch eine gängige Starterbatterie ersetzt
und aus den gewonnenen Meßpunkten ebenfalls ein Wirkungsgradkennlinienfeld erstellt. Die
Starterbatterie wurde erst vollständig entladen und anschließend mit Hufe des Sigma-ABB-DC800Ladewandlers (96 V) geladen. Während die Ausgangsleistung im Bereich konstanter Spannung
aufgrund zunehmender Ladung abnahm, wurde die Eingangsspannung mit dem Stelltransformator
verstellt, um somit den gesamten Eingangsspannungs- und Ausgangsleistungsbereich abzudecken.
Wie der Vergleich von Bild 2.3 und Bild 2.4 zeigt, wurde auch hier der grundsätzliche Verlauf
der durch den Versuchsaufbau gewonnenen Meßergebnisse bestätigt.
2.1.2 Meßgenauigkeit
Zur Messung der Eingangs- und Ausgangsgrößen der Prüflinge wurden Leistungsmeßgeräte
der Firma Norma benutzt. Diese Geräte haben einen absoluten Fehler von ±0.5% bezogen
auf den Endwert des Meßbereiches. Die Messungen wurden jeweils in der Nähe des oberen
Endwertes des Meßbereichs durchgeführt, um den absoluten Fehler zu minimieren.
Um eine optimale Genauigkeit zu erzielen, wurde die Meßelektronik, wie es vom Hersteller
vorgeschlagen wird, jeweils eine Stunde vor Beginn der ersten Messungen eingeschaltet.
2.1.3 Meßablauf
Um ein flächendeckendes Netz an Meßpunkten von Eingangsspannung und Ausgangsleistung
zu erhalten, wurde der nachfolgend beschriebene Meßablauf gewählt. Für einen festen Laststrom
wurden jeweils fünf Werte der Eingangsspannung angefahren und die Werte der Leistung,
Spannung und des Stromes auf der Eingangs- und Ausgangsseite gemessen. Nachfolgend wurde
der Strom erhöht und die Meßgrößen für dieselben Spannungswerte aufgenommen. Alle Prüflinge
wurden zuerst bei Leerlauf betrieben, bevor der Ausgangsstrom auf 5A, 10A und dann in 5A(Bosch, Sevcon) oder 10 A Schritten (Sigma, BMW, Brusa) bis Nennleistung erhöht wurde.
Dies bedeutet, daß 30 Meßpunkte beim Sevcon-Ladewandler und 40 Meßpunkte bei den anderen
Ladewandlern aufgenommen worden sind. Beim Brusa-Ladewandler wurden aufgrund des großen
Bereiches der Eingangsspannung 60 Meßpunkte aufgenommen.
Die Spannungen wurde direkt am Gerät oder am Stecker, falls vorhanden, gemessen. Alle
Geräte wurden während der Messungen fremd belüftet, damit der zum jeweiligen Gerät gehörende
Lüfter nicht während der Messungen ansprang. Bei höheren Leistungen gelang dies beim BrusaLadewandler leider nicht, und der temperaturgeregelte Lüfter schaltete ein. Der BMW-Ladewandler
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
hat einen ständig laufenden Lüfter. Daher enthält das Wirkungsgradkennlinienfeld dieses Gerätes
zusätzlich die Lüfterverluste. Bei den Ladewandlern von Bosch und Sevcon würde der eingebaute
Lüfter bei höheren Leistungen (ungefähr dreiviertel der maximalen Ausgangsleistung) einschalten,
wenn sie nicht fremd gekühlt worden wären. Bei diesen Geräten muß eine Wirkungsgradabnahme
von ungefähr 3% bei Einsetzen des temperaturgeregelten Lüfters im Auge behalten werden.
Die Sigma Geräte haben keinen internen Lüfter. Falls eine Kühlung des großen Kühlkörpers
erforderlich ist, wird auch hier eine Wirkungsgradabnahme erfolgen.
115
105
ro
95
D7
CG
US
85
75
100
Bild 2.3:
800
600
700
300
400
500
Ausgangsleistung / W
Wirkungsgradkennlinienfeld des Sigma-ABB-DC800-96V-Ladewandlers mit einer
Starterbatterie als Last
200
115
105
IB
Q.
CO
95
w
o>
85
75
800
600
700
300
400
500
Ausgangsleistung / W
Wirkungsgradkennlinienfeld des Sigma-ABB-DC800-96V-Ladewandlers mit einer
100
Bild 2.4:
200
Widerstandslast
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
2.2
Berechnung der Wirkungsgradkennlinien
Mit Hilfe des Tabellenkalkulationsprogrammes EXCEL wurden aus den gemessenen Eingangsund Ausgangsleistungen die Wirkungsgrade berechnet. Es wurde eine Datei erstellt, welche
für alle Meßpunkte die berechneten Wirkungsgrade und die gemessene Eingangsspannung und
Ausgangsleistung beinhaltet. Im Anhang sind diese Dateien für die unterschiedlichen Geräte
zu finden. Die Lerndateien wurden nun dazu benutzt, mit einem Künstlichen Neuronalen Netz
Wirkungsgradkennfelder über die Eingangsspannung und die Ausgangsleistung aufzutragen.
Ausgenutzt wird dabei die Fähigkeit Künstlicher Neuronaler Netze, eine Gesetzmäßigkeit durch
Vorgabe von Beispielen zu erkennen, ohne daß dabei Einzelheiten über den dahinter stehenden
physikalischen Zusammenhang bekannt sein müssen. In bisher benutzten Programmen zur
Erstellung von Kennfeldern wurden die gegebenen Meßdaten durch Geraden verbunden und
die Zwischenwerte linear interpoliert. Im Vergleich zu diesen Algorithmen haben Neuronale
Netze entscheidende Vorteile:
*
Die lineare Interpolation ist in Bereichen mit wenigen Datenpunkten sehr ungenau, weil
der Trend nicht berücksichtigt wird. Im Gegensatz zu diesen Programmen ist bei den
Neuronalen Netzen ist eine Extrapolation möglich.
*
Es können nach dem Lernvorgang beliebige Betriebspunkte im angegebenen Bereich,
auch wenn diese nicht in der Lerndatei enthalten sind, ausgewählt und der dazugehörige
Wirkungsgrad berechnet werden. Bei der linearen Interpolation können nur geschlossene
Kurven konstanten Wirkungsgrades erzeugt werden. Über den Bereich zwischen diesen
Kurven kann jedoch keine Aussage getroffen werden.
Auf die Künstlichen Neuronalen Netze soll in diesem Zusammenhang nicht detailliert eingegangen
werden. Es wird daher auf die angegebenen Literatur hingewiesen. Für diese Aufgabe wurde
ein Netz der Topologie 2-10-5-1 verwendet [ALEKSANDER, 1989]. Es besteht aus einer
Eingangsschicht mit 2 Neuronen, zwei verdeckten Schichten mit 10 beziehungsweise 5 Neuronen
und einer Ausgangsschicht mit einem Neuron. Die Eingangsschicht hat 2 Neuronen, um jeweils
ein Datenpaar bestehend aus Eingangsspannung und Ausgangsleistung aufnehmen zu können.
Am Ausgang erhält man dann den zugehörigen Wirkungsgrad. Die Zahl der Gewichte im Netzwerk
ergibt sich als Funktion der Zahl der Neuronen und Schichten als auch deren Anordnung. Für
die hier verwendete 2-10-5-1 Topologie erhält man 91 Gewichte [SCHÖNEBURG, 1990].
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
8
Nach einer Lernzeit von mindestens 12 Stunden mit einem IBM-kompatiblen PC mit 486er
Prozessor und 33MHz Taktfrequenz konnte das Programm nach z.B. 1 • 106 Iterationen jeweils
einen mittleren quadratischen Fehler des berechneten Wirkungsgrades an den Stützpunkten
kleiner als 3 • 10'5 erzielen. Bild 2.5 zeigt den Verlauf des mittleren quadratischen Fehlers (MSE)
in doppelt logaritmischer Auftragung für den Bosch-Ladewandler.
10 -1
• • • :tr>
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\
2
5= 10
-4
10 -5
•
c : : : : ::
10c
)2
104
Lernzyklen
Bild 2.5:
Verlauf des mittleren quadratischen Fehlers beim Lernvorgang des BoschLadewandlers
2.3
Berechnung des Verlaufs der Eingangsspannung
Mit dem Wirkungsgradkennlinienfeld kann nun der Arbeitsgrad berechnet werden. Wie in Bild 2.1
dargestellt benötigt man dazu noch den Verlauf der Eingangsspannung und der Ausgangsleistung.
Der Verlauf der Eingangsspannung hängt im wesentlichen von den folgenden Faktoren ab:
*
Batterietyp (Blei, Nickel-Cadmium, Natrium-Schwefel, Natrium-Nickelchlorid ...)
*
Ladezustand der Batterie, Batterietemperatur, Alterung
Belastung der Batterie (Fahrzyklus bestimmt den Fahrstrom, Bordnetzlast)
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
Da für die verschiedenen Ladewandler die gleichen Voraussetzung gegeben sein soll, wird
eine Trakionsbatterie als Vergleichsbasis festgelegt. Der Arbeitsgrad kann für verschiedene
Ladezustände der Traktionsbatterie und einen definierten Fahrzyklus bestimmt werden. Auf
diese drei Faktoren soll nachfolgend genauer eingegangen werden.
In diesem Kapitel wird nur die Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades niedergelegt.
Im folgenden Kapitel wird anhand des Sevcon Ladewandlers eine ausführliche exemplarische
Berechnung des Arbeitsgrades durchgeführt.
2.3.1 Festlegung einer Traktionsbatterie als Vergleichsbasis
Die Bordnetzversorgungseinheiten, die im Rahmen dieser Studie untersucht worden sind, wurden
für Antriebe mit unterschiedlichen Nennspannungen ausgelegt. Um die Geräte objektiv vergleichen
zu können, wird angenommen, daß die Traktionsbatterie jeweils gleiches Gewicht und damit
gleichen Energieinhalt aufweist. Man kann sich ein Prüffahrzeug vorstellen, in welches Antriebe
mit verschiedenen Nennspannungen eingebaut werden können. Die Leistung, Reichweite und
Zuladung sollen jedoch gleich bleiben. Bei konstantem Energieinhalt ergibt sich aus der
Nennspannung unmittelbar die Nennladung.
Als Vergleichsbasis wurde eine Blei-Gel-Batterie gewählt, wie sie im CitySTROMer benutzt
wird. Bei einer Nennspannung von 96 V und einer Nennladung von 160 Ah hat diese Batterie
einen Nennenergieinhalt von 15.36 kWh.
2.3.2 Ladezustand der Traktionsbatterie
Der Arbeitsgrad soll für eine geladene, eine halbentladene und eine entladene Traktionsbatterie
berechnet werden. Die Ruhespannung U o kann für diese drei Fälle über die Säuredichte der
Batterie ermittelt werden [VARTA, 1986]. Der Innenwiderstand der Traktionsbatterie ist u.a.
eine Funktion des Ladezustandes. Für die CitySTROMer Blei-Gel-Batterie konnte der in Bild 2.6
gezeigte Verlauf des relativen Innenwiderstandes als Funktion des Ladezustandes bestimmt
werden. Der Nennwiderstand RN der Traktionsbatterie ergibt sich aus dem Quotienten der
Nennspannung und des Nennstromes. Die Änderung des Innenwiderstandes mit dem Ladezustand
wurde bei der Umrechnung der Spannung für jeden Ladewandler berücksichtigt.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
10
z
cc
I
geladen
halbentladen
entladen
Ladezustand
Bild 2.6:
Relativer Innenwiderstand der Blei-Gel-Batterie als Funktion des Ladezustandes
2.3.3 Fahrzyklus
Es gibt verschiedene festgeschriebene Prüfzyklen zur Bewertung eines Antriebssystems. Bei
diesen Zyklen handelt es sich um vorgegebene Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe, die unter
bestimmten Rahmenbedingungen nachgefahren werden. Sehr weit verbreitet sind der ECEStadtzyklus [ECE, 1970] in Deutschland und der FTP-Zyklus in den Vereinigten Staaten. Für
die nachfolgende Ermittlung der Arbeitsgrade für Bordnetzversorgungseinheiten wurde der
in Bild 2.7 gezeigte ECE-Zyklus benutzt.
Aus dem Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf des ECE-Zyklusses kann über die Momentenanforderung
der Strom bestimmt werden, welcher der Traktionsbatterie über diesen Zeitraum entnommen
wird. Daraus kann wiederum der Spannungsverlauf der Traktionsbatterie bestimmt werden.
Wie im folgenden Kapitel gezeigt wird, ist es recht aufwendig, den Eingangsspannungsverlauf
aus dem vorgegebenen ECE-Zyklus zu bestimmen. Es wurde daher eine am ISEA durchgeführte
Messung der Traktionsbatteriespannung über den ECE-Zyklus benutzt, um über den vorgegebenen
Energieinhalt auf den Spannungsverlauf bei anderen Nennspannungen schließen zu können.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
11
200
Bild 2.7:
ECE-Stadtzyklus
J_2
2.4
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
Abschätzung der Bordnetzbelastung
Neben dem Eingangsspannungsverlauf wird zur Berechnung der Arbeitsgrade noch die Ausgangsleistung benötigt. Es wurde eine konstante Leistungsaufnahme der Verbraucher im Bordnetz
angenommen. Hierfür werden drei Fälle betrachtet: Minimale-, mittlere- und maximale
Bordnetzbelastung.
Die minimale Leistungsaufnahme der Verbraucher im Bordnetz, welche anfällt, wenn das Fahrzeug
z.B. vor einer roten Ampel steht, setzt sich aus der Leerlaufleistungsaufnahme der Umrichter,
der Schütze, des Lüfters und der Batterieüberwachung zusammen. Für den neuen CitySTROMer
ergeben sich folgende Werte [RECKHORN, 1994]:
Verbraucher
Leistungsaufnahme /W
Umrichter, Schütze, Lüfter
60
Batterieüberwachung
15
Tabelle 2.1: Minimale Leistung (Grundlast)
Für die Berechnung der maximalen Leistungsaufnahme wurde angenommen, daß das Fahrzeug
bei Dunkelheit und Regen betrieben wird. Nach [FKT, 1993] ergaben sich unter Berücksichtigung
der relativen Einschaltdauer die in Tabelle 2.2 dargestellten Leistungsaufnahmen für die typischen
Verbraucher. Diese mittlere maximale Zusatzleistung ist bedeutend niedriger als die maximale
Spitzenzusatzleistung, welche anfallen würde, wenn alle Verbraucher gleichzeitig eingeschaltet
wären. Weitere Verbraucher wie Rückfahrscheinwerfer, Hupe, Fensterheber und Schiebedach
wurden für die maximale Leistungsaufnahme nicht berücksichtigt. Die maximale Bordnetzlast
wird festgelegt als die Summe aus Grundlast und mittlerer maximaler Zusatzleistung.
Die mittlere Leistung ergibt sich aus der Summe der minimalen Leistung und der Hälfte der
mittleren maximalen Zusatzleistung. Die drei als konstant angenommenen Leistungsabgaben
des Bordnetzes sind in Tabelle 2.3 zusammengefaßt.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
Verbraucher
13
Nennleist. /W * Rel. Einschaltdauer = Leistungsaufnahme /W
Fern Scheinwerfer (2x)
120
*25%
= 30
Abblendscheinwerfer (2x)
110
* 100%
= 110
Nebelscheinwerfer (2x)
110
*50%
= 55
Begrenzungsleuchte (2x)
10
* 100%
= 10
Schlußleuchte (2x)
10
* 100%
= 10
Kennzeichenbeleuchtung (Ix)
6
* 100%
= 6
Bremsleuchte (2x)
42
*25%
= 10,5
Nebelschlußleuchte (Ix)
21
* 10%
= 2,1
Fahrtrichtungsanzeiger (2x)
42
* 10%
= 4,2
Innenbeleuchtung
30
* 10%
—3
Instrumentenbeleuchtung
30
* 100%
= 30
Heizungsgebläse
250
*25%
= 62,5
Heckscheibenheizung
200
*25%
= 50
Wischermotor
80
*50%
= 40
Kassettenradio
30
* 100%
= 30
ABS-Steuergerät
30
* 100%
= 30
Elektr. Lenkhilfe
30
*50%
= 15
Batteriemanagement (Kühlung, Lüftung etc.)
100
* 100%
= 100
Regelgeräte
100
* 100%
= 100
Gesamte Leistungsaufnahme der Verbraucher (mittlere maximale Zusatzleistung)
Tabelle 2.2: Bordnetzbelastung verschiedener Verbraucher
700
14
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
Minimale Leistung
75 W
Mittlere Leistung
425 W
Maximale Leistung
775 W
Tabelle 2.3: Leistungsaufnahme der Verbraucher im Bordnetz
2.5
Berechnung der Arbeitsgrade der Ladewandler
In den unterschiedlichen Wirkungsgradkennfeldem der Ladewandler kann ein beliebiger Fahrzyklus
durchfahren werden, um somit einen Arbeitsgrad zu bestimmen, der diesem Fahrzyklus und
einer bestimmten Ausgangsleistung des Bordnetzes entspricht. Dieser Zyklus soll für eine
vollständig geladene, eine halbentladene und eine entladene Traktionsbatterie jeweils für die
minimale-, mittlere- und maximale Leistung der Verbraucher im Bordnetz theoretisch durchfahren
werden, um somit die Arbeitsgrade der verschiedenen Ladewandler zu bestimmen.
Zur Bestimmung der Arbeitsgrade bildet man eine Datei mit der Eingangsspannung des
Ladewandlers für den ECE-Zyklus und der angenommenen konstanten Leistung der Verbraucher
im Bordnetz. Das Rechenprogramm der Neuronalen Netze, welches vorher die Wirkungsgradmuschelkurven erstellt hat, kann nun diese Datei einlesen und zu jedem Paar von
Eingangsspannung und Ausgangsleistung den zugehörigen Wirkungsgrad bestimmen. Es kann
eine Ausgangsdatei gebildet werden, welche einen der Eingangsspannung entsprechenden
Wirkungsgradverlauf über den Zyklus beinhaltet. Die Eingangsleistung ergibt sich dann aus
dem Quotient der konstanten Ausgangsleistung und dem zeitlichen Verlauf des Wirkungsgrades.
Schließlich kann die Arbeit auf der Eingangs- und Ausgangsseite und dadurch auch der Arbeitsgrad
für den Zyklus berechnet werden.
2.5.1 Erfüllung der Ladungsbilanz
Um allzeit einen zuverlässigen Betrieb der Bordnetzeinrichtungen zu gewährleisten, muß
sichergestellt werden, daß die Ladungsbilanz ausgeglichen ist. Nach [FKT, 1993] darf bei
Belastung entsprechend der relativen Einschaltdauer der im Bordnetz installierten Verbraucher
nach Tabelle 2.2 die Bordnetzbatterie im Fahrbetrieb nicht entladen werden, unabhängig von
Ihrem Ausgangsladezustand. Die Nachladeeinrichtungen müssen also mindestens diese Belastung
decken.
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
15
Trotz korrekter Auslegung der Bordnetzversorgungseinheit kann es zu einer vorübergehenden
Ladungsentnahme der Bordnetzbatterie kommen, wenn die maximale Spitzenzusatzleistung
gedeckt werden muß. Nach dem Rückgang der Bordnetzlast wird die Bordnetzbatterie wieder
geladen, jedoch gestattet die abnehmende Ladeakzeptanz der Bordnetzbatterie keine rasche
Volladung. Die Ladungsbilanz wird negativ und die Bordnetzbatterie muß nach der Fahrt
nachgeladen werden. Dieser Fall soll im folgenden theoretisch betrachtet werden.
Beim Elektroantrieb wird die Traktionsbatterie üblicherweise nach einer Fahrt geladen. Wenn
man annimmt, daß die Ladungsbilanz der Bordnetzbatterie während der vorhergegangenen
Fahrt negativ war, wird die entnommene Ladung bei einem anschließenden Laden der Traktionsbatterie über den Ladewandler der Bordnetzbatterie wieder zugeführt. In Bild 2.8 ist der Zeitverlauf
des Ladestroms der Bordnetzbatterie dargestellt.
50
Laden mit konstanter Spannung
40
<
Laden mit
konstantem
Strom
30
20
10
0
0
1
2
3
4
Zeit/h
Bild 2.8:
Ladevorgang der Bordnetzbatterie
Die Fläche unter der Kurve repräsentiert die entnommene Ladung. Falls die Ladung unter 80%
des Nennwertes gesunken ist, wird die Bordnetzbatterie vorerst mit dem maximalen Strom
des Ladewandlers nachgeladen. In diesem Bereich steigt die Spannung bis auf die maximale
Ladespannung an. Danach folgt ein Bereich, in dem die Batterie mit abfallendem Strom und
konstanter Spannung geladen wird. Der in Bild 2.8 gezeigte Ladeschwanz wurde anhand von
Messungen an gängigen Starterbatterien bestimmt. Wenn z.B. der Starterbatterie 2 Ah während
j_6
Vorgehensweise zur Ermittlung des Arbeitsgrades
einer Fahrt entnommen worden sind, wird der Ladevorgang genau an dem Punkt auf dem
Ladeschwanz beginnen, unter dem die Fläche mit größer werdender Zeit 2 Ah beträgt (schraffiertes
Gebiet in Bild 2.8).
Die Konsequenz aus diesen Überlegungen ist, daß die Ladewandler, deren maximale Leistung
kleiner als die maximale Bordnetzleistung ist, die Bordnetzbatterie nach der Fahrt gegebenenfalls
über mehrere Stunden mit kleiner Leistung laden müssen. Andernfalls wird sich bei der
Bordnetzbatterie ein Ladezustand einstellen, der deutlich unter dem Volladezustand liegt.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
3
17
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
Im Rahmen dieser Studie wurden sechs statische Bordnetzversorgungseinheiten untersucht.
Sie wurden mit einem rotierenden Umformer und einer Lichtmaschine, die gedanklich von
dem Antriebsmotor angetrieben wird, verglichen. Tabelle 3.1 zeigt eine Übersicht der untersuchten
statischen Bordnetzversorgungseinheiten unter Angabe der Eckdaten. In den folgenden Abschnitten
sollen die Untersuchungsergebnisse der verschiedenen Bordnetzversorgungseinheiten nacheinander
besprochen werden.
3.1
Sevcon-Ladewandler
Der Sevcon-Ladewandler hat eine Nenneingangsspannung von 96 V und einen Eingangsspannungsbereich von 74 V bis 115 V. Die maximale Ausgangsleistung, die über den gesamten Bereich
erreicht werden kann, beträgt 360 W. Ein störendes Pfeifen war ab ungefähr 15 A Ausgangsstrom
und bei höheren Eingangsspannungen zu hören. Weitere Daten können aus Tabelle 3.1 entnommen
werden.
Bild 3.1 zeigt die mit dem Neuronalen Netz gewonnenen Wirkungsgradkennlinien. Während
der Messungen wurde der Prüfling fortwährend von einem zusätzlichen Lüfter gekühlt, so daß
die temperaturabhängige Zwangslüftung des zu dem Gerät gehörenden Lüfter nicht aktiviert
wurde. Die Abnahme des Wirkungsgrades durch Betrieb des eingebauten Lüfters ist also in
Bild 3.1 nicht enthalten.
Sevcon
Bosch
Sigma (240V)
Sigma (96V)
BMW
Bru sa
7 4 - 115
52-95
184 - 270
70 - 120
135 - 200
40 - 180
Nenneingangsspannung/V
96
72
240
96
170
110
Maximale Ausgangsleistung/W
360
465
800
800
800
500
Leerlaufverluste/W
6-9
6-9
7 - 10
ca. 6
9 - 10
<1
Eingangsspannungsbereich/V
oo
m
Kl
Kühlung
Eingebauter Lüfter, der bei
Bedarf automatisch einschaltet.
Kein interner Lüfter vorhanden. Das Gerät wurde für die
Eingebaute
Lüfter, die
Eingebauter
Lüfter, der
Um das Einschalten zu ver-
Messungen mit einem zusätzli-
ständig, lau-
automatisch
meiden, wurde das Gerät für
die Messungen mit einem zusätzlichen Lüfter gekühlt.
chen Lüfter gekühlt.
fen.
einschaltet.
