Elektro- und Hybridfahrzeuge für den Straßenverkehr: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Fahrzeugkonzepte und Simulation ; mit 32 Tabellen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Renningen
Expert-Verl.
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 457 - 463 |
| Beschreibung: | XX, 473 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783816927341 |
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I GRUNDLAGEN
1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDGROESSEN UND EINHEITEN 7
2.1 BASISGROESSEN UND BASISEINHEITEN 7
2.2 WEITERE GRUNDGROESSEN 8
2.3 BEZEICHNUNGEN FUER VIELFACHE UND TEILE VON EINHEITEN 9
2.4 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 9
3 MECHANISCHE GRUNDLAGEN 13
3.1 EINFACHE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 13
3.2 AUSFUEHRUNGSFORMEN VON GETRIEBEN 15
3.2.1 BEGRIFFE UND ZUSAMMENHAENGE 15
3.2.2 STUFENLOSE GETRIEBE 16
3.2.3 DIFFERENZIALGETRIEBE 17
3.2.4 SPERRDIFFERENZIALGETRIEBE 19
3.2.5 PLANETENGETRIEBE 19
3.3 SCHALTGETRIEBE 22
3.3.1 AUTOMATISIERTE BETAETIGUNG DES SCHALTGETRIEBES 22
3.4 KUPPLUNG 23
3.4.1 DIE FUSSBETAETIGTE LOESBARE KUPPLUNG 23
3.5 REIBUNG UND KRAEFTE AUF DIE RAEDER 23
3.5.1 REIBUNG 23
3.5.1.1 HAFTREIBUNG 23
3.5.1.2 GLEITREIBUNG 24
I
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3.5.1.3 REIBUNGSKOEFFIZIENTEN 24
3.5.2 KRAEFTE AM RAD 25
3.5.2.1 DRUCKVERTEILUNG AM RAD 25
3.5.2.2 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN FUER EIN BELASTETES RAD 25
3.5.3 KAMMSCHER REIBUNGSKREIS 26
3.6 FAHRWIDERSTAENDE UND -KRAEFTE 27
3.6.1 ROLLWIDERSTAND 28
3.6.2 LUFTWIDERSTAND 28
3.6.3 STEIGUNGSWIDERSTAND 28
3.6.4 BESCHLEUNIGUNGSWIDERSTAND 29
3.6.5 KRAFT-. LEISTUNGS- UND ENERGIEBEDARF 29
3.7 FAHRZYKLEN 30
3.7.1 REDUKTION DER MAXIMAL ERFORDERLICHEN ANTRIEBSLEISTUNG 30
4 GRUNDLAGEN DER WAERMELEHRE, KREISPROZESSE 33
4.1 ZUSTANDSAENDERUNGEN IDEALER GASE 33
4.2 HAUPTSAETZE DER WAERMELEHRE 36
4.2.1 ERSTER HAUPTSATZ DER WAERMELEHRE 36
4.2.2 ZWEITER HAUPTSATZ DER WAERMELEHRE 37
4.2.3 HAUPTGLEICHUNGEN DER WAERMELEHRE 37
4.3 KREISPROZESSE 38
4.3.1 CARNOT-PROZESS 38
4.3.2 JOULE-PROZESS 40
4.3.3 GLEICHRAUM-PROZESS. IDEALER OTTO-PROZESS 41
4.3.4 GLEICHDRUCK-PROZESS. IDEALER DIESEL-PROZESS 43
4.3.5 WEITERE KREISPROZESSE 45
4.3.6 EXERGIE 45
5 GRUNDLAGEN DER ELEKTROTECHNIK 47
5.1 GRUNDLAGEN DES ELEKTRISCHEN FELDES 47
5.1.1 ELEKTRISCHE FELDSTAERKE. ELEKTRISCHE SPANNUNG 47
5.1.2 ELEKTRISCHE FLUSSDICHTE. ELEKTRISCHE LADUNG 49
5.1.3 ELEKTRISCHER STROM 51
5.1.4 KONDENSATOREN. KAPAZITAET 52
II
53
53
54
54
55
55
56
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58
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69
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71
72
73
74
76
77
80
80
82
84
85
III
5.1.4.1 PARALLELSCHALTUNG VON KONDENSATOREN ....
5.1.4.2 SERIENSCHALTUNG VON KONDENSATOREN
5.1.5 ELEKTRISCHER WIDERSTAND
5.1.6 OHMSCHES GESETZ
5.1.7 KIRCHHOFFSCHE GESETZE
5.1.7.1 ERSTES KIRCHHOFF-GESETZ
5.1.7.2 ZWEITES KIRCHHOFF-GESETZ
5.1.7.3 SERIENSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN
5.1.7.4 PARALLELSCHALTUNG VON WIDERSTAENDEN
5.1.8 ELEKTRISCHE LEISTUNGSDICHTE. ELEKTRISCHE LEISTUNG . . .
5.1.9 ELEKTRISCHE ENERGIEDICHTE. ELEKTRISCHE ENERGIE
GRUNDLAGEN DES MAGNETISCHEN FELDES
5.2.1 MAGNETISCHES FELD UND BEWEGTE LADUNGEN
5.2.2 MAGNETISCHES FELD UND STROMDURCHFLOSSENE LEITER . . .
5.2.3 MAGNETISCHE FLUSSDICHTE. MAGNETISCHER FLUSS
5.2.4 FARADAYSCHES INDUKTIONSGESETZ
5.2.5 SPULEN. INDUKTIVITAET
5.2.5.1 ZYLINDERFOERMIGE LUFTSPULE
5.2.5.2 TORUSFOERMIGE LUFTSPULE
5.2.5.3 INDUKTIVITAET EINER SPULE
5.2.5.4 SELBSTINDUKTION. LENZSCHE REGEL
5.2.5.5 SELBSTINDUKTIVITAET. GEGENINDUKTIVITAET . . . .
5.2.6 MAGNETISCHE ENERGIEDICHTE. MAGNETISCHE ENERGIE . . .
5.2.7 WIRKUNGEN DES MAGNETISCHEN FELDES
BERECHNUNG MAGNETISCHER KREISE
5.3.1 ANALOGIE ZUM ELEKTRISCHEN STROMKREIS
5.3.2 MAGNETISCHER KREIS MIT PERMANENTMAGNETEN
5.3.2.1 EINFLUSS DER TEMPERATUR
5.3.2.2 FELDSCHWAECHUNG, ENTMAGNETISIERUNG
HARMONISCHE WECHSELGROESSEN UND WECHSELSTROMKREISE
5.4.1 HARMONISCHE WECHSELGROESSEN
5.4.2 WIRK-, BLIND- UND SCHEINLEISTUNG
5.4.3 KIRCHHOFFSCHE GESETZE IM WECHSELSTROMKREIS
5.4.4 SCHALTUNGSELEMENTE IM WECHSELSTROMKREIS
5.4.4.1 OHMSCHER WIDERSTAND, OHMSCHER LEITWERT . 86
5.4.4.2 IDEALE SPULE, IDEALE INDUKTIVITAET 87
5.4.4.3 IDEALER KONDENSATOR, IDEALE KAPAZITAET .... 88
5.4.5 KOMPLEXE IMPEDANZ, KOMPLEXE ADMITTANZ 89
5.4.5.1 SERIENSCHALTUNG. PARALLELSCHALTUNG 91
5.4.5.2 SERIENSCHALTUNG VON WIDERSTAND UND SPU
LE. REALE SPULE 91
5.4.5.3 ORTSKURVEN VON STROM UND SPANNUNG .... 93
5.5 DREHSPANNUNGS-, DREHSTROM- ODER DREIPHASENSYSTEME 94
5.5.1 WIRK-, BLIND- UND SCHEINLEISTUNG IM DREIPHASENSYSTEM 97
5.6 KOMPLEXE RAUMZEIGER 98
5.6.1 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN ZEITZEIGERN UND RAUMZEIGERN . 101
II ANTRIEBE UND REGELUNG
6 THERMISCHE ANTRIEBSMASCHINEN 103
6.1 VERBRENNUNGSMOTOREN 104
6.1.1 KENNGROESSEN VON VERBRENNUNGSMOTOREN 104
6.1.1.1 DEFINITION VON MITTELDRUCKWERTEN IN DEN
ZYLINDERN 104
6.1.1.2 INDIZIERTE LEISTUNG 105
6.1.1.3 EFFEKTIVE LEISTUNG AN DER KURBELWELLE .... 106
6.1.1.4 KRAFTSTOFFVERBRAUCH 106
6.1.1.5 MUSCHELDIAGRAMME 108
6.1.2 GEMISCHBILDUNG 109
6.1.2.1 INNERE GEMISCHBILDUNG 109
6.1.2.2 AEUSSERE GEMISCHBILDUNG 109
6.2 HUBKOLBENMOTOREN 109
6.2.1 OTTO-MOTOREN 109
6.2.1.1 OTTO-VIERTAKTMOTOREN 110
6.2.1.2 REALER OTTO-PROZESS 111
6.2.1.3 OTTO-ZWEITAKTMOTOREN 112
6.2.2 DIESEL-MOTOREN 113
6.2.2.1 DIESEL-VIERTAKTMOTOREN 114
IV
6.2.2.2 REALER DIESEL-PROZESS 115
6.2.2.3 DIESEL-ZWEITAKTMOTOREN 116
6.2.3 GASMOTOREN 117
6.3 DREHKOLBENMOTOREN. WANKELMOTOREN 117
6.3.1 AUFBAU. WIRKUNGSWEISE 117
6.4 STIRLINGMOTOREN 119
6.4.1 AUFBAU. WIRKUNGSWEISE 119
6.4.2 STIRLING-PROZESS * 119
6.5 GASTURBINEN. GASTURBINENPROZESS 122
6.5.1 AUFBAU. WIRKUNGSWEISE 122
6.5.2 EINSATZ IM MOBILEN BEREICH 123
7 ELEKTRISCHE MASCHINEN 125
7.1 GRUNDBEGRIFFE 125
7.2 ERWAERMUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN 128
7.2.1 ERWAERMUNGSGLEICHUNG, THERMISCHE ZEITKONSTANTE . . . 128
7.2.2 ISOLIERSTOFFKLASSEN 129
7.2.3 INDEXLEBENSDAUER. MONTSINGERSCHE REGEL 130
7.3 BETRIEBSARTEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 131
7.3.1 GENORMTE BETRIEBSARTEN 131
7.3.2 VERLUSTVERHAELTNIS 132
7.4 KUEHLUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN 134
7.4.1 WAERMETRANSPORT 134
7.4.1.1 WAERMELEITUNG 134
7.4.1.2 WAERMEUEBERGANG. WAERMEDURCHGANG 135
7.4.1.3 WAERMESTRAHLUNG 137
7.4.2 WAERMEABFUHR 137
7.4.2.1 WAERMETAUSCHER 137
7.4.2.2 WAERMEROHRKUEHLUNG 138
7.4.2.3 SIEDEKUEHLUNG 139
7.4.3 KUEHLUNGSARTEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 140
7.5 BAUFORMEN UND SCHUTZARTEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 141
7.5.1 BAUFORMEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 141
7.5.2 SCHUTZARTEN ELEKTRISCHER MASCHINEN 142
V
7.6 TRANSFORMATOREN 143
7.6.1 EINPHASEN-TRANSFORMATOREN 143
7.6.1.1 SPANNUNGSGLEICHUNGEN. ERSATZSCHALTBILD . . . 144
7.6.1.2 UBERSETZUNGSVERHAELTNIS. MAGNETISIERUNGS
STROM 146
7.6.1.3 BESCHREIBUNG MIT KOMPLEXEN ZEITZEIGERN . . 147
7.6.1.4 VEREINFACHTES ERSATZSCHALTBILD 148
7.6.2 DREHSTROM-TRANSFORMATOREN . . 149
7.6.3 SCHALTGRUPPE VON TRANSFORMATOREN 150
7.7 GLEICHSTROMMASCHINEN 151
7.7.1 AUFBAU. WIRKUNGSWEISE 151
7.7.2 SPANNUNG. DREHMOMENT. LEISTUNG 155
7.7.2.1 INNERE SPANNUNG 156
7.7.2.2 INNERES DREHMOMENT 159
7.7.2.3 INNERE LEISTUNG 160
7.7.3 DREHZAHLSTELLUNG VON GLEICHSTROMMASCHINEN 160
7.7.3.1 ANWENDUNGEN IN ELEKTRO- UND KRAFTFAHR
ZEUGEN 161
7.8 DREHFELDMASCHINEN 163
7.8.1 DREHFELDWICKLUNG UND ERZEUGUNG EINES DREHFELDS . . . 163
7.8.2 ASYNCHRONMASCHINEN (ASM) 167
7.8.2.1 ENTWICKLUNG DES DREHMOMENTS 167
7.8.2.2 ROTORBAUFORMEN 169
7.8.2.3 LEISTUNGSBILANZ UND DREHMOMENT 170
7.8.2.4 ERSATZSCHALTBILD 173
7.8.2.5 ORTSKURVE DES STATORSTROMS. DREHMOMENT . 175
7.8.2.6 KENNLINIEN BEI STROMRICHTERSPEISUNG 180
7.8.3 SYNCHRONMASCHINEN (SM) 181
7.8.3.1 BAUARTEN. WIRKUNGSWEISE 181
7.8.3.2 VOLLPOL-SYNCHRONMASCHINE 184
7.8.3.3 SCHENKELPOL-SYNCHRONMASCHINE 188
7.8.3.4 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHI
NE (PSM.PMSM) 192
7.8.3.5 RELUKTANZMASCHINEN (RM.RSM) 197
7.8.3.6 SYNCHRONGENERATOR IM INSELBETRIEB 198
VI
7.8.3.7 KENNLINIEN BEI STROMRICHTERSPEISUNG 200
7.8.4 WEITERE TYPEN VON SYNCHRONMASCHINEN 201
7.8.4.1 GESCHALTETE RELUKTANZMASCHINE, SWITCHED
RELUCTANCE MACHINE (SRM) 201
7.8.4.2 MULTIPOL-SYNCHRONMASCHINEN 204
7.8.4.3 TRANSVERSALFLUSS-SYNCHRONMASCHINE (TF-SM) 206
7.8.5 SONDERBAUARTEN 211
7.8.5.1 MASCHINEN MIT ZAHNWICKLUNG 211
7.8.5.2 MASCHINEN MIT AUSSENROTOR 212
7.8.5.3 AXIALFLUSSMASCHINEN 213
7.8.5.4 RADNABENMASCHINEN 214
7.8.5.5 INTEGRIERTE STARTER-GENERATOR-SYSTEME (1SG) 214
8 GRUNDLAGEN DER LEISTUNGSELEKTRONIK 217
8.1 WICHTIGE HALBLEITER-BAUELEMENTE 218
8.1.1 DIODEN 218
8.1.2 THYRISTOREN 218
8.1.3 ABSCHALT- ODER GTO-THYRISTOREN 220
8.1.4 IGC-THYRISTOREN (IGCT) 221
8.1.5 BIPOLARE LEISTUNGSTRANSISTOREN 221
8.1.6 MOS-FELDEFFEKT-TRANSISTOREN (MOSFET) 222
8.1.7 IGB-TRANSISTOREN (IGBT) 222
8.2 WICHTIGE SCHALTUNGEN DER LEISTUNGSELEKTRONIK 222
8.2.1 MITTELPUNKT- UND BRUECKEN-SCHALTUNGEN 222
8.2.1.1 GLAETTUNG DES GLEICHSTROMS 224
8.2.1.2 KOMMUTIERUNG 224
8.2.2 BORDVERSORGUNG MIT KLAUENPOLGENERATOR 225
8.2.3 M3-SCHALTUNG MIT THYRISTOREN 226
8.3 GLEICHSTROMSTELLER. GLEICHSTROMWANDLER 228
8.3.1 EINQUADRANTENSTELLER 228
8.3.1.1 FAHRSCHALTUNG 228
8.3.1.2 NUTZBREMSSCHALTUNG 229
8.3.2 VIERQUADRANTENSTELLER 229
8.3.2.1 STEUERUNG VARIANTE 1 231
VII
8.3.2.2 STEUERUNG VARIANTE 2 231
8.3.2.3 VERGLEICH DER BEIDEN STEUERUNGEN 231
8.3.3 ABWAERTS- UND AUFWAERTS-GLEICHSPANNUNGSWANDLER . . . 233
8.3.3.1 ABWAERTSWANDLER 234
8.3.3.2 AUFWAERTSWANDLER 234
8.4 WECHSELRICHTER 237
8.4.1 WECHSELRICHTER MIT VOLLBLOCKSTEUERUNG 238
8.4.2 RAUMZEIGERDARSTELLUNG UND VOLLBLOCKSTEUERUNG .... 240
8.4.3 PULS WECHSELRICHTER 242
8.5 UMRICHTER 246
8.6 EINSATZ VON PULSSTROMRICHTERN IM MOBILEN BEREICH 248
8.6.1 FAHR- UND BREMSSCHALTUNGEN FUER DREHFELDMASCHINEN . 248
8.6.2 SERIENHYBRIDANTRIEB MIT PULSSTROMRICHTER 249
8.6.3 WIRKUNGSGRAD VON PULSSTROMRICHTER UND DREHFELD
MASCHINE 250
9 REGELUNG VON ELEKTRISCHEN ANTRIEBEN 253
9.1 DER EINFACHE REGELKREIS 253
9.2 GRUNDTYPEN VON REGLERN 254
9.2.1 P-GLIED 255
9.2.2 I-GLIED 255
9.2.3 D-GLIED 256
9.2.4 PI-GLIED 256
9.2.5 P D-GLIED 256
9.2.6 PID-GLIED 257
9.3 REALISIERUNG EINFACHER REGLER 257
9.3.1 OPERATIONSVERSTAERKER 257
9.3.2 IDEALER OPERATIONSVERSTAERKER 257
9.3.3 INVERTIERENDE SCHALTUNG 258
9.3.4 UMKEHR ADDIERER 259
9.3.5 P-REGLER 259
9.3.6 NICHTINVERTIERENDE SCHALTUNG 259
9.3.7 PI-REGLER 260
9.3.8 PID-REGLER 260
VIII
9.4 DREHZAHLREGELUNG VON GLEICHSTROMMASCHINEN 261
9.5 DREHZAHLREGELUNG VON DREHFELDMASCHINEN 262
9.5.1 VEKTORREGELUNG. FELDORIENTIERTE REGELUNG 262
9.5.2 KOORDINATENSYSTEME 262
9.5.3 DREHZAHLREGELUNG EINER ASYNCHRONMASCHINE 263
9.5.4 DREHZAHLREGELUNG EINER PERMANENTMAGNETERREGTEN
SYNCHRONMASCHINE 264
9.5.5 SENSORLOSE DREHZAHLREGELUNG VON DREHFELDMASCHINEN . 264
III ENERGIESPEICHER UND KRAFTSTOFFE
10 ELEKTROCHEMISCHE ENERGIESPEICHER 267
10.1 ALLGEMEINES 267
10.2 BEGRIFFE UND GRUNDLAGEN 268
10.2.1 FARADAYSCHE GESETZE 271
10.2.2 THEORETISCHE ENERGIEDICHTE 272
10.2.3 VOLTAISCHE SPANNUNGSREIHE 273
10.2.4 VOLTAZELLE. VOLTAELEMENT 273
10.3 BATTERIESYSTEME. ZELLSYSTEME 276
10.3.1 BLEI-SAEURE-BATTERIE (PB-SAEURE-AKKU) 276
10.3.2 NICKEL-BATTERIEN 278
10.3.2.1 NICKEL-KADMIUM-BATTERIE (NI-CD-AKKU) . . 278
10.3.2.2 NICKEL-EISEN-BATTERIE (NI-FE-AKKU) 280
10.3.2.3 NICKEL-METALLHYDRID-BATTERIE (NI-MH-AKKU) 281
10.3.3 LITHIUM-BATTERIESYSTEME 282
10.3.3.1 LITHIUM-IONEN-BATTERIE (LI-ION-ZELLE) .... 283
10.3.3.2 LITHIUM-POLYMER-BATTERIE (LI-PO-ZELLE) . . . 284
10.3.3.3 LITHIUMTITANAT-LITHIUMTITANOXID-BATTERIE . . 285
10.3.4 HOCHTEMPERATUR-BATTERIESYSTEME 286
10.3.4.1 NATRIUM-SCHWEFEL-BATTERIE (NA-S-ZELLE) . . . 286
10.3.4.2 NATRIUM-NICKELCHLORID-BATTERIE (NA-NICL2-
ZELLE) 288
10.3.5 ZINK-BROM-BATTERIESYSTEME (ZN-BR-ZELLE) 290
IX
10.3.6 REDOX-FLOW-BATTERIESYSTEME 292
10.3.6.1 VANADIUM-REDOX-FLOW-BATTERIE 293
10.3.7 VERGLEICH EINIGER BATTERIESYSTEME 294
10.4 BATTERIESYSTEME IM MOBILEN BEREICH 294
10.4.1 ANWENDUNGEN IN DER ELEKTROTRAKTION 294
10.4.2 HYBRIDANTRIEBE 296
10.4.3 BATTERIEANLAGEN UND NUTZUNG REGENERATIVER ENER
GIEQUELLEN 296
11 ENERGIESPEICHERUNG MIT KONDENSATOREN 299
11.1 BAUFORMEN VON KONDENSATOREN 299
11.1.1 PLATTENKONDENSATOR 299
11.1.2 ELEKTROLYT-KONDENSATOR 300
11.1.3 DOPPELSCHICHT-KONDENSATOR (DSK) 301
11.2 KONDENSATOR ALS ENERGIESPEICHER 303
11.2.1 LADEN EINES KONDENSATORS 303
11.2.2 ENERGIESPEICHERUNG 305
11.2.3 ENTLADEN EINES KONDENSATORS 305
11.2.4 LADEN UND ENTLADEN MIT KONSTANTEM STROM 306
11.2.5 ENERGIEUMSETZUNG, MAXIMALE LEISTUNGSABGABE 307
11.3 KONDENSATOREN IM MOBILEN BEREICH 308
11.3.1 VERWENDUNG IN FAHRZEUGEN 308
11.3.2 NETZSTABILISIERUNG VON NAHVERKEHRSSYSTEMEN 309
12 PNEUMATISCHE UND HYDROPNEUMATISCHE SPEICHER 311
12.1 DRUCK(GAS/LUFT)SPEICHER FUER DEN MOBILEN EINSATZ 311
12.1.1 DRUCKGASBEHAELTER 311
12.1.2 ENERGIE. EXERGIE. WIRKUNGSGRAD 312
12.1.2.1 ENERGIE. ENERGIEDICHTE 312
12.1.2.2 ISOCHORE ABKUEHLUNG 313
12.1.2.3 EXERGIEVERLUST 314
12.1.2.4 EXERGIEWIRKUNGSGRAD. SPEICHERWIRKUNGSGRAD 315
12.1.3 DRUCKLUFTAUTO 315
12.1.4 DRUCKLUFTSPEICHERSYSTEM MIT HYDRAULIK- UND PNEUMATIK-
KOMPONENTEN 316
X
12.2 HYDROPNEUMATISCHE SPEICHER 317
12.2.1 BAUFORMEN. WIRKUNGSWEISE 317
12.2.2 EINSATZMOEGLICHKEITEN 318
12.2.3 KENNLINIEN. KENNGROESSEN 319
13 SCHWUNGRADSPEICHER 323
13.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 323
13.1.1 BEANSPRUCHUNGEN IN EINEM ROTIERENDEN DUENNEN RING . 324
13.1.2 ENERGIEDICHTE EINES SCHWUNGRADSPEICHERS 325
13.2 SCHWUNGRADSPEICHER IM MOBILEN EINSATZ 326
13.2.1 GYROBUSSE 326
13.2.2 EINSATZ VON SCHWUNGRAEDERN IN DIESELELEKTRISCHEN FAHR
ZEUGEN 327
14 BRENNSTOFFZELLEN 329
14.1
H2/O2-
BRENNSTOFFZELLE 329
14.1.1 PEM
-H2
/C
2
-BRENNSTOFFZELLE 330
14.2 METHANOL-BRENNSTOFFZELLE 333
14.2.1 METHANOL-BRENNSTOFFZELLEN-SYSTEM 334
14.2.2 DIREKTE METHANOL-BRENNSTOFFZELLE (DMBZ.DMFC) . . 335
14.3 HYBRIDBETRIEB VON BRENNSTOFFZELLE UND BATTERIE 336
15 ENERGIETRAEGER UND KRAFTSTOFFE 339
15.1 ENERGIETRAEGER UND DEREN EINTEILUNG 339
15.2 ELEKTRISCHE ENERGIE 340
15.2.1 WASSERKRAFTWERKE 341
15.2.2 GEZEITENKRAFTWERKE 341
15.2.3 WINDKRAFTWERKE 342
15.2.4 SOLARKRAFTWERKE 343
15.2.5 BIOMASSEKRAFTWERKE 344
15.2.6 GEOTHERMALKRAFTWERKE 344
15.3 WASSERSTOFF ALS ENERGIETRAEGER 344
15.3.1 HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF 345
15.3.1.1 KLASSISCHE TECHNISCHE PROZESSE 346
XI
15.3.1.2 VERFAHREN AUF BASIS DER FOTOLYSE 346
15.3.1.3 ELEKTROLYSEVERFAHREN 347
15.3.1.4 WASSERSTOFF-ERZEUGUNG MIT SOLARENERGIE . . . 349
15.3.1.5 WASSERSTOFF AUS BIOMASSE 352
15.3.2 SPEICHERUNG VON WASSERSTOFF 353
15.3.2.1 DRUCKGASBEHAELTER 353
15.3.2.2 METALLHYDRID-SPEICHER 353
15.3.2.3 CARBAZOL ALS WASSERSTOFFSPEICHER 355
15.3.2.4 FULLEREN-SPEICHER 356
15.3.2.5 KOHLENSTOFF-NANOROEHREN (CARBON NANOTUBES) 357
15.3.2.6 KRYOGENE SPEICHERUNG 357
15.4 WEITERE GASFOERMIGE ENERGIETRAEGER 359
15.4.1 DRUCKLUFT ALS ENERGIETRAEGER 359
15.4.2 ERDGAS ALS KRAFTSTOFF 359
15.4.2.1 ERDGASSPEICHER FUER DEN MOBILEN EINSATZ .. . 361
15.4.2.2 MOBILE ADSORPTIONSSPEICHER 361
15.4.3 BIOGAS ALS KRAFTSTOFF 362
15.5 FLUESSIGE KRAFTSTOFFE 362
15.5.1 FLUESSIGGAS 362
15.5.1.1 VERWENDUNG UND SPEICHERUNG VON FLUESSIGGAS 362
15.5.2 PFLANZENOEL ALS ENERGIETRAEGER. BIODIESEL 364
15.5.2.1 HERSTELLUNG VON PFLANZENOEL UND BIODIESEL . . 364
15.5.2.2 LAGERUNG UND SPEICHERUNG VON PFLANZENOEL
UND BIODIESEL 365
15.5.3 METHANOL AUS BIOMASSE 366
15.5.3.1 HERSTELLUNGSVERFAHREN AUS BIOMASSE UND
BIOGAS 367
15.5.4 ETHANOL 367
15.5.4.1 E-10 KRAFTSTOFF 368
15.6 KRAFTSTOFFE AUS ALGEN 370
15.6.1 VORTEILE UND NACHTEILE BEI DER ERZEUGUNG 371
15.7 FLEXIBLE FUEL VEHICLES (FFV) 372
XII
IV ELEKTRO- UND HYBRIDFAHRZEUGE
16 ELEKTROSTRASSENFAHRZEUGE 373
16.1 EINTEILUNG. UEBERSICHT 373
16.2 GESICHTSPUNKTE FUER DAS ANTRIEBSSYSTEM 374
16.2.1 ANTRIEBSMASCHINEN FUER ELEKTROFAHRZEUGE 374
16.2.1.1 DREHFELDMASCHINEN 375
16.2.1.2 RADNABENMASCHINEN 376
16.2.2 ELEKTRONIK UND SENSORIK 377
16.2.2.1 LEISTUNGSELEKTRONIK 377
16.2.2.2 BORDLADEGERAETE 378
16.2.2.3 SENSORIK 379
16.2.3 RANGE-EXTENDER 379
16.3 GESICHTSPUNKTE ZUR AUSSTATTUNG UND AUSFUEHRUNG 380
16.3.1 FAHRZEUGHEIZUNG 380
16.3.1.1 STANDHEIZUNG 382
16.3.2 LEICHTBAUWEISE BEI ELEKTROFAHRZEUGEN 383
16.3.2.1 BLUE-MOTION-TECHNOLOGIE 383
16.4 ENERGIESPEICHER UND BRENNSTOFFZELLEN IN ELEKTROFAHRZEUGEN . . 384
16.4.1 BATTERIESYSTEME 384
16.4.1.1 BATTERIEAUSWAHL 384
16.4.2 SPEICHERKONDENSATOREN 385
16.4.2.1 LITHIUM-IONEN-KONDENSATOREN 385
16.4.3 SCHWUNGRADSPEICHER 386
16.4.4 EINSATZ VON BRENNSTOFFZELLEN 387
16.5 STROMTANKSTELLEN 387
16.5.1 STROMTANKSTELLEN ALS NETZSTUETZPUNKTE 388
16.5.1.1 INDUKTIVE NETZANBINDUNG 389
16.5.1.2 SPANNUNGSSYSTEME 389
16.5.2 SOLARTANKSTELLEN 389
16.6 ZWEIRAEDRIGE ELEKTROFAHRZEUGE 391
16.6.1 ELEKTRO-FAHRRAEDER 391
16.6.2 PEDELECS 392
16.6.3 ELEKTRO-MOTORROLLER. ELEKTRO-SCOOTER 392
XIII
16.6.4 ELEKTRO-MOTORRAEDER 393
16.6.5 SEGWAY PERSONENTRANSPORTER 394
16.6.5.1 BESONDERHEITEN BEIM SEGWAY 395
16.6.5.2 INVERSES PENDEL 396
16.7 MEHRSPURIGE ELEKTROFAHRZEUGE 398
16.7.1 ELEKTROAUTOS, ELEKTROMOBILE 398
16.7.2 ELEKTROBUSSE 398
16.7.2.1 ELEKTROBUSSE MIT BORDBATTERIEN 399
16.7.2.2 ELEKTROBUSSE MIT BATTERIEANHAENGER 401
16.7.2.3 ELEKTROBUSSE MIT BRENNSTOFFZELLEN 401
16.7.2.4 OBERLEITUNGSBUSSE 402
16.7.2.5 DUO-BUSSE 404
16.7.2.6 GYROBUSSE 404
16.7.3 ELEKTROTRANSPORTER 406
16.7.4 ELEKTRO-SONDERFAHRZEUGE 407
16.7.4.1 ELEKTRO-QUADS 407
17 HYBRIDANTRIEBE, HYBRIDFAHRZEUGE 409
17.1 GRUNDBEGRIFFE, EINTEILUNG. UEBERSICHT 409
17.1.1 EINTEILUNG HINSICHTLICH DER ANORDNUNG BZW. TOPOLOGIE 409
17.1.2 EINTEILUNG HINSICHTLICH DER LEISTUNGSAUFTEILUNG 410
17.2 SERIELLE HYBRIDANTRIEBE 412
17.2.1 KLASSISCHER SERIELLER HYBRIDANTRIEB 414
17.2.2 SERIELLER HYBRIDANTRIEB MIT BATTERIE ODER/UND SPEI
CHERKONDENSATOREN 414
17.2.3 SERIELLER HYBRIDANTRIEB MIT GASTURBINE 416
17.2.4 DIESELELEKTRISCHE BUSSE MIT SCHWUNGRADSPEICHER .... 416
17.3 PARALLELE HYBRIDANTRIEBE 418
17.3.1 ZUSAMMENWIRKEN VON VERBRENNUNGSMOTOR UND ELEK
TROMOTOR 421
17.4 LEISTUNGSVERZWEIGTE HYBRIDANTRIEBE 422
17.4.1 TWO-MODE-HYBRIDSYSTEME 424
17.5 WEITERE HYBRIDANTRIEBSSYSTEME 425
17.5.1 START-STOPP-SYSTEME 425
17.5.2 MICRO-HYBRID-SYSTEME 426
XIV
17.5.3 PLUG-IN-HVBRID-SYSTEME 426
17.6 WEITERE HYBRIDFAHRZEUGKONZEPTE 427
17.6.1 HYBRID-FAHRRAEDER. HYBRID-MOFAS. HYBRID-MOPEDS . . . 427
17.6.2 HYBRID-SCOOTER. HYBRID-ROLLER 427
17.6.3 HYBRID-MOTORRAEDER 428
17.6.4 HYBRIDAUTOS 428
17.6.5 HYBRIDBUSSE UND NUTZ-HYBRIDFAHRZEUGE 428
17.6.6 HYBRID-SONDERFAHRZEUGE 428
18 MODELLBILDUNG UND SIMULATION 429
18.1 ZIELE DER MODELLBILDUNG 429
18.2 MODELLE UND SIMULATIONEN WICHTIGER KOMPONENTEN 430
18.2.1 VERWENDETE GRAFISCHE SYMBOLE 430
18.2.2 MODELLE FUER BATTERIEN 430
18.2.2.1 SHEPHERD-BATTERIEMODELL 431
18.2.3 MODELLBILDUNG VON BRENNSTOFFZELLEN 433
18.2.4 VERGLEICH ZWISCHEN BATTERIE- UND BRENNSTOFFZELLEN-
MODELL 434
18.2.5 MODELLBILDUNG VON SPEICHERKONDENSATOREN 435
18.2.6 MODELLE VON LEISTUNGSELEKTRONISCHEN BAUGRUPPEN . . . 436
18.2.6.1 GLEICHRICHTER MIT MOTOR ALS LAST 436
18.3 MODELLBILDUNG ELEKTRISCHER MASCHINEN 438
18.3.1 MODELLBILDUNG VON GLEICHSTROMMASCHINEN 439
18.3.2 MODELLBILDUNG VON DREHFELDMASCHINEN 440
18.3.3 BEZOGENE PHYSIKALISCHE GROESSEN 440
18.4 MODELLBILDUNG VON VERBRENNUNGSMOTOREN 443
18.4.1 KENNGROESSEN VON VERBRENNUNGSMOTOREN 443
18.4.1.1 HUBVOLUMEN UND VERDICHTUNG 443
18.4.1.2 LEISTUNG UND EFFEKTIVER MITTELDRUCK 444
18.4.1.3 WIRKUNGSGRAD UND KRAFTSTOFFVERBRAUCH . . . 444
18.4.2 SIMULATION DES VERBRENNUNGSMOTORS 445
18.4.2.1 SIMULATION MIT DEM MUSCHELDIAGRAMM . . . 445
18.4.2.2 SIMULATION MIT HILFE DER WILLANSLINIEN .... 447
18.5 FAHRWIDERSTAENDE. FAHRSTRECKE 448
XV
18.5.1 FAHRWIDERSTAENDE 448
18.5.2 STRECKENPROFIL. FAHRSTRECKE 449
18.6 FAHRZEUGMODELLE 449
18.6.1 EINFACHES ELEKTROFAHRZEUGMODELL 450
18.6.2 EINFACHES HYBRIDFAHRZEUGMODELL 450
18.7 ENERGIEMANAGEMENT 450
18.7.1 BREMSBETRIEB 452
18.7.2 FAHRBETRIEB 453
18.7.3 KENNLINIENFELDER UND LADEZUSTAND 454
18.8 AUSGEWAEHLTE SIMULATIONSMODELLