Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Aktualisiert: 2023-06-22
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Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Schlüsselwort: electric vehicle
Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Aktualisiert: 2023-06-22
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Modellprädiktive Regelung eines innovativen Thermomanagement-Systems für batterieelektrische Fahrzeuge
Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung der Fahrzeuge fällt mit steigender Effizienz die zur Verfügung stehende Abwärme des Antriebsstrangs zur Deckung des Wärmebedarfs des Innenraums. Um der dadurch reduzierten elektrischen Reichweite entgegenzuwirken, befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung eines ganzheitlichen energieeffizienten Thermomanagement-Systems auf Basis einer umkehrbaren Wärmepumpe, welches mit einer nichtlinearen modellprädiktiven Regelung geregelt wird. In the course of the electrification of drive systems less waste heat is generated to cover the heat demand of the passenger cabin, which results in a significantly reduced electric range in cold seasons or climate regions. This work deals with the development of a holistic energy-efficient thermal management system to avoid a range drop due to thermal conditioning and uses nonlinear model predictive control approach to exploit the full potential of the system.
Aktualisiert: 2022-08-11
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Optimierung leistungselektronischer Wandler in Fahrzeugantriebssträngen basierend auf Siliziumkarbidleistungshalbleitern
Zur Optimierung der Leistungsdichte und Effizienz unterschiedlicher leistungselektronischer Wandler, die in Antriebssträngen von Elektrofahrzeugen Verwendung finden, werden unterschiedliche technische, strukturelle und methodische Ansätze entwickelt, theoretisch analysiert und im Rahmen von prototypischen Aufbauten praktisch erprobt. Zu den verfolgten Ansätzen gehören der Einsatz von Siliziumkarbidleistungshalbleitern, eine besonders kompakte Anordnung zur Laststrommessung, Schaltungstopologien mit versetzt schaltenden Halbleitern (Interleaving) sowie intelligente Treiberstufenkonzepte. Weiterhin werden Vorschläge für Struktur und Spannungslage zukünftiger Bordnetze, hochintegrierte Hochvolt-Systeme, eine flexible Verlustleistungsberechnungsmethode sowie Optimierungsansätze für die Vermessung schnell schaltender Leistungshalbleiter dargelegt. Erprobt werden alle Ansätze in einem bidirektionalen Gleichstromsteller (100 kW), einem kompakten Onboard-Ladegerät (22 kW) und einem leistungsfähigen Antriebswechselrichter (250 kW).
Aktualisiert: 2023-01-01
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Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien zur Lebensdauerprädiktion unter besonderer Berücksichtigung des Anodenüberhangeffekts
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Modellierung von relevanten Degradationsmechanismen in konventionellen Zellsystemen mit Graphit/NMC Elektroden und LiPF6-haltigem Elektrolyten. Potentiale vor allem bezüglich der Parametrierung physikalisch-chemischer Modelle sowie digitaler Simulationsstudien zur Optimierung der Lebensdauer werden aufgezeigt und effizient genutzt. Es werden überwiegend modellbasierte und nicht-invasive Analysemethoden entwickelt und angewandt. The focus of this work is on the modelling of the degradation behaviour of conventional lithium-ion cells with graphite/NMC electrodes in conjunction with electrolytes based on LiPF6 in organic solvents. The potential for improvements of parameterization methods dealing with physical-chemical aging effects and simulation studies for optimization of the battery lifetime is shown. In the process of model parameterization mostly data-based as well as non-invasive analysis methods are used.