Dies geschah
während der
Messungen.
Tabelle 3.1: Daten der verschiedenen elektronischen Ladewandler
o
er
E
o
a.
a
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
19
Die gemessene Wirkungsgradabnahme bei konstanter Ausgangsleistung und wachsender
Eingangsspannung über einen weiten Lastbereich überrascht. Es wurde daher eine Kontrollmessung
mit Digitalmultimetern (Fluke) durchgeführt, die das Ergebnis bestätigte. Wie in den folgenden
Abschnitten gezeigt wird, weisen auch die anderen Ladewandler ähnliches Verhalten auf.
115
105
C
C
cö
95
c
CO
CO
ç
85
LU
75
50
100
150
200
250
300
350
Ausgangsleistung / W
Bild 3.1:
Wirkungsgradkennlinienfeld des Sevcon-Ladewandlers
Es kann nun mit Hilfe dieses Wirkungsgradkennfeldes ein Arbeitsgrad für den ECE-Zyklus
ermittelt werden. In Kapitel 2 wurde erläutert, wie der Arbeitsgrad für den ECE-Zyklus und
einen definierten konstanten Wert der Leistungsaufnahme der Verbraucher im Bordnetz bestimmt
werden kann.
Im folgenden soll die Berechnung des Arbeitsgrades anhand dieses Wandlers exemplarisch
durchgeführt werden. In Bild 3.2 ist unten das Geschwindigkeits-Zeit Profil des ECE-Stadtzyklusses
eingetragen und oben der daraus resultierende Spannungsverlauf der Traktionsbatterie. Dieser
Spannungsverlauf wurde an einer voll geladenen CitySTROMERer Batterie während eines ECEStadtzyklus gemessen und kann daher ideal für die Auswertung genutzt werden. Desweiteren
ist in Bild 3.2 die minimale Leistungsaufnahme der Bordnetzverbraucher von 75 W eingezeichnet.
Mit Hilfe dieser beiden Funktionen kann mit dem Neuronalen Netz der Wirkungsgradverlauf
während des ECE-Zyklusses berechnet werden. Anschließend kann mit der konstanten
Ausgangsleistung und dem Wirkungsgradverlauf der Eingangsleistungsverlauf bestimmt werden
(Bild 3.2 mittlere Kurve).
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
20
0
50
100
150
200
Zeit / s
Bild 3.2:
Arbeitsgradberechnung bei vollständig geladener Traktionsbatterie und 75W
Ausgangsleistung
Der Arbeitsgrad ist gleich dem Quotienten aus der Ausgangsarbeit W aus und der Eingangsarbeit
W ein , wobei die Ausgangsarbeit durch die Fläche unter der Ausgangsleistung und die
Eingangsarbeit durch die Fläche unter der Eingangsleistung repräsentiert wird:
200s
= 5,05 Wh
W
aus =
aus
1SW
2OOS
= 4
>17
Wh
= 82,5 %
Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn mit dem Neuronalen Netz der Wirkungsgrad für den
Mittelwert der Eingangsspannung und eine Ausgangsleistung von 75 W berechnet wird:
Mit
und
U ein
Paus
= 103,3 V
= 75 W
erhält man
r\
= 82,5 %
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
21
Daß bei dieser Rechnung das gleiche Ergebnis erzielt wird, kann dadurch begründet werden,
daß sich der Wirkungsgrad innerhalb eines Zyklusses nur um wenige Promille ändert. Ahnliches
Verhalten zeigt sich auch für die beiden anderen Ausgangsleistungen des Ladewandlers und
andere Ladezustände der Traktionsbatterie.
Für die Berechnung des Arbeitsgrades bei den anderen Ladezuständen der Traktionsbatterie
ist der Spannungsverlauf erforderlich. Dieser kann aus dem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm
des ECE-Zyklusses berechnet werden. Ausgegangen wird dabei von der, der Geschwindigkeit
entsprechenden Momenten- und Leistungsanforderung an den Antrieb. Über den drehzahlabhängigen Wirkungsgrad kann daraus die Batterieleistung und der Batteriestrom bestimmt
werden. Mit Hilfe des Batteriestromes kann dann die Batteriespannung berechnet werden. Dazu
benötigt man noch die Ruhespannung und den Innenwiderstand der Batterie für den bestimmten
Ladezustand.
Dieser komplizierte Rechenweg ist nicht erforderlich, da mit dem Mittelwert der Spannung
während des ECE-Zyklusses eine sehr genaue Abschätzung des Wirkungsgrades erfolgen kann.
Der in Bild 3.2 dargestellte gemessene Spannungsverlauf wird dazu benutzt, den Spannungsverlauf
bei anderen Nennspannungen und Ladezuständen über den vorgegebenen, für alle Systeme
gleichen Energieinhalt der Traktionsbatterie herzuleiten. Die Änderung des Innenwiderstandes
mit Ladezustand der Traktionsbatterie wurde für alle Systeme berücksichtigt.
In Tabelle 3.2 sind die berechneten Arbeitsgrade für den ECE-Stadtzyklus und die entsprechend
Kapitel 2.3.1 festgelegte Traktionsbatterie aufgelistet. Die Werte wurden mit Hilfe des Neuronalen
Netzes für drei Zustände der Traktionsbatterie und jeweils für die in Kapitel 2.4 berechneten
aufgenommenen Leistungen der Verbraucher im Bordnetz (75 W, 425 W und 775 W) ermittelt.
Sevcon-Ladewandler
75 W
360 W
425 W
775 W
Batterie voll
82,5 %
82,7 %
76,8 %
62,8 %
Batterie halbentladen
84,2 %
82,8 %
76,8 %
62,8 %
Batterie entladen
86,0 %
83,0 %
76,8 %
62,8 %
Tabelle 3.2: Arbeitsgrade des Sevcon-Ladewandlers
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
22
Da dieser Wandler maximal 360 W für alle Eingangsspannungen liefern kann, ist die Ladungsbilanz
der Bordnetzbatterie während des ECE-Zyklusses negativ, wenn 425 W oder 775 W aus dem
Bordnetz entnommen werden. Ein realistischer Wert des Arbeitsgrades kann folglich für diesen
Fall nur bestimmt werden, wenn man die anschließende Nachladung der Starterbatterie mit
betrachtet. Dafür wurde angenommen, daß während des Ladens der Traktionsbatterie des
Fahrzeuges die Bordnetzbatterie über den Ladewandler nachgeladen wird, wie in Kapitel 2.5.1
beschrieben wurde.
Der Arbeitsgrad ist der Quotient der Ausgangs- und Eingangsarbeit. Diese müssen beide als
Summe der Arbeit während des ECE-Zyklusses und des nachfolgenden Ladeschwanzes, welcher
in Bild 3.3 dargestellt ist, berechnet werden.
o
30
60
90
120
Zeit / min
Bild 3.3:
Eingangs- und Ausgangsleistung während des Ladens der Bordnetzbatterie mit
konstanter Spannung
Wenn die maximale Leistung von 775 W aus der Bordnetzbatterie für die Dauer des ECEZyklusses entnommen wird, entsteht ein Ladungsdefizit von ((775W - 360W) 200s) / 13.5V
= 1,7 Ah. Da die Starterbatterie jedoch nicht unter 80 % Ihrer Nennladung entladen worden
ist, wird sie im konstanten Spannungsgebiet nachgeladen. Es wurde angenommen, daß während
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
23
des Nachladevorganges keine weiteren Verbraucher das Bordnetz belasten. Der Nachladevorgang
wurde als beendet betrachtet, wenn der Ladestrom auf 200 niA gefallen war, d.h. bei einer
Wandlerausgangsleistung von ungefähr 3 W.
Nun kann wieder aus der geforderten Ausgangsleistung und der während des Ladens als konstant
angenommenen Spannung der Traktionsbatterie mit dem Neuronalem Netz über den Wirkungsgrad
auf den Eingangsleistungsverlauf geschlossen werden. Der Arbeitsgrad berechnet sich aus dem
Quotient der beiden Summen der Ausgangs- und Eingangsarbeit über die 200s des ECE-Zyklusses
und die in diesem Falle 126 min des Ladeschwanzes zu
t(ECE*Ladeschwanz)
W
=
P dt
f
o
W
ein =
6 4
'
0 5
^
Wmm = 40,23 Wh
^
= 62,
Der Arbeitsgrad (Tabelle 3.2) ist unabhängig vom Ladezustand der Traktionsbatterie, da die
Traktionbatteriespannung während des Ladens als konstant angenommen wurde. Wie in Bild 3.1
zu erkennen ist, fällt der Arbeitsgrad hauptsächlich deshalb so ungünstig aus, weil der Wandler
bei kleinen Ausgangsleistungen einen niedrigen Wirkungsgrad hat.
Bei den drei Geräten, welche die maximale Bordnetzlast nicht liefern können, wurden im Bereich
kleiner Leistungen zusätzliche Messungen durchgeführt, um den Wirkungsgrad hier möglichst
genau zu bestimmen. Für die Erstellung des Wirkungsgradkennlinienfeldes in Bild 3.1 sind
diese Messungen berücksichtigt worden.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
24
3.2
Bosch-Ladewandler
Dieser Ladewandler hat eine Nenneingangsspannung von 72 V und einen Eingangsspannungsbereich
von 52 V bis 95 V. Die maximale Ausgangsleistung, die über den gesamten Spannungsbereich
erreicht werden kann, beträgt 465 W. Weitere Daten können aus Tabelle 3.1 entnommen werden.
Bild 3.4 zeigt die erstellten Wirkungsgradkennlinien. Wenn der interne Lüfter ab ungefähr
400 W Ausgangsleistung läuft, nimmt der Wirkungsgrad um ca. 3% ab. Diese Wirkungsgradabnahme könnte niedriger gehalten werden, wenn leistungsarme Lüfter eingebaut werden. Für
die Messungen wurde der Prüfling aber fortwährend von einem zusätzlichem Lüfter gekühlt,
so daß der eigene Lüfter nicht aktiviert wurde. Die Abnahme des Wirkungsgrades nach dem
Einschalten des eigenen Lüfters ist also in Bild 3.4 nicht enthalten.
90 "
CO
80
=3
C
C
03
Q.
W
70
c
60
W
CO
C
03
CO
Lu
en -
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Ausgangsleistung / W
Bild 3.4:
Wirkungsgradkennlinienfeld des Bosch-Ladewandlers
Aus dem Diagramm wird deutlich, daß der Wirkungsgrad dieses Wandlers für alle Betriebspunkte
oberhalb der Gmndlast von 75 W einen Wert von über 80 % annimmt. Unter normalen Umständen
beträgt die Leistungsaufnahme aus dem Bordnetz zwischen 100 W und 400 W. In diesem Bereich
beträgt der Wirkungsgrad für einen beliebigen Ladezustand der Traktionsbatterie zwischen
83% und knapp 88%.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
25
Der Wirkungsgrad ändert sich bei kleineren Eingangsspannungsschwankungen nur sehr gering.
Der Arbeitsgrad kann daher bei einer bestimmten Ausgangsleistung durch den Mittelwert der
Eingangsspannung ausreichend genau vorhergesagt werden.
In Tabelle 3.3 sind die berechneten Arbeitsgrade für den ECE-Stadtzyklus der drei üblichen
Ausgangsleistungen und zusätzlich der maximalen Leistung von 465 W angegeben.
Bosch-Ladewandler
75 W
425 W
465 W
775 W
Batterie voll
82,2 %
82,4 %
81,4 %
64,5 %
Batterie halbentladen
83,0 %
82,3 %
81,2 %
64,5 %
Batterie entladen
84,0 %
82,1 %
81,0 %
64,5 %
Tabelle 3.3: Arbeitsgrade des Bosch-Ladewandlers
Bei diesem Wandler ist die Ladungsbilanz für 775 W negativ, so daß wieder die anschließende
Nachladung der Starterbatterie mit in Betracht gezogen werden muß. Der Arbeitsgrad wird
wieder aus dem Quotient der Ausgangs- und Eingangsarbeit über den ECE-Zyklus und den
nachfolgenden Ladeschwanz berechnet, wobei der Nachladevorgang als beendet betrachtet wurde,
wenn der Ladestrom bis auf 200 mA gefallen war. Wegen der relativ hohen Leerlaufverluste
und des niedrigen Wirkungsgrades bei kleineren Ausgangsleistungen wird der Arbeitsgrad bei
längerem Nachladevorgang sehr klein.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
26
3.3
Sigma-ABB-DC800-Ladewandler (240V)
Dieser Sigma-ABB-DC800 Wandler hat aufgrund der höheren Traktionsbatteriespannungen
der Elektrofahrzeuge von Mercedes eine relativ hohe Nenneingangsspannung von 240 V. Wie
in Tabelle 3.1 zu sehen ist, wurde er für eine maximale Ausgangsleistung von 800 W ausgelegt.
Dieser Wandler hat keinen internen Lüfter. Während der Messungen wurde der Kühlkörper
von einem zusätzlichen Lüfter fremd gekühlt. Das Wirkungsgradkennlinienfeld in Bild 3.5
berücksichtigt nicht die Lüfterverluste. Der Wirkungsgrad wäre aber nur geringfügig schlechter
als der gemessene, da bei dem erforderlichen Luftstrom nur ca. 5W Verlustleistung anfallen.
Die Wirkungsgradmessung wurde inklusive der Anderson-Stecker durchgeführt.
270
255
O5
240
3
C
225
a
Q.
V)
V)
D)
C
03
D)
C
LU
210
195
180
I
I 70 *
0
Bild 3.5:
Bf
m
llii 1
oï:::>::|:::::::::::::o:
1
iliipii
11
••-Pit
: : : : : : : : :- • :::-: ::::::::::::::::ï^^œ
--
1
Big
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9
100
mam
: : : :; : : :: : : :
fi m-xma
I
>85 %
^
>86%
>87%;P
200
300
400
il
500
'•
'•"
•
"•"•"
. " :
:
: : : : : : : : ;
:
: ö :
:
:
:
:
:
: ' :
:
:
:
:
:
; - :
600
700
800
Ausgangsleistung / W
Wirkungsgradkennlinienfeld des Sigma-Ladewandlers (240V)
In Tabelle 3.4 sind die berechneten Arbeitsgrade für den ECE-Stadtzyklus aufgelistet. Da dieser
Wandler 800 W für alle Eingangsspannungen liefern kann, ist die Ladungsbilanz für den ECEZyklus auch für die maximale, dem Bordnetz entnommene Leistung von 775 W immer
ausgeglichen. Die Starterbatterie braucht also nach einer Fahrt nicht nachgeladen zu werden.
Der Arbeitsgrad wird stets lediglich aus dem Quotienten der Ausgangs- und Eingangsarbeit
über den ECE-Zyklus berechnet.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
Sigma-Ladewandler
(240 V)
27
75 W
425 W
775 W
Batterie voll
74,6 %
86,2 %
84,1 %
Batterie halbentladen
76,0 %
86,6 %
84,5 %
Batterie entladen
77,6 %
87,0 %
85,1 %
Tabelle 3.4: Arbeitsgrade des Sigma-ABB-DC800-Ladewandlers (240V)
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
28
3.4
Sigma-ABB-DC800-LadewandIer (96\)
Dieser Sigma-ABB-DC800 Wandler ist dem vorigen sehr ähnlich, wurde aber für eine niedrigere
Nenneingangsspannung konzipiert. Er wurde auch für eine maximale Ausgangsleistung von
800 W ausgelegt. Wie in Tabelle 3.1 zu erkennen ist, sind die Leerlaufverluste bei diesem
Wandler etwas geringer.
Das Wirkungsgradkennlinienfeld in Bild 3.6 berücksichtigt wie bei den anderen Wandlern nicht
die Lüfterverluste. Die Wirkungsgradmessung wurde inklusive der Anderson-Stecker durchgeführt.
115
>7p % \
m
105
«1111 1
:::::
: : : : :^ögjsS?;:; ' " . :>
' • • • ' - • • • • ' -J•
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c
c
CO
Q.
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TQBQO""'
95
: • • • • . ; • ; :
%
> 85JJ
CO
en
85
>86 %
Œi
75
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Ausgangsleistung / W
Bild 3.6:
Wirkungsgradkennlinienfeld des Sigma-Ladewandlers (96V)
In Tabelle 3.5 sind die berechneten Arbeitsgrade für den ECE-Stadtzyklus angegeben. Auch
bei diesem Wandler ist die Ladungsbilanz für die gegebenen Szenarien immer ausgeglichen.
75 W
425 W
775 W
Batterie voll
75,0 %
85,0 %
82,6 %
Batterie halbentladen
76,4 %
85,4 %
82,8 %
Batterie entladen
77,9 %
85,7 %
83,1 %
Sigma-Ladewandler (240 V)
Tabelle 3.5: Arbeitsgrade des Sigma-ABB-DC800-Ladewandlers (96V)
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
3.5
29
BMW-Ladewandler
Dies ist das vom Volumen her kleinste und leichteste Gerät, das untersucht worden ist. Dennoch
ist die angegebene Ausgangsleistung von 800 W mühelos erreicht worden. Wie in Tabelle 3.1
zu sehen ist, laufen die Lüfter bei diesem Wandler ständig. Die Leerlaufverluste schließen
daher die Leistung für die Lüfter mit ein. Tabelle 3.1 enthält alle weiteren Daten des Wandlers.
Das Wirkungsgradkennlinienfeld in Bild 3.7 gilt bei diesem Wandler inklusive dem ständig
laufenden Lüfter. Bei höheren Leistungen war eine größere Erwärmung der Ausgangskabel
zu verspüren als bei den anderen Wandlern.
In Tabelle 3.6a sind wie für die vorigen Ladewandler die berechneten Arbeitsgrade für den
ECE-Stadtzyklus und die Blei-Gel Batterie aufgelistet. Die Ladungsbilanz ist für die gegebenen
Szenarien immer ausgeglichen. Da der Lüfter nicht temperaturgeregelt ist, hat er vor allem
bei kleinen Leistungen einen nicht zu vernachlässigen Effekt auf den Wirkungsgrad.
200
1111IP
• : •
>83%
arl
100
200
300
400
500
Ausgangsleistung / W
Bild 3.7:
Wirkungsgradkennlinienfeld des BMW-Ladewandlers
600
' : • ;
.
:>82% |
17 4
700
800
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
30
BMW-Ladewandler
75 W
425 W
775 W
Batterie voll
72,9 %
84,0 %
82,8 %
Batterie halbentladen
74,9 %
84,1 %
82,6 %
Batterie entladen
76,3 %
83,9 %
82,2 %
Tabelle 3.6a:
Arbeitsgrade des BMW-Ladewandlers für den ECE-Zyklus und eine
Blei-Gel-Batterie
Von BMW wurden als Vergleich zu dem ECE-Stadtzyklus gemessene Spannungsverläufe der
Traktionsbatterie für den FTP75-Zyklus für verschiedene Ladezustände zur Verfügung gestellt.
Es wurden die drei Spannungsverläufe für eine volle, halbentladene und entladene Traktionsbatterie
benutzt, um die Arbeitsgrade zu berechnen. Bild 3.8 zeigt den Spannungsverlauf des FTP75-Zyklus
für eine halbentladene Hochenergiebatterie. Der FTP75-Zyklus ist mit ungefähr 23 Minuten
deutlich länger als der ECE-Zyklus.
200
150
•
MM
•§
100
LU
Entladetiefe
50
0
Bild 3.8:
500
Zeit / s
1000
Gemessener Spannungsverlauf für den FTP75-Zyklus und eine Hochenergiebatterie
[BMW, 1994]
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
31
Da der in Bild 3.8 gezeigte Meß verlauf für ein BMW-Fahrzeug mit einer Hochenergiebatterie
erzielt wurde, ist es nicht sinnvoll, diesen Vergleich auch für die anderen statischen Ladewandler
zu machen. In Tabelle 3.6b sind für den BMW-Ladewandler die Arbeitsgrade für den FTP75Zyklus und eine Hochenergiebatterie aufgelistet. Nur bei kleinen Leistungen ist eine kleine
Abweichung zu den Werten in Tabelle 3.6a zu erkennen.
BMW-Ladewandler
75 W
425 W
775 W
Batterie voll
73,1 %
84,0 %
82,8 %
Batterie halbentladen
73,4 %
84,0 %
82,8 %
Batterie entladen
74,0 %
84,1 %
82,7 %
Tabelle 3.6b:
Arbeitsgrade des BMW-Ladewandlers für den FTP75-Zyklus und eine
Hochenergiebatterie
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
32
3.6
ßrusa-Lade wand 1er
Dieser Wandler hat einen sehr großen Eingangsspannungsbereich von 40 V - 180 V. Die maximale
Ausgangsleistung, die bei allen Eingangsspannungen erreicht werden kann, liegt bei 500 W
und damit unter der als maximal angenommenen Anforderung der Verbraucher im Bordnetz
von 775 W. Auffallend ist die im Vergleich zu allen anderen Prüflingen niedrige Leerlaufverlustleistung von unter 1 W, siehe Tabelle 3.1.
Wegen des großen Eingangsspannungsbereiches wurden hier 60 Meßpunkte angefahren. Bild 3.9
zeigt das Wirkungsgradkennlinienfeld. Bei ungefähr 300 W setzte trotz externer Kühlung des
Kühlkörpers der zum Gerät gehörende, temperaturgeregelte Lüfter ein. Die daraus resultierende
Abnahme im Wirkungsgrad ist jedoch sehr gering, zumal bei Einsetzen des Lüfters die
Leistungsaufnahme schon relativ hoch ist. Auffallend ist der hohe maximale Wirkungsgrad
von 90 %.
180
160
140
O)
c
c
120
CL
W
W
100
D)
c
03
iü
80
60
40
0
100
200
300
Ausgangsleistung / W
Bild 3.9:
Wirkungsgradkennlinienfeld des Brusa-Ladewandlers
400
500
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
33
In Tabelle 3.7 sind die Arbeitsgrade für den ECE-Zyklus dargestellt. Bei der minimalen
Bordnetzleistung von 75 W hat das Gerät schon einen sehr hohen Wirkungsgrad. Besonders
auffallend ist, daß der Arbeitsgrad auch bei negativer Ladungsbilanz über 80% bleibt. Der
Grund hierfür ist, daß bei den niedrigen Ausgangsleistungen während der Nachladephase dieses
Gerät einen sehr hohen Wirkungsgrad besitzt, nicht zuletzt wegen der ausgesprochen niedrigen
Leerlaufverluste.
Brusa-Ladewandler
75 W
425 W
500 W
775 W
Batterie voll
86,2 %
83,4 %
81,8 %
80,6 %
Batterie halbentladen
86,8 %
83,6 %
81,8 %
80,6 %
Batterie entladen
87,5 %
83,7 %
81,5 %
80,6 %
Tabelle 3.7: Arbeitsgrade des Brusa-Ladewandlers
34
3.7
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
Rotierender Umformer
Als Vergleich zu den statischen Ladewandlern werden in den nächsten zwei Abschnitten ein
rotierender Umformer und eine gängige Lichtmaschine untersucht. Der rotierende Umformer
besteht aus einer Gleichstrommaschine von etwa 1 kW Leistung, die aus der Traktionsbatterie
gespeist wird und einen Gleichstromgenerator antreibt, welcher die Bordnetzbatterie speist.
Der Wirkungsgrad des Umformers entspricht dem Produkt der Wirkungsgrade der beiden
Gleichstrommaschinen.
Die Literatur zu den Untersuchungen stammt hauptsächlich aus den 60er und 70er Jahren. Für
einen Leistungsbereich von 500W bis 1kW ist der Wirkungsgrad meistens im Bereich zwischen
70% - 76% angegeben. Die besten Wirkungsgrade für Gleichstrommaschinen wurden in [VASKE,
RIGGERT, 1974] mit 83% zitiert. Bei permanenterregten Maschinen wird ein Wirkungsgrad
zwischen 20% und 90% u.a. in Abhängigkeit von der Größe der Maschine in [RUSCHMEYER,
1983] angegeben.
Für die nachfolgenden Berechnungen wurden Gleichstrommaschinen mit den aus heutiger Sicht
bestmöglichen Wirkungsgraden von 90 % angenommen. Es wurde ein Umformer mit den folgenden
Eigenschaften vorausgesetzt:
Eingangsspannungsbereich
Nenneingangsspannung
80 V - 120 V
100 V
Maximale Ausgangsleistung
1000 W
Wirkungsgrad im Nennpunkt
81%
Leerlaufverlust
Volumen
59 W (berechnet)
Zwei Gleich ström maschinen haben ein größeres Volumen als die elektronischen Ladewandler.
Tabelle 3.8: Daten des rotierenden Umformers bestehend aus zwei Gleichstrommaschinen
Um für den Umformer ein Wirkungsgradkennlinienfeld auf theoretischer Basis zu erstellen,
wurde angenommen, daß beide Gleichstrommaschinen einen Wirkungsgrad von 90% im Nennpunkt
haben. Der Umformer soll im Nennpunkt eine Ausgangsleistung von 1 kW haben. Femer wurde
angenommen, daß die Verluste im Nennpunkt zu 75% aus Ankerverlusten und zu 25% aus
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
35
Reibungsverlusten bestehen. Die Reibungsverluste sind konstant, weil die Drehzahl konstant
ist. Die Ankerverluste dagegen sind lastabhängig und nehmen quadratisch mit dem Strom zu.
Mit diesen Annahmen können die Leerlaufverluste im Nennpunkt für den Generator und den
Motor berechnet werden. Bei dem Generator fällt im Nennpunkt bei einer Ausgangsleistung
P N von 1 kW und einem Wirkungsgrad rçN von 90% eine Verlustleistung P v von 111 W an.
Davon betragen die Reibungsverluste 25%, also 28 W. Der Motor hat eine Nennleistung von
1 kW + 1 1 1 W = 1111 W. Mit dem Wirkungsgrad im Nennpunkt des Motors berechnet sich
die Verlustleistung zu 123 W, wovon 31 W Reibungsverluste sind. Die gesamten Leerlaufverluste
PVR, welche die Summe der Reibungsverluste im Nennpunkt der beiden Maschinen sind, betragen
somit 59 W.
Der Ankerstrom I AG N im Nennpunkt des Generators läßt sich aus den Nennwerten der
Bordnetzbatteriespannung U B N und der Ausgangsleistung P G N bestimmen:
j
=
AGJf
Beim Motor wird der Ankerstrom 1 ^
mechanische Ausgangsleistung PM,N
un(
N
P N
°JJ
im Nennpunkt über den Wirkungsgrad TJN, die
* die Spannung der Traktionsbatterie U T N ermittelt:
l
AMJi
Mit den Ankerverlusten P V A und den Ankerströmen können die Ankerwiderstände RA mit
der folgenden Gleichung bestimmt werden:
R
=
Der Wirkungsgrad des rotierenden Umformers läßt sich nun mit der folgenden Gleichung
berechnen:
rP
G
+ rP
VR
+ XJ
P.
+ iT
P
AG ylG
AM ^AM
Die Ausgangsleistung P G und die Ankerströme I A der beiden Gleichstrommaschinen stellen
sich je nach Belastung des Bordnetzes ein. Mit dieser Gleichung kann für verschiedene Ausgangs-
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
36
leistungen und Eingangsspannungen der Wirkungsgrad des Umformers bestimmt werden (siehe
Anhang). Mit dem Neuronalen Netz wurde ein entsprechendes Wirkungsgradkennlinienfeld
für den rotierenden Umformer erstellt. Wie in Bild 3.10 zu erkennen ist, ist der Wirkungsgrad
bei kleinen Ausgangsleistungen schlechter als bei den elektronischen Bordladewandlem. Lediglich
bei hohen Eingangsspannungen und höherer Last hat der Umformer aufgrund der optimistisch
gewählten Wirkungsgrade der Gleichstrommaschinen Vorteile.
120
110
c
C
C
ro
100
Q_
w
en
CD
CO
en
ç
90
Lu
1
1
1
: • .
:
.'•:•
' - . ' • •
>70%
80
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Ausgangsleistung / W
Bild 3.10:
Wirkungsgradkennlinienfeld des rotierenden Umformers bestehend aus zwei
Gleichstrommaschinen
Tabelle 3.9 gibt die Arbeitsgrade für dieselben Ausgangsleistungen und Traktionsbatteriespannungen wie für die statischen Ladewandler an.
Rotierender Umformer
75 W
425 W
775 W
Batterie voll
48,2 %
OO Q Of
82,9 %
Batterie halbentladen
48,3 %
82,4 %
82,0 %
Batterie entladen
48,5 %
81,4 %
80,3 %
Tabelle 3.9: Arbeitsgrade des rotierenden Umformers
o/-,o /o
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
3.8
37
Lichtmaschine
In einer zweiten theoretischen Analyse soll das Bordnetz durch eine Lichtmaschine gespeist
werden, die von dem Antriebsmotor angetrieben wird. Hierzu wurde eine gängige Lichtmaschine
angenommen, deren Drehzahl aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und den entsprechenden
Übersetzungsverhältnissen berechnet werden kann. Aus dem Diagramm "Wirkungsgrad bei
Teillast" für eine KC 14 V 40-70 A Lichtmaschine von der Firma Bosch wurden Meßwerte
entnommen, um mit dem Neuronalen Netz ein Wirkungsgradkennlinienfeld zu berechnen
(Bild 3.11). Die Eckdaten der Lichtmaschine sind in Tabelle 3.10 dargestellt.
0 / min'1 - 18000 / min"1
Generator-Drehzahl
Maximale Ausgangsleistung
Volumen
Das Volumen ist in der gleichen Größenordnung wie bei
einem statischen Ladewandler.
Tabelle 3.10:
18000
16000
1 14000
5 12000
N 10000
CD
8000
6000
J
4000
1000 W
Daten der Lichtmaschine
^•1
I;
W •1•1 ^i .
IP
Us 1m
1 if
•I
m>
^p
...
•
•1
•BBS
>50
^ ^
3%
•••1
2000
0
llllllilliliiP*;I
illlllilllifllipiipr1:;;
I5H1
1
0
200
400
600
Ausgangsleistung / W
Bild 3.11:
Wirkungsgradkennlinienfeld der Lichtmaschine
1
1
1
800
S
1000
38
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
Wie man in Bild 3.11 sieht, bleibt der Wirkungsgrad für alle Betriebspunkte unter 70%. Bei
niedrigen Drehzahlen wie z.B. bei Leerlauf eines Verbrennungsmotors hat die Lichtmaschine
ihren besten Wirkungsgrad. Ein Generatordrehzahlverlauf über den ECE-Zyklus kann mit Hilfe
einiger Parameter bestimmt werden [OSTERLOH, D . , W O L F , J . ] :
V
=
k
Ügchs
gen
mit
(f)
n
mo,
n gen
= Generatordrehzahl (min' 1 )
vk
= Geschwindigkeit zum Zeitpunkt k (km/h)
Üachs
= Übersetzung der Antriebsachse
G(j)
= Getriebeübersetzung im Gang j
n
=
R
= dynamischer Reifenrollradius
mot
und
G
n
Motordrehzahl (min' 1 )
Diese Parameter waren für den Golf CitySTROMer bekannt und konnten zusammen mit den
Umschaltzeitpunkten der Gänge für den ECE-Zyklus benutzt werden, um das Generatordrehzahldiagramm in Bild 3.12 zu erstellen.
Ein Arbeitsgrad ist für den ECE-Zyklus nicht definiert, weil der Fahrmotor und somit auch
die Lichtmaschine für gewisse Zeiten des Zyklusses stillstehen und daher die Eingangsleistung
null ist bei konstanter Ausgangsleistung. In dieser Zeit wird Energie aus der Starterbatterie
entnommen und keine zugeführt. Zusammen mit dem niedrigen Wirkungsgrad unter 70 % heißt
das, daß die Lichtmaschine im Vergleich zu den statischen Ladewandlern im Einsatzgebiet
der Elektrostraßenfahrzeuge als sehr schlecht beurteilt werden muß.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
39
6000
2
Q
2000
200
Bild 3.12:
Generatordrehzahldiagramm für den ECE-Zyklus
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
40
3.9
Vergleich der verschiedenen Ladewandler
Ein sehr wichtiger Anhaltspunkt bei dem Entwurf eines Ladewandlers ist die Auslegung in
bezug auf die minimalen Leerlaufverluste und Verluste bei kleiner Leistung. Bei vielen
Elektrofahrzeugen ist der Ladewandler des Bordnetzes ständig in Betrieb, und es fallen somit
unnötig hohe Verluste an. Zum anderen ist beim Nachladen der Starterbatterie mit kleinen
Leistungen ebenfalls ein hoher Wirkungsgrad wünschenswert. In Bild 3.13 sind die Arbeitsgrade
der verschiedenen statischen Ladewandler für 75 W Ausgangsleistung dargestellt.
90
80
70 H
1
60
50 H
40
30
20 H
10
0
Sevcon
Bild 3.13:
Bosch
Sigma (240V) Sigma (96V) BMW
Brusa
Energienutzungsgrade aller Ladewandler für den ECE-Zyklus bei Grundlast
(75 W Ausgangsleistung) und halbentladener Traktionsbatterie
Aus Bild 3.13 wird deutlich, daß die niedrigen Leerlaufverluste des Brusa-Ladewandlers den
Wirkungsgrad begünstigen. Nur beim BMW-Gerät ist der Lüfter ständig in Betrieb. Dies führt
bei der relativ kleinen Ausgangsleistung zu Wirkungsgradverlusten.
Bei höheren Ausgangsleistungen von 425 W verbessert sich der Wirkungsgrad bei den meisten
Geräten deutlich, wie in Bild 3.14 zu sehen ist. Im mittleren Ausgangsleistungsbereich ist der
Wirkungsgrad der verschiedenen Prüflinge etwa gleich, obwohl die großzügiger dimensionierten
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
41
Geräte (BMW und die beiden Sigma Geräte) einen kleinen Vorteil aufweisen.
In Bild 3.14 ist der Wirkungsgrad des Sevcon-Ladewandlers für seine maximale Ausgangsleistung
von 360 W angegeben.
100
00
CNÎ
00
90
CO
in"
oo
00
00
00
80
70
CD
60
50
40
30 -\
20
Illli
10H
0
Sevcon
Bild 3.14:
Bosch
Sigma (240V) Sigma (96V)
BMW
Brusa
Energienutzungsgrade bei Halblast (425 W Ausgangsleistung) (360 W beim SevconLadewandler) und halbentladener Traktionsbatterie
Bild 3.15 soll zeigen, was passieren würde, wenn ein Ladewandler für ein bestimmtes Bordnetz
unterdimensioniert wäre. Hier wurde bei den drei kleineren Geräten (Bosch, Sevcon, Brusa)
die Nachladephase bei der Berechnung des Arbeitsgrades mit in Betracht gezogen. Der SevconLadewandler hat aufgrund der maximalen Leistung von nur 360 W die längste Nachladephase
und darum auch den ungünstigsten Wirkungsgrad. Der Bosch-Ladewandler hat mit 465 W
maximaler Ausgangsleistung eine kürzere Nachladephase. Auffallend ist, daß der Arbeitsgrad
des Brusa-Ladewandlers trotz relativ langer Nachladephase bei einer maximalen Leistung von
500 W noch über 80 % liegt. Dies zeigt deutlich den Vorteil der niedrigen Leerlaufverluste
und des hohen Wirkungsgrads bei kleinen Leistungen, falls ein Bordnetzsystem auch so betrieben
werden soll, daß die Nachladephase stattfindet.
Ergebnisse der unterschiedlichen Ladewandler
42
100n
90
80
700)
:::
mm
$
60
50
111
40
30
20
10
Sevcon
Bild 3.15:
Bosch
Sigma (240V) Sigma (96V)
BMW
Brusa
Energienutzungsgrade bei Vollast (775 W Ausgangsleistung) und halbentladener
Batterie. Beim Sevcon-, Bosch- und Brusa-Ladewandler wurde eine Nachladephase
der Bordnetzbatterie berücksichtigt
Zusammenfassung
43
Zusammenfassung
In diesem Forschungsvorhaben wurden sechs elektronische Bordladewandler für Elektrofahrzeuge
untersucht und mit einem rotierenden Umformer bestehend aus zwei Gleichstrommaschinen
sowie einer Lichtmaschine verglichen.
Die Wirkungsgrade der Bordladewandler wurden bei verschiedenen Eingangsspannungen und
Ausgangsleistungen gemessen. Mit Hilfe eines Künstlichen Neuronalen Netzes konnten daraus
die Wirkungsgrade im gesamten Betriebsbereich des Ladewandlers ermittelt werden. Um die
Ladewandler untereinander vergleichen zu können, sollten die Arbeitsgrade bei typischen
Betriebszuständen bestimmt werden. Dazu wurden Eingangsspannungsverläufe gewählt, wie
sie aus einem ECE-Stadtzyklus mit einer Blei-Gel-Traktionsbatterie bei verschiedenen
Ladezuständen resultieren. Bei der Abschätzung der Bordnetzlast wurden drei Fälle angenommen:
minimale, mittlere und maximale Last. Obwohl die unterschiedlichen Ladewandler für verschiedene
Leistungen ausgelegt sind, werden sie alle mit den gleichen absoluten Lasten beaufschlagt.
Die Arbeitsgrade der Ladewandler unterscheiden sich bei mittlerer Bordnetzlast kaum. Bei
minimaler Bordnetzlast haben die Ladewandler mit einer kleineren maximalen Ausgangsleistung
Vorteile. Diese Geräte konnten jedoch nicht die hier angenommene maximale Bordnetzlast
liefern, so daß die Bordnetzbatterie temporär entladen wurde. Beim anschließenden spann ungsbegrenzten Volladen der Bordnetzbatterie werden diese Ladewandler mehrere Stunden mit geringer
Ausgangsleistung und daher mit schlechterem Wirkungsgrad betrieben, was den Arbeitsgrad
erheblich senkt. Zudem könnte bei diesen Geräten bei maximaler Bordnetzlast die Bordnetzspannung unter 13 V absinken, was unerwünscht ist.
Die aus Literaturdaten abgeschätzten Wirkungsgrade des rotierenden Umformers liegen bei
kleiner und mittlerer Bordnetzlast deutlich unter denen der elektronischen Ladewandler. Aufgrund
des optimistisch angenommenen Wirkungsgrades der beiden Gleichstrommaschinen von je
90% im Nennpunkt hat der rotierende Umformer bei hohen Eingangsspannungen und großer
Bordnetzlast einen geringfügig besseren Wirkungsgrad als die untersuchten Ladewandler. Das
relativ große Volumen und Gewicht sowie die erforderliche Wartung sind weitere Nachteile.
Der Wirkungsgrad der Lichtmaschine, die gedanklich an den Fahrmotor gekoppelt ist, liegt
in allen Betriebspunkten deutlich unter dem der elektronischen Ladewandler. Das Wirkungsgradmaximum von 66% wird nur in einem sehr schmalen Generatordrehzahlbereich bei kleinen
Drehzahlen erreicht, die bei Elektrostraßenfahrzeugen mit Gleichstromantrieb wegen der dann
44
Zusammenfassung
entstehenden Stellerverluste vermieden werden. Bei modernen Drehstromantrieben geht der
Trend zu Maschinen mit großem Drehzahlbereich, so daß auch hier nicht mit einem bevorzugten
Betrieb bei kleiner Drehzahl gerechnet werden kann. Die Lichtmaschine hat den weiteren Nachteil,
daß sie bei Stillstand des Fahrzeuges keine Leistung abgibt. Dadurch wird die Bordnetzbatterie
zeitweilig entladen.
Es lassen sich drei Schlußfolgerungen formulieren:
Die Bordnetzversorgungseinheit bei Elektrostraßenfahrzeugen sollte vorzugsweise
in Form eines elektronischen Ladewandlers ausgeführt werden.
Um einen maximalen Wirkungsgrad der Bordnetzversorgungseinheit zu erzielen,
muß diese für die Spitzenbordnetzlast ausgelegt werden. Die Bordnetzbatterie
wird während des Betriebs des Fahrzeugs nicht benötigt. Der Wirkungsgrad
im Leerlauf spielt nur dann eine Rolle, wenn der Wandler auch während des
Ladens der Traktionsbatterie eingeschaltet ist.
Falls der Wandler entsprechend [FKT, 1993] für die mittlere maximale Bordnetzlast
ausgelegt wird, muß der Wirkungsgrad des Wandlers bei kleiner Ausgangsleistung
sehr hoch sein, weil die Bordnetzbatterie nach einer Lastspitze mit kleiner Leistung
nachgeladen wird.
Literatur
45
Literatur
Aleksander, I.: Neural Computing Architectures. North Oxford Academic, 1989 . . . .
7
BMW: Meßdaten des FTP75-Zyklusses über den Verlauf der Traktionsbatteriespannung für
verschiedene Entladetiefen. Persönliche Mitteilung, 1994
30
Economic Comission for Europe-ECE: Fahrzyklus zur Messung der Abgasemission auf
Rollenprüfständen, 1970
10
FKT: Richtlinien für die Prüfung von Straßenfahrzeugen mit Elektroantrieb, 1993 . .12,14,43
Osterloh, D., Wolf, J.: Verfahren zur Berechnung des Stromhaushaltes eines Kraftfahrzeugs. .
38
Reckhorn, T.: Persönliche Mitteilung, 1994
12
Ruschmeyer, K.: Motoren und Generatoren mit Dauermagneten. Kontakt und Studium, expertverlag, 1983
34
Schöneburg, E.: Neuronale Netzwerke. Markt & Technik, 1990
7
Varta: Bleiakkulumatoren. 11. Auflage, Düsseldorf: VDI Verlag, 1986
9
Vaske, P., Riggert, J.H.: Elektrische Maschinen und Umformer. B.G. Teubner Verlag, Stuttgart,
1974
34
46
Anhang
6
Anhang
6.1
Meßdaten und Wirkungsgradberechnung der verschiedenen Ladewandler
Sevcon-Ladewandler
Paus
Uein
Pein
5.1
6.1
7
81
8
7.4I
8.1
9.2
10.8
12.3
12.9
13.9
16.41
17.1
18.5
18.71
20.41
21.4
23.2
23.4
39.3
41.5
43.4
44.81
45.8I
79
79.4
80.6
82.5
84.1
157.4
160
162.5
164.61
167.3
237.5
239.6
241
243.5
244.1
319.6
318
318
75.31
85.8
95.8
105.8
113.9
75.7
85.5
95.7!
104.91
115.4
75.2
85.55
95.61
105.5
115.2
74.8
85.45
95.41
105.41
114.8
75.7
85.81
95.4
1051
116.1
78.1
85.2
94.4
104.6
113.2
76.7
85.4
96.4
104.41
114.1
76.8
85.7
95
106.6
113.2
77
85.4
94.8
Uaus
0:
0,
0
0
0
2.4
2.42.4.
2.5
2.5
8.1
8.1
8.1
8.2:
8.1
13.1
13.2
13.2
13.3
13.4i
33.1
33.2
33.2!
33.2!
33.3!
67.2!
67 i
67.11
67.2'
66.81
138!
1391
139.2!
139.21
139.21
206.71
2071
207.71
207.91
207.61
273.71
272!
270.31
eta
deltaP
13.41
0I
13.52 :
oi
OI
13.6 i
13.67 :
oi
13.75
OI
13.47 I 0.32432432
13.49 I
0.2962963
13.52 ! 0.26086957
13.55 i 0.23148148
13.57 i 0.203252031
13.46 i 0.62790698
13.46 I 0.58273381
13.46 I 0.49390244
13.48 I 0.47953216
13.48 0.43783784I
13.46 I 0.70053476I
13.46 I 0.64705882
13.47 0.616822431
13.47 0.57327586
13.48 0.572649571
13.43 0.842239191
13.44
0.8!
13.44 0.764976961
13.45 0.74107143
13.46 0.727074241
13.46 0.85063291
13.45 0.84382872
13.46
0.8325062!
13.46 0.814545451
13.46 0.79429251|
13.45 0.87674714
13.46
0.86875|
13.46 0.85661538
13.46 0.84568651|
13.46 0.83203825
13.44 0.87031579
13.45
0.8639399
13.45 0.86182573
13.46 0.85379877
13.46 0.85047112
13.43 0.85638298I
13.44 0.85534591
13.44
0.85
5.1
6.1
7
8
8
5
5.7
6.8
8.3|
9.8I
4.8|
5.8
8.3
8.9
10.4
5.6
7.2
8.2
9.9
10
6.2
8.3
10.2
11.6
12.5
11.8
12.4
13.5
15.3
17.3
19.4
21
23.3
25.4
28.1
30.8
32.6
33.3
35.6
36.5
45.9
46
47.7
Anhang
47
48
Anhang
Bosch-Ladewandler
Pein
Uein
61
6.91
7.61
8.8!
9.21
8.2!
8.61
8.81
10.5i
10.91
13.8!
14.91
15.6!
17.8!
17.8!
19.7:
20.61
22.7!
22.81
24.5i
41 i
43.3!
44.31
45.7!
44.61
92!
93.4!
94.7!
95i
96.91
164.51
1651
166.71
166.7!
1681
255.31
2561
2571
258.81
2581
3391
337.41
339.91
3401
340.61
427|
4281
4261
428.91
Paus
52.331
62.441
73.11
82.02!
93.51
52.5
62.81
72.61
82.51
91.7
52.81
62.81
71.9
82.1
92.1
52.9
62.3
72.61
82.5
92.6!
52.1
62.81
72.8
82.61
92.21
52.3
62.5i
71.61
831
92.51
52.91
62
72.5
83
94.1
51.31
62.1 |
72.61
83.11
92.91
51.21
63.8!
73.3
82.9
93.5
52.1
63.5
71.8
82.3
Uaus
Ol
Ol
Ol
Ol
Ol
1.81
1.81
1.81
1.9!
1.8!
6.7
6.9!
7.1!
7.4i
7.4i
1 2.5
12.7
12.81
13.1!
13.3!
33.3
33.41
33.8!
34.1:
34.41
79
79.4
79.2
79.1
79.2
1441
1441
1441
143.71
143.8
222.3
222
221
221.5
220!
288.51
288.5
290I
2901
2901
357.51
359.21
359.1
360
!eta
deltaP
0
14.33
14.33
0
14.32 I
0
0
14.32
14.31
o;
14.4 I 0.2195122!
14.4 I 0.20930233
14.4 I 0.20454545:
14.4 0.18095238:
14.4 0.16513761
14.4 1 0.48550725
14.4 0.46308725:
14.4 1 0.45512821
14.4 0.415730341
14.4 0.41573034;
14.4 0.63451777
14.4 0.61650485
14.4 0.56387665!
14.4
0.5745614
14.4 0.54285714:
14.4 0.81219512!
14.4 0.77136259!
14.4 0.76297968!
14.4 0.74617068!
14.4 0.7713004514.39 0.85869565!
14.39 0.85010707!
14.39 0.83632524I
14.38 0.832631581
13.37 0.817337461
14.39 0.875379941
14.37 0.87272727
14.37 0.863827231
14.36 0.862027591
14.37 0.855952381
14.38 0.87074031 I
14.36
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6.9
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6.4
6.8
7
8.6
9.1
7.1
8
8.5
10.4
10.4
7.2
7.9
9.9
9.7
11.2
7.7
9.9
10.5
11.6
10.2
13
14
15.5
15.9
17.7
20.5
21
22.7
23
24.2
33
34
36
37.3
38
50.5
48.9
49.9
50
50.6
69.5
68.8
66.9
68.9
Anhang
526.8
931
52.71
64.81
524
741
430
508
526i
526:
537.2!
553:
567
567
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731
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4161
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4331
4341
433!
4391
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462!
49
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14.061
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14.311
14.341
14.341
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14.3:
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0.81481481I
70
92
94
91
92
93
98.2
102
105
105
Anhang
50
Sigma-ABB-DC800-Ladewandler (240V)
Paus
Uein
Pein
7.50
8.801
9.901
10.201
9.801
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2491
268.2;
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2091
231.1
250
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186.7
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230.51
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Uaus
01
01
0!
0
0
71.71
71.71
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71.7
72!
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142!
141.8
142.6
142
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282.5
283!
2801
2811
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424.6
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559.41
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5601
560!
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6901
6901
6901
6901
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799.91
7991
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7991
eta
IdeitaP
14.12
0I
14.12
0
14.11 i
0
14.12 i
Ol
14.12 !
Ol
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7.5
8.8
9.9
10.2
9.8
20.3
21.5
23.1
25.3
26.5
25.4
27
29.2
30.1
32
38.9
41
42
42.5
46.5
63
64.4
66.5
67.4
68.4
86.3
88.8
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111
115.6
119.5
125.3
128
137
144.1
146
150.3
156.3
Anhang
51
Sigma-ABB-DC800-Ladewandler (96V)
Uein
Pein
5.901
5.601
6.201
6.001
5.601
94.901
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97.501
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964.80
Uaus
Paus
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86.3!
96.41
105.41
114.91
76.3!
85.6!
95.7;
105.5!
113.9!
76.2:
85.9i
97;
105.5
0I
Ol
Ol
0
0!
74.8
74.91
751
75.5
75!
142.2
141.8
141.8
141.8
113.8;
142
76.1
85.1
95.6i
105.4.
114.6
75.5
86.1
96.7
104.7
287.4I
115
75.9
86.7
95.6;
105.7
115,
77.7
86.9:
97.2
105.5
114.2:
75.8'
85.7:
96.5!
106.61
114.5:
288
289!
289.5
289.6!
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427.2
427.3
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428.2
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564.61
564.7!
565.1
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689.4
6901
690.71
690.81
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791.91
791.91
792.71
deltaP
eta
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14.16!
14.161
14.161
14.161
14.121
14.12!
14.12!
14.13!
14.13!
14.081
14.081
14.081
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14.091
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14.03!
14.041
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14.05!
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01
01
01
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5.9
5.6
6.2
6
5.6
20.1
22.3
22.5
26
27.8
27
28.7
29.8
32
35
45.2
46.6
48.3
49.5
51.4
70.4
71.5
75.4
76.3
80.3
101.4
103.2
105.4
108.9
112.3
134
135.1
138.3
140.3
144.2
160.9
163.9
168.3
169.9
172.1
52
Anhang
BMW-Ladewandler
Pein
Uein
10.501
10.001
9.001
9.401
10.001
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94.501
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663.00!
663.00I
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665.00!
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810.501
810.00|
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972.00I
966.80J
966.00
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Uaus
Paus
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155.4!
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185.41
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1551
170.81
184.61
1961
144!
154.61
171.2
185.8
196!
0!
• 0:
O:
O:
Ol
71.2:
71.2:
70.4I
71.5:
71.5;
141.81
141.7'
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142.3!
142!
281 i
280I
280I
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413.51
413.31
4131
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553.5!
553.71
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6741
6741
674|
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7991
eta
deltaP
Ol
13.82 :
Ol
13.82 i
13.82 !
Ol
13.82 i
Ol
13.82 !
0
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13.81 I 0.75343915I
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13.72 0.83209877
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10
g
9.4
10
23.3
23.3
25.6
28.5
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33.1
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54
54.4
55.5
56.5
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78.6
79
78.7
79
112
109.5
109.3
108.2
111
143.2
138
136
136.5
136
177.6
172.1
168.5
167
165
Anhang
53
Brusa-Ladewandler
Uein
Pein
0.9
0.9
1
1
1
0.9
0.9
1.3
1.5
0.9
41
41
3.8
3.9
3.9
3.8
4.1
3.8I
3.6
4.1
10.6
10.4
9.9
10.1
9.9!
10.51
11
10.91
101
10.1
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16.5
16.2
15.8
15.7
15.3
161
16.8
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17.5
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43.6
44.1
43.8
44.3
45
44.7
44.6
44.4
Paus
45.4l
60.6i
75.2!
85.2I
94.61
105i
115.2:
129.61
150.8:
175.6i
45.8;
60.3:
75.7
85.8'
95.3:
105;
115.8
129.8:
150!
176.2!
45.85:
60.9!
74.6i
851
94.7!
105.31
115.3!
130.1!
150.7i
175.41
46.31
59.8!
75.41
84.81
95.41
104.91
114.91
1301
150.21
175.11
45.91
59.81
75.3!
85.31
951
105.3 t
114.81
129.81
149.61
Uaus
01
01
01
01
01
01
0
01
01
01
2.5
2.3
2.3
2.5
2.41
2.5
2.41
2.5
2.41
2.5
8.21
8.21
8.3
8.21
8.21
8.3
8.2
8.3
8.31
8.41
13.71
13.61
13.6
13.61
13.6!
13.6!
13.7|
13.7!
13.8
14.1
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38.3
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38.6
38.7
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eta
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14.1
14.1
14.1
14.1
14.1
14.1
14.1
14.1
14.1
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14.08
14.08
14.08
14.08
14.08
14.08
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14.09
14.09
14.08
14.08
14.08
14.08
14.08
14.08
14-. 08
14.08
14.08
14.08
14.07
14.07
14.07
14.07
14.07
14.07
14.07
14.07
14.07
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14.05
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L
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1.6
1.9
1.7
2.2
2.8
2.6
1.7
1.7
4.2
2.9
2.6
2.2
2.1
1.7
2.3
3.1
3.5
3.4
6.3
5.3
5.8
5.4
5.7
6.3
6.1
5.9
5.3
54
Anhang
46
821
80.91
82.4!
82.8
82.61
83.5
83.6
85
861
88
160.41
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162.8
163.2
163.41
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4141
415
415
416
417
417
419
418
419
475
481
480
481
481
483
483
488
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14.031
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14.031
14.031
14.031
14.031
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13.971
13.971
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13.971
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13.85
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13.71
13.72
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10
9.3
10.1
10.1
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11.8
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15.8
15.8
19.2
19.2
20.2
20.5
22.9
22.7
24.8
26.1
26.7
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42.5
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46
46.5
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68.4
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83
80.1
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83
82.3
82.5
89.3
102.8
125
112
105
103
107
107
110
115
55
Anhang
Rotierender Umformer bestehend aus zwei Gleichstrommaschinen
Uein
Pein
591
58.91
58.91
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58.81
1621
161.41
1611
160.81
160.61
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267.3
266.3
265.5
264.9
379.8
376.81
374.71
373.1
372
495.21
4901
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483.71
481.71
615.41
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231.1
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335.3
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441.1
100
400!
441.1
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441.1
120!
4001
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901
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548.6
5001
801
657.71
6001
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100)
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657.7t
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768.5)
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0.86541
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0.86541
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0.89482
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0.90686
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0.91146
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0.91225
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0.91225
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0.91083
0.91083
0.91083
0.91083
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0.90806
0.90806
0.90806
0.90806
0.9044
0.9044
0.9044
0.9044
56
Anhang
1074.7;
1303!
1261.11
1234.4!
1216!
1202.8'
1201
801
901
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1101
1201
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1000!
10001
10001
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1110.91
1110.91
1110.91
1110.91
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57
Anhang
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0
888.888889
2666.66667
4444.44444
6222.22222
8000
0
0
0.605
0.598
0.487
0.36
0.241
888.888889
2666.66667
4444.44444
6222.22222
8000
0
0
0.5735
0.5824
0.498
0.3753
0.2718
888.888889
2666.66667
4444.44444
6222.22222
8000
0
0
0.54
0.556
0.482
0.3794
0.2824
888.888889
2666.66667
4444.44444
6222.22222
8000
0
0.517
0.52
0.465
0.3706
0.2851
0
888.888889
2666.66667
4444.44444
6222.22222
8000
-
6.2
59
Mitglieder des FAT-AK 18
-
'Elektrofahrzeuge'
Dr. Landrat
Volkswagen AG
Abt. E/NT-ET
38463 Wolfsburg
Dipl.-Ing. F. Werner
Mercedes-Benz AG
Abt. T720
70302 Stuttgart
Dr.-Ing. R. Zelinka
M A N Nutzfahrzeuge GmbH
Abt. TKZ
80976 München
Dr. Klaus Harms
R. Bosch GbmH
Abt. K9/EEF
70442 Stuttgart 30
Dr. E. Schubert
A. Opel AG
80-17
65423 Rüsselsheim
Dipl.-Ing. A. Schumann
B M W AG
Antriebsforschung EE-7
80702 München
Dr. Lutz
Fichtel & Sachs AG
Abt. KER
Johann-Georg-Gademann-Str. 13
97424 Schweinfurt
Dr. Robert Müller
J.M. Voith GmbH
Abt. ANG
89509 Heidenheim
Dr. T. Reckhorn
Siemens AG
Abt. AT43TP
Werner-von-Siemens-Str. 3
97076 Würzburg
Dr. Sporkmann
R W E AG
Abt. AT-ES
Kruppstr. 5
45128 Essen
AUXILEC - Véhicule Électrique
Dr. J. Langheim
41. Blvd. de la République
F-78400 Chatou
Bisher in der FAT-Sch ritten reihe erschienen:
Nr. 1
Nr
Nr.
Nr. 4
Nr. 5
Nr. 6
Nr.
Nr. 8
Nr. 9
Nr. 10
Nr. 11
Nr. 12
Nr. 13
Nr. 14
Nr. 15
Nr. 16
Nr. 17
Nr. 18
Nr. 19
Nr. 20
Nr. 21
Nr. 22
Nr. 23
Nr. 24
Nr. 25
Nr. 26
Nr. 27
Nr. 28
Nr. 29
Nr. 30
Nr. 31
Nr. 32
Nr. 33
Nr. 34
Nr. 35
Nr. 36
Nr. 37
Nr. 38
Nr. 39
Nr. 40
Nr. 41
Nr. 42
Nr. 43
Nr. 44
Nr. 45
Nr. 46
Nr. 47
Nr. 48
Nr. 49
Nr. 50
Nr. 51
Nr. 52
Nr. 53
Nr. 54
Nr. 55
Nr. 56
Nr. 57
Nr. 58
Nr. 59
Nr. 60
Nr. 61
Nr. 62
Nr. 63
Nr. 64
Nr. 65
Nr. 66
Nr. 67
Nr. 68
Nr. 69
Nr. 70
Nr. 71
Immissionssituation durch den Kraftverkehr in der Bundesrepublik Deutschland
Systematik der vorgeschlagenen Verkehrslenkungssysteme
Literaturstudie über die Beanspruchung der Fahrbahn durch schwere Kraftfahrzeuge
Unfallforschung/Westeuropäische Forschungsprogramme und ihre Ergebnisse /Eine Übersicht
Nutzen/Kosten-Untersuchungen von Verkehrssicherheitsmaßnahmen
Belastbarkeitsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Fahrzeuginsassen
Biomechanik des Fußgängerunfalls
Der Mensch als Fahrzeugführer
Güterfernverkehr auf Bundesautobahnen
Recycling im Automobilbau - Literaturstudie
Rückführung und Substitution von Kupfer im Kraftfahrzeugbereich
Der Mensch als Fahrzeugführer
Sicherheitsmaßnahmen im Straßenverkehr
Sammlung, Beschreibung und Auswahl für die Anwendung der Nutzen/Kosten-Analyse
Tierexperimentelle und epidemiologische Untersuchungen zur biologischen Wirkung von Abgasen
aus Verbrennungsmotoren (Otto- und Dieselmotoren) - Literaturstudie
Belastbarkeitsgrenzen des angegurteten Fahrzeuginsassen bei der Frontalkollision
Güterfernverkehr auf Bundesautobahnen - Ein Systemmodell, 2. Teil
Ladezustandsanzeiger für Akkumulatoren
Emission, Immission und Wirkung von Kraftfahrzeugabgasen
Sicherheitsmaßnahmen im Straßenverkehr
Ergebnisse einer Nutzen/Kosten-Analyse von ausgewählten Maßnahmen
Aluminiumverwendung im Automobilbau und Recycling
Fahrbahnbeanspruchung und Fahrsicherheit ungelenkter Dreiachsaggregate in engen Kurven
UmSkalierung von Verletzungsdaten nach AIS - 80 (Anhang zu Schrift Nr. 15)
Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug
Altteileverwendung im Automobilbau
Energie für den Verkehr - Eine systemanalytische Untersuchung der langfristigen Perspektiven
des Verkehrssektors in der Bundesrepublik Deutschland und dessen Versorgung mit Kraftstoffen
im energiewirtschaftlichen Wettbewerb Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Aluminium im Lkw-Bau
Äußere Sicherheit von Lkws und Anhängern
Dämpfung und Tilgung von Torsionsschwingungen im Triebstrang von Kraftfahrzeugen
Wirkungsgradmessung an Getrieben und Getriebeelementen
Fahrverhalten von Lastzügen und hierbei insbesondere von Anhängern
Entwicklung, Aufbau und Test eines Ladezustandsanzeigegerätes für Bleiakkumulatoren
in Elektrostraßenfahrzeugen
Rollwiderstand und Lenkwilligkeit von Mehrachsanhängern mit Zwillings- und Einzelbereifung
Fußgängerschutz am Pkw - Ergebnisse mathematischer Simulation Verfahren zur Analyse von Unfallursachen - Definitionen, Erfassung und Bewertung von Datenquellen Untersuchungen über kraftstoffsparende Investitionsmaßnahmen im Straßenbau
Belastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik der angegurteten Fahrzeuginsassen beim Seitenaufprall.
Phase I: Kinematik und Belastungen im Vergleich Dummy/Leiche
Konstruktive Einflüsse auf das Fahrverhalten von Lastzügen
Studie über Energieeinsparungsgeräte zur Mitführung im Kraftfahrzeug (Bordlader)
Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug
- Hauptstudie Sprachausgaben im Kraftfahrzeug - Ein Handbuch für Anwender Auswertung von Forschungsberichten über:
Die Auswirkung der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung
Fußgängersicherheit - Ergebnisse eines Symposiums über konstruktive Maßnahmen am Auto Auswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung - Gesamtbericht Sprachliche Informationssysteme und Anwendungsmöglichkeiten im Kraftfahrzeug
- Ergebnisse eines Symposiums Abgasemissions- und Kraftstoffverbrauchsprognosen für den Pkw-Verkehr in der Bundesrepublik
Deutschland im Zeitraum von 1970 bis 2000 auf der Basis verschiedener Grenzwertsituationen
Bewertung von Personenverkehrssystemen - Systemanalytische Untersuchungen von Angebotsund Nachfrageelementen einschließlich ihrer Wechselwirkungen Nutzen/Kosten-Analyse für einen Pkw-Frontunterfahrschutz an Nutzfahrzeugen
Radlastschwankungen und dynamische Seitenkräfte bei zwillingsbereiften Achsen
Studie über die Wirtschaftlichkeit von Verbundwerkstoffen mit Aluminiummatrix im Nutzfahrzeugbau
Rechnerische Simulation des dynamischen Verhaltens von nicht stationär betriebenen Antrieben
und Antriebselementen
Simulationsmodell - Schwingungsprogramm zur Ermittlung der Beanspruchung von Antriebssträngen Verwendung von Kunststoff im Automobil und Wiederverwertungsmöglichkeiten
Entwicklung eines hochgenauen, normfähigen Verfahrens zur Wirkungsgradmessung an Antriebselementen
Erhebung und Auswertung von Straßenverkehrsunfalldaten in der Bundesrepublik Deutschland Ergebnisse eines VDA/FAT-Fachgesprächs
Untersuchungen zur subakuten und chronischen Wirkung von Ottomotorabgasen auf den Säugetierorganismus
Pilotzelle zur Steuerung von Batterien in Fahrzeugen mit Elektro- oder Elektro-Hybrid-Antrieb
Wirkungen von Automobilabgas und seiner Inhaltsstoffe auf Pflanzen - Literaturstudie Rekonstruktionen von fünf realen Seitenkollisions-Unfällen - Ergänzende Auswertung der KOB-Daten Luftqualität in Fahrgasträumen
Belastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik des angegurteten Pkw-Insassen beim Seitenaufprall
Phase II: Ansätze für Verletzungsprädiktionen
Erhebung und Analyse von Pkw-Fahrleistungsdaten mit Hilfe eines mobilen Datenerfassungssystems
- Methodische und meßtechnische Ansätze für eine Pilotstudie Technische Erfahrungen und Entwicklungsmöglichkeiten bei Sicherheitsgurten im Fond von Pkw
- Ergebnisse eines Symposiums Untersuchungen über Wirkungen von Automobilabgas auf pflanzliche Bioindikatoren
im Umfeld einer verkehrsreichen Straße in einem Waldschadensgebiet
Sicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienungselementen in Kraftfahrzeugen - Grundlagen Quantifizierung der Radlastdynamik bei Einfach-, Doppel- und Dreifachachsen in Abhängigkeit
vom Federungs- und Dämpfungssystem des Fahrzeugs
Seitenverkleidung am Lkw - Technische Analyse
Vorstudie für die Durchführung von Tracermessungen zur Bestimmung von Immissionskonzentrationen
durch Automobilabgase
Untersuchung fahrdynamischer Eigenschaften kurzgekuppelter Lastzüge bei Kursänderungen
Abschlußbericht der Pilotstudie zum Fahrleistungspanel „Autofahren in Deutschland"
Herstellung und Analyse charakteristischer Abgaskondensate von Verbrennungsmotoren
für die Untersuchung ihrer biologischen Wirkung bei nichtinhalativen Tests
Bewertung von Personenverkehrssystemen Teil II: Auswirkungen aus Angebots- und Nachfrageänderungen im Personenverkehr
vergriffen
DM 20,DM 30,vergriffen
DM 60,DM 50,DM 30,vergriffen
DM 50,DM 50,DM 50,DM 50,DM
60,-
DM
DM
DM
DM
DM
60,50,50-
50,30,-
vergriffen
DM 50,DM 50,DM 50,DM 50,DM 50,DM
DM
DM
DM
DM
DM
60,50,60,50,50,50,-
DM
DM
DM
DM
DM
50,60,60,75,75,-
DM
DM
DM
60,50,30,-
DM
DM
25-
DM
DM
DM
30,30,20,-
DM
30,-
DM
50,-
60,-
vergriffen
DM 30,DM 40,DM 50,DM 250,DM 275,vergriffen
DM I60,DM
50,-
DM
DM
DM
DM
DM
75,40,30,35,50,-
DM
95,-
DM
35,-
DM
60,-
95,vergriffen
DM
DM
DM
30,50,-
DM
DM
DM
30,85,85,-
DM
55,-
DM
65,-
Bisher in der FAT-Schriftenreihe erschienen:
Nr
Nr.
73
74
Nr.
Nr
75
76
Nr. 79
Nr 80
Nr 81
Nr
82
Nr
Nr
Nr.
83
84
85
Nr
Nr.
86
87
Nr
Nr
Nr.
Nr.
88
89
90
91
92
Nr
Nr
Nr.
Nr.
Nr.
Nr.
Nr.
Nr
93
94
95
96
97
98
99
100
Nr 101
Nl 102
Nr 103
Ni
Nr. 104
Nr.
Nr.
Nr.
Nr
Nr
Nr
Nr.
Nr.
Nr.
Nr.
Nr
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
Nr. 116
Untersuchung über das Emissionsverhalten der Leichtmüllfraktion aus Autoshredderanlagen
beim Verbrennen
Verletzungsfolgekosten nach Straßenverkehrsunfällen
Sicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienelementen in Kraftfahrzeugen
- Empirische Ergebnisse Retrospektive Untersuchung über die innere Sicherheit von Lkw-Fahrerhäusern
Aufbau und Labortest eines wartungsarmen, sich selbst überwachenden Batterieaggregates
für Straßenfahrzeuge mit Elektro- und Elektro-Hybrid-Antrieb - Vorbereitende Untersuchungen Belastungsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Pkw-Insassen beim 90°-Seitenaufprall Phase III: Vertiefende Analyse der überarbeiteten und zum Teil neu berechneten HeidelbergerSeitenaufprall-Daten
Ermittlung von ertragbaren Schnittkräften für die betriebsfeste Bemessung von Punktschweißverbindungen
im Automobilbau
Verhalten des EUROSID beim 90°-Seitenaufprall im Vergleich zu PMTO sowie US-SID, HYBRID II und APROD
Demontagefreundliche Gestaltung von Automobilien - Teil I
Grundlagenuntersuchung zum Einfluß der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeit
in Kraftfahrzeugen
Einsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von Nutzfahrzeugen - Zweiachsiges Fahrzeug Zwei Bände
Belastungen und Verhalten des EUROSID bei unterschiedlichen Prüfverfahren zum Seitenaufprall
Kosten einer kontinuierlichen Pkw-Fahrleistungserhebung
Auswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung
Seitenkräfte an Mehrfachachsen von Sattelanhängern bei Kurventahrt und durch Spurrinnen
Verfahren zur Umwandlung polymerer Mischabfälle aus der Autositz-Produktion in Polyole
Methoden zur Vorausberechnung der Faserorientierung beim Pressen von SMC mit geschnittenen Glasfasern
Teil I: Unverrippte Bauelemente
Teil II: Verrippte Bauelemente
Fahrzeugerprobung eines wartungsarmen Batterieaggregates
Grundsatzuntersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Durchsetzfügeverbindungen aus Stahl
Fahrverhalten von Lkw mit Zentralachsanhängern
Der Fahrer als adaptiver Regler
Einfluß realer Betriebsverhältnisse auf die Reproduzierbarkeit von Wirkungsgradbestimmungen an nicht
stationär betriebenen Getrieben
Mobilität - Automobil - Energiebedarf
Rationalisierungspotentiale im Straßenverkehr I
Abschlußbericht „Einsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von zweigliedrigen Lastzügen"
Vermessung des 50%-Hybrid III Dummy zur Ermittlung eines verbesserten Datensatzes für Crashsimulationen
Erfassung des Wissensstandes über Reifen-/Fahrbahngeräusche beim Nutzfahrzeug
Zusammenhang zwischen Wetterbedingungen und Verkehrsunfällen
Untersuchung von Unternehmensstrukturen und Bestimmung der technischen Leistungsfähigkeit moderner
Altautoverwerterbetriebe
Demontage und Verwertung von Kunststoffbauteilen aus Automobilen
Die elektromagnetische Umwelt des Kraftfahrzeugs
Einfluß der Zerspanung auf die Bauteilbetriebsfestigkeit unter Berücksichtigung des Hartdrehens
Vermessung von 5%-, 95%-Hybrid III und US-SID Dummies zur Ermittlung von Datensätzen für
Crashsimulationen
Antriebe für Elektrostraßenfahrzeuge
Einsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von dreigliedrigen Lastzügen
Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten von dünnen Blechen mit Sicken
Frontunterfahrschutz an Lkw
Bewertung der Aussagefähigkeit von Seitenaufprallversuchen mit Ganzfahrzeugen
Einfluß der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeit in Kraftfahrzeugen
Schädigungsmechanismen bei kreuzverzahnten Flanschverbindungen
Ermittlung ertragbarer Beanspruchungen am Schweißpunkt auf Basis der übertragenen Schnittgrößen
Bewertung epidemiologischer Untersuchungen über Dieselmotorabgas und Lungen- und Blasenkrebs
Gesamtwirtschaftliche Bewertung von Rationalisierungsmaßnahmen im Straßenverkehr
The Effects of Diesel Exhaust Emissions on Health
Untersuchungen zur inneren Sicherheit von Lkw-Fahrerhäusern
Ermittlung fertigungstechnischer und konstruktiver Einflüsse auf die ertragbaren Schnittkräfte
an Durchsetzfügeelementen
Energienutzungsgrade für elektrische Bordnetzversorgungseinheiten
vergriffen
DM 95vergriffen
DM 90,-
DM
UM
85,
90
verç inlfe
DM
50,
DM 110
DM
DM
85
45
DM
DM
40
30.
DM
DM
DM
DM
DM
85,
45,
65
65.
85
DM
DM
DM
DM
DM
DM
DM
60.
85,
75,
70.
25,
50.
50.
DM
DM
35.
50.
DM 170.
DM
95
DM
DM
DM
30,
60,
40.
DM 95,
DM 45,
DM 35,
DM 85.
DM 320,
DM 380,
DM
DM
DM
DM
25.
95,
30,
85,
DM
DM
90,
30

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