Kraftfahrzeugtechnik 2 (Automotive Engineering 2)
Elektrische Mobilität
Vorlesungsmitschrift
2020
Zusammenfassung + Prüfungsvorbereitung
,Inhaltsverzeichnis
1. Wissensfragen zu Bordnetz ............................................................................................................. 3
1.1. Welche elektrische Leistung können im 12 bzw. 48 V Bordnetz transferiert werden? .......... 3
1.2. Welche Fahrzeugfunktionen lassen sich nur mit dem 48 V bzw. dem Hochvoltbordnetz
umsetzen? ........................................................................................................................................... 3
1.3. Welche qualitative Aussage wird durch die Peukertgleichung abgebildet? ........................... 3
1.4. Wie heißt das gängige Ladeverfahren für Batterien mit Lithiumzellen und was ist die
Grundidee? .......................................................................................................................................... 4
1.5. Welche Funktionen erfüllt das Batterie-Management-System (BMS)? .................................. 4
2. Bordnetz und Batterie ..................................................................................................................... 5
2.1. Wie viel Energie wird nachgeladen? ....................................................................................... 5
2.2. Wie viel Kraftstoff wird dafür benötigt, wenn der Motorwirkungsgrad VM=0,25 und der
Generatorwirkungsgrad G=0,5 beträgt? Der Heizwert des Kraftstoffes beträgt HB=12 kWh/kg. ..... 5
2.3. Welche Kapazität K der vollgeladenen Batterie ist nutzbar, wenn der Entladestrom I=100A
beträgt? Die Peukertzahl beträgt n=1,2. ............................................................................................. 5
3. Ottomotor ....................................................................................................................................... 5
3.1. Wie wird der Zündzeitpunkt bei wachsender Motordrehzahl verschoben? .......................... 5
3.2. Wie hoch ist der Luftfaktor beim Ottomotor im Normalbetrieb P und wie hoch bei
maximaler Leistung ^P? ...................................................................................................................... 5
3.3. Nennen Sie zwei Betriebsfälle, bei denen der Ottomotor besonders viele unverbrannte
Kohlenwasserstoffe (CxHy) bildet......................................................................................................... 6
3.4. Durch welche technische Maßnahme arbeitet der Verbrennermotor im Parallelhybrid
häufiger im verbrauchsoptimalen Bereich bzw. in dessen Nähe? ...................................................... 6
4. Hybridfahrzeug ................................................................................................................................ 6
4.1. Wie wird das Antriebsschema (Struktur) exakt bezeichnet? .................................................. 6
4.2. Welche Betriebsweise/Fahrmodus ist bei Tank-to-Wheel Betrachtung am günstigsten? Wie
hoch ist dann der Wirkungsgrad? ....................................................................................................... 7
4.3. Welchen Betriebsanteil hat der Verbrennungsmotor, wenn der mittlere Wirkungsgrad über
einer Strecke = 0,6 betragen soll? .................................................................................................... 7
4.4. Skizzieren Sie die Antriebsstruktur eines Serienhybridantriebs.............................................. 8
5. Rekuperation beim Elektrofahrzeug ............................................................................................... 8
5.1. Bestimmen Sie die für den Antrieb eingesetzte Energie WA und die rekuperierte Energie WR.
8
5.2. Ermitteln Sie den Wirkungsgrad der E-Maschine, wenn der mechanische Wirkungsgrad des
Antriebstranges (Getriebe, Differential, Räder) TR=0,95 beträgt. Vereinfachende Annahmen: Roll-
und Luftwiderstand sind vernachlässigbar, die Wirkungsgrade konstant. ......................................... 8
5.3. Nennen Sie mindestens zwei Fälle/Bedingungen, bei denen ein bremsendes
batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) nicht rekuperieren kann............................................................ 9
6. Formelsammlung + Zusammenfassung für Klausur ...................................................................... 10
, 1. Wissensfragen zu Bordnetz
1.1. Welche elektrische Leistung können im 12 bzw. 48 V Bordnetz transferiert wer-
den?
▪ 12V Netz:
o Frontscheibenheizung (1,2 kW)
o Zuheizer (3 kW)
o gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis bei 250A • 12V = 3kW
▪ 48V Netz:
o Wank-Stabilisierung (7 kW)
o Startergenerator (Pel = 5 kW, Pel, max = 15 kW)
1.2. Welche Fahrzeugfunktionen lassen sich nur mit dem 48 V bzw. dem Hochvoltbord-
netz umsetzen?
▪ Verbrauchsminderung durch allg. stärkere Elektrifizierung
▪ Start-Stopp Betrieb (Einsparpotential 0,5l/100km bzw. 12 g CO2/km nach NEFZ)
▪ e-Turbolader
▪ Rekuperation
▪ Elektrisch unterstütztes & teilelektrisches Fahren („segeln“)