Aktualisiert: 2022-03-03
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Planung einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge unter Beachtung der Restriktionen des elektrischen Versorgungsnetzes
Die Elektromobilität ist ein entscheidender Baustein zur Verminderung der CO2-Emissionen im Straßenverkehr. Für eine erfolgreiche Etablierung der Elektromobilität ist eine flächendeckende Ladeinfrastruktur unabdingbar. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Ladeinfrastrukturplanung für Elektrofahrzeuge unter Beachtung der Restriktionen des elektrischen Versorgungsnetzes. Um das Entscheidungsproblem klar einzugrenzen und zu definieren, werden zunächst die Einflussfaktoren herausgearbeitet, die ökonomische, politisch-rechtliche, verkehrstechnische und energietechnische Aspekte umfassen. Ausgangspunkt für die Modellentwicklung ist das Flow-Refueling Location Model (RFLM). Basierend darauf, wird das Entscheidungsmodell entwickelt, welches den stufenweisen Ausbau des elektrischen Versorgungsnetzes, eine mehrperiodige Betrachtung, eine Dynamisierung der Nachfrage sowie eine ökonomische Betrachtung in Form einer Kapitalwertberechnung umfasst. Die Praktikabilität des entwickelten Entscheidungsmodells wird durch eine Fallstudie nachgewiesen, die mit realen Daten von KBA und die NPE bzw. NPM aufgebaut wird. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf interessante zukünftige Forschungsfelder.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Mehrphasige elektrische Antriebssysteme mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen in automobiler Anwendung
In der vorliegenden Arbeit wird die Strangzahl in elektrischen Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen im Hinblick auf eine automobile Anwendung systematisch untersucht. Aufbauend auf einem Untersuchungsansatz werden Auslegungsvarianten verschiedener Strangzahlen gegenübergestellt und hinsichtlich Eigenschafts- und Parameterunterschieden analysiert. Systemische Vorteile bei einer Erhöhung der Strangzahl, beispielsweise mit Bezug auf eine Kapazitätsreduktion des Zwischenkreiskondensators durch PWM-Interleaving, werden aufgezeigt und anhand definierter Kriterien bewertet. Ebenso wird auf Besonderheiten und Herausforderungen, wie z. B. erhöhte taktungsbedingte Stromoberschwingungen im Betrieb mehrphasiger elektrischer Antriebssysteme, eingegangen. Im Anschluss an die Analysen wird eine mehrsträngige Versuchsmaschine ausgelegt, aufgebaut und am Antriebsprüfstand betrieben. Ausgewählte Untersuchungsergebnisse werden anhand von Messungen validiert.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Extraktion zersetzungsempfindlicher Substanzen am Beispiel der Extraktion von Lithium-hexafluorophosphat aus Lithium-Ionen-Batterien
Die Extraktion von zersetzungsempfindlichen Verbindungen ist eine Aufgabenstellung, die in verschiedenen Bereichen der Verfahrenstechnik im Rahmen von Downstreaming-Prozessen zu bearbeiten ist. In dieser Dissertation wird sie anhand der Extraktion des Leitsalzes Lithiumhexafluorophosphat aus Lithium-Ionen-Batterien mit organischen Lösungsmitteln betrachtet. Es wurden einstufige und mehrstufige Kreusztrom-Extraktionen mit einem Rührkessel zur Optimierung der Prozessparameter durchgeführt. Der Rückstand an Fluorid im Raffinat war nach der Extraktion mit Dimethylcarbonat jedoch nicht aus¬reichend reduziert. Zur Entfernung der Fluoridbestandteile wurde Wasser als Extraktionsmittel eingesetzt, um die Leitsalzrückstände gezielt zu zersetzen und die Fluoride zu extrahieren. Die Entfernung des Leitsalzes und die Reduzierung des verbleibenden Fluorids im Feststoff wurden durch die hintereinandergeschaltete Kombination der Extraktion mit beiden Lösungsmitteln erreicht. Der Einfluss der Temperatur wurde durch angepasste Modelle beschrieben und in Hinblick auf die Zersetzung analysiert. Hierdurch wurde die technische Durchführbarkeit des Konzeptes gezeigt und eine verfahrens¬technische Beschreibung ermöglicht.
Aktualisiert: 2023-03-30
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Berechnung der Stromverdrängung in Mehrleiteranordnungen in der Umgebung von bewegten ferromagnetischen Körpern durch Verknüpfung von Finite Elemente Methode und Teilleitermethode
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Lösungsansatz entwickelt, der es ermöglicht, bewegte ferromagnetische Körper in direkten Lösungsverfahren gemäß der PEEC Formulierung einzubinden. Zur Berechnung der Induktivitäten wird dabei die zweidimensionale Lösung der magnetostatischen Poissongleichung mittels geeigneter Green'scher Funktion verwendet und hinsichtlich ihrer numerischen Stabilität und ihrer Eignung zur Berechnung von Stromverdrängungsverlusten mit der quasistationären FEM verglichen. In einem nächsten Schritt wird die PEEC Formulierung um die Berücksichtigung ferromagnetischer Materialien erweitert. Dazu wird der unter Verwendung einer statischen FEM Rechnung bestimmte Magnetisierungszustand des ferromagnetischen Körpers in eine PEEC-kompatible Darstellung konvertiert. Weiter wird die Nutzung von Systemsymmetrien zur Vereinfachung der Berechnung erörtert und es wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, das dabei mögliche Auftreten von Singularitäten zu verhindern. Ferner wird erarbeitet, wie auch bewegte Körper durch geeignete Transformation berücksichtigt werden können.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Lithium-ion battery cells and systems under dynamic electric loads
Aktualisiert: 2023-01-25
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Energiemanagement-Strategien für batterieelektrische Fahrzeuge
Das Energiemanagement batterieelektrischer Fahrzeuge ist entscheidend, um das Potential der Batterie bestmöglich auszunutzen. In dieser Arbeit werden daher die Anforderungen an das Energiemanagement herausgearbeitet und mathematisch als Optimierungsproblem beschrieben. Es werden Strategien vorgestellt, wie im Entwicklungsprozess mittels Dynamischer Programmierung und im Fahrbetrieb basierend auf dem Maximumprinzip alle wesentlichen Einflüsse berücksichtigt werden können. The energy management of battery electric vehicle is important for maximum utilisation of the battery. This book elaborates the requirements of the energy management and defines them as mathematical optimization problem. Strategies for the development process based on dynamic programming and for driving operation based on Pontryagin’s maximum principle are presented to consider all significant influences.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Electric High Speed
Als Erfinder des Automobils wird MERCEDES-BENZ sicher eine der Schlüsselmarken sein, mit der ein gesamtgesellschaftlicher Paradigmenwechsel vom heutigen »Auto« zur »intelligenten individuellen Mobilität« von morgen gelingt. Zudem hat man im Designstudio erkannt, dass der Nachwuchs unsere Zukunft ist. Aus diesem Grund hat Prof. Dr. h.c. Gorden Wagener das MERCEDES-BENZ Design Projekt »Electric High Speed« an der HOCHSCHULE MÜNCHEN ausgelobt um zu zeigen, wie Ästhetik und funktionale Effizienz sich perfekt in einem futuristischen Rekordwagen vereinen lassen.
Die Herleitung, wie das Erscheinungsbild historischer Wettbewerbsfahrzeuge sich seit der Erfindung des Automobils bis zu den legendären Silberpfeilen der 1930er Jahre grundlegend verändert hat, und die fortlaufenden Pionierleistungen von MERCEDES-BENZ bildeten die Grundlage und waren Inspiration für die jungen Automobildesigner in diesem Designprojekt. Mit spektakulären Entwürfen und Modellen brachten die Transportation Design Studierenden unter der Leitung von Prof. Dr. Othmar Wickenheiser ihr Kreativpotential virtuos zum Ausdruck. Dieser Enthusiasmus wird in diesem Buch mit beeindruckenden Bildern eingefangen. Lehrreich, aber kein Lehrbuch, mit Insider- und Fachwissen zum Automobildesign emotional aufgeladen und ausdrucksstarken Abbildungen zum Designprozess illustriert sowie mitreißenden Automobildesignstudien zeigt dieses Buch Weltrekord-Höchstgeschwindigkeitsfahrzeuge mit alternativen Antrieben. Dieser Band ist ein Muss für Fans der Ästhetik legendärer Rennwagen, Freunde der Marke MERCEDES-BENZ und des Designs und allen, die dem Traumberuf des Automobildesigners ein Stück näher kommen möchten.
Aktualisiert: 2022-12-27
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Technisch-wirtschaftliche Bewertung des Einsatzes von batterieelektrischen Nutzfahrzeugen in der Distribution von Konsumgütern
There are rapidly changing demands on the distribution of consumer goods in international trade. These changes are driven by increasing globalization of trade, decreasing product life cycles, urbanization and new technologies. Other trends affecting the distribution chain include the increasing role of e-commerce; an increasing consumer demand for shorter delivery times, flexibility and high quality of goods and services; and the growing awareness of environmental issues among customers. These changes have created a dynamic and complex market environment for companies in the distribution of consumer goods. This PhD thesis describes the development and evaluation of a model to assess the impact of electric vehicle usage on the distribution chain, addressing both technical and economical aspects. The model is then applied to six general cases in three scenarios (years 2015, 2030 I and 2030 II). These case examples are derived from a range of industries, including food, fashion and CEP distribution, and in particular from nine specific companies that were surveyed. Conventional diesel powered vehicles were used as the reference standard for determining the benefits of electric vehicle use. We found that the following factors determine the technical and economic benefits of electric vehicles: payload, acquisition cost for the vehicle, and the importance of environmental sustainability in the value system of the vehicle operating company. This thesis is targeted at economists and managers of companies with large distribution networks who wish to assess the technical and economic implications of using electric vehicles in their distribution networks.
Aktualisiert: 2022-09-30
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Untersuchung von Spulensystemen zur induktiven Energieübertragung von Elektrofahrzeugen. Vergleich von Topologien und Entwicklung einer Auslegungsmethodik
Die induktive Ladetechnik erleichtert den Ladevorgang für den Nutzer und leistet so einen wesentlichen Beitrag zur Akzeptanzsteigerung von Elektroautos. Um den komplexen Anforderungen eines marktreifen Energieübertragungssystems gerecht zu werden, ist eine Vielzahl von geometrischen Freiheitsgraden zu beachten. So wird zunächst eine geeignete Spulengeometrie für den jeweiligen Anwendungsfall ausgewählt. Anschließend kann die Topologie durch eine Auslegungsmethodik optimal dimensioniert werden. Wireless inductive charging improves user acceptance of electric vehicles, as it allows for a comfortable charging process. A mature inductive power transfer solution has to fulfill various requirements. In order to meet the various demands, at first, an appropriate structure of the magnetic coupler system has to be selected according to the specific case of application Afterwards, a comprehensive design methodology allows a fast and efficient dimensioning of the particular coil topology.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Ansätze zur akustischen Optimierung von Reifen und Fahrbahnen für Elektrofahrzeuge unter Antriebsmoment
Diese Arbeit untersucht systematisch die Entstehungsmechanismen der Reifen-Fahrbahn-Geräusche unter Umfangskraft. Neben der gezielten Beeinflussung des abgestrahlten Geräuschs unter Umfangskraft mit Hilfe von geneigten Rillenflanken der Profilklötze wird auch der Einfluss der Umfangssteifigkeit auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch untersucht. Lösungsansätze zur Verminderung des Reifengeräusches unter Antriebsmoment werden vorgestellt. This work systematically describes the mechanisms of tyre/road noise atdriving and braking torque based on measurements with different tyres. The studies on the influence of circumferential force on tyre/road noise can be divided into two different tire tread designs. One sub-chapter reports about a selective influence of force induced tyre/road noise using inclined groove edges. The influence of the circumferential stiffness of the tread blocks on the tyre/road noise is discussed afterwards.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Design Space Exploration zur multikriteriellen Optimierung elektrischer Sportwagenantriebsstränge: Variation von Topologie und Komponenteneigenschaften zur Steigerung von Fahrleistungen und Tank-to-Wheel Wirkungsgrad
Es wird der Einfluss der Antriebsstrangtopologie auf Energieverbrauch und Fahrleistungen eines elektrischen Sportwagens untersucht. Einfluss von Antriebstopologie und Komponenteneigenschaften wird simultan untersucht, um ein Systemoptimum anstelle eines Komponentenoptimums zu finden. Es wird das Konzept der Design Space Exploration eingesetzt. Der Designraum wird für mehrere Fahrzeuge und Bewertungszyklen untersucht, um Wechselwirkungen zw. Topologie und Komponenteneigenschaften zu analysieren.
The link between drivetrain topology and energy consumption for all electric sports cars is analyzed. The drivetrain topology is varied along with the characteristics of the used components to find a system optimum instead of a component optimum. Design Space Exploration is used to explore the interactions between drivetrain topologies and component characteristics for different sports cars and driving cycles. Finally, design rules for efficient and high-performing drivetrains were derived.
Aktualisiert: 2021-02-11
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