1.3. Welche qualitative Aussage wird durch die Peukertgleichung abgebildet?
K … tatsächlich nutzbare Kapazität
KN … Nennkapazität (Nach Angabe Herstelle/Norm)
𝐼𝑁 𝑛−1
𝐾 = 𝐼 ∗ 𝑡 = 𝐾𝑁 ( ) IN … Nennstrom
𝐼 tN … Nennentladedauer
n … Peukertzahl
→ ideale Batter: n=1
→ Blei-Säure Batterie: n=1,1…1,3
→ Li-Batterie: n=1,05
Je höher der Entladestrom, desto geringer ist die nutzbare Kapazität (Peukert-Effekt)
→ bei geringen Strömen erfolgen chemische Reaktion bis in die Tiefe von porösen
Elektroden
→ bei hohen Strömen nur oberflächlich
Elektrische Mobilität
Vorlesungsmitschrift
2020
Zusammenfassung + Prüfungsvorbereitung
,Inhaltsverzeichnis
1. Wissensfragen zu Bordnetz ............................................................................................................. 3
1.1. Welche elektrische Leistung können im 12 bzw. 48 V Bordnetz transferiert werden? .......... 3
1.2. Welche Fahrzeugfunktionen lassen sich nur mit dem 48 V bzw. dem Hochvoltbordnetz
umsetzen? ........................................................................................................................................... 3
1.3. Welche qualitative Aussage wird durch die Peukertgleichung abgebildet? ........................... 3
1.4. Wie heißt das gängige Ladeverfahren für Batterien mit Lithiumzellen und was ist die
Grundidee? .......................................................................................................................................... 4
1.5. Welche Funktionen erfüllt das Batterie-Management-System (BMS)? .................................. 4
2. Bordnetz und Batterie ..................................................................................................................... 5
2.1. Wie viel Energie wird nachgeladen? ....................................................................................... 5
2.2. Wie viel Kraftstoff wird dafür benötigt, wenn der Motorwirkungsgrad VM=0,25 und der
Generatorwirkungsgrad G=0,5 beträgt? Der Heizwert des Kraftstoffes beträgt HB=12 kWh/kg. ..... 5
2.3. Welche Kapazität K der vollgeladenen Batterie ist nutzbar, wenn der Entladestrom I=100A
beträgt? Die Peukertzahl beträgt n=1,2. ............................................................................................. 5
3. Ottomotor ....................................................................................................................................... 5
3.1. Wie wird der Zündzeitpunkt bei wachsender Motordrehzahl verschoben? .......................... 5
3.2. Wie hoch ist der Luftfaktor beim Ottomotor im Normalbetrieb P und wie hoch bei
maximaler Leistung ^P? ...................................................................................................................... 5
3.3. Nennen Sie zwei Betriebsfälle, bei denen der Ottomotor besonders viele unverbrannte
Kohlenwasserstoffe (CxHy) bildet......................................................................................................... 6
3.4. Durch welche technische Maßnahme arbeitet der Verbrennermotor im Parallelhybrid
häufiger im verbrauchsoptimalen Bereich bzw. in dessen Nähe? ...................................................... 6
4. Hybridfahrzeug ................................................................................................................................ 6
4.1. Wie wird das Antriebsschema (Struktur) exakt bezeichnet? .................................................. 6
4.2. Welche Betriebsweise/Fahrmodus ist bei Tank-to-Wheel Betrachtung am günstigsten? Wie
hoch ist dann der Wirkungsgrad? ....................................................................................................... 7
4.3. Welchen Betriebsanteil hat der Verbrennungsmotor, wenn der mittlere Wirkungsgrad über
einer Strecke = 0,6 betragen soll? .................................................................................................... 7
4.4. Skizzieren Sie die Antriebsstruktur eines Serienhybridantriebs.............................................. 8
5. Rekuperation beim Elektrofahrzeug ............................................................................................... 8
5.1. Bestimmen Sie die für den Antrieb eingesetzte Energie WA und die rekuperierte Energie WR.
8
5.2. Ermitteln Sie den Wirkungsgrad der E-Maschine, wenn der mechanische Wirkungsgrad des
Antriebstranges (Getriebe, Differential, Räder) TR=0,95 beträgt. Vereinfachende Annahmen: Roll-
und Luftwiderstand sind vernachlässigbar, die Wirkungsgrade konstant. ......................................... 8
5.3. Nennen Sie mindestens zwei Fälle/Bedingungen, bei denen ein bremsendes
batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) nicht rekuperieren kann............................................................ 9
6. Formelsammlung + Zusammenfassung für Klausur ...................................................................... 10
, 1. Wissensfragen zu Bordnetz
1.1. Welche elektrische Leistung können im 12 bzw. 48 V Bordnetz transferiert wer-
den?
▪ 12V Netz:
o Frontscheibenheizung (1,2 kW)
o Zuheizer (3 kW)
o gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis bei 250A • 12V = 3kW
▪ 48V Netz:
o Wank-Stabilisierung (7 kW)
o Startergenerator (Pel = 5 kW, Pel, max = 15 kW)
1.2. Welche Fahrzeugfunktionen lassen sich nur mit dem 48 V bzw. dem Hochvoltbord-
netz umsetzen?
▪ Verbrauchsminderung durch allg. stärkere Elektrifizierung
▪ Start-Stopp Betrieb (Einsparpotential 0,5l/100km bzw. 12 g CO2/km nach NEFZ)
▪ e-Turbolader
▪ Rekuperation
▪ Elektrisch unterstütztes & teilelektrisches Fahren („segeln“)
1.3. Welche qualitative Aussage wird durch die Peukertgleichung abgebildet?
K … tatsächlich nutzbare Kapazität
KN … Nennkapazität (Nach Angabe Herstelle/Norm)
𝐼𝑁 𝑛−1
𝐾 = 𝐼 ∗ 𝑡 = 𝐾𝑁 ( ) IN … Nennstrom
𝐼 tN … Nennentladedauer
n … Peukertzahl
→ ideale Batter: n=1
→ Blei-Säure Batterie: n=1,1…1,3
→ Li-Batterie: n=1,05
Je höher der Entladestrom, desto geringer ist die nutzbare Kapazität (Peukert-Effekt)
→ bei geringen Strömen erfolgen chemische Reaktion bis in die Tiefe von porösen
Elektroden
→ bei hohen Strömen nur oberflächlich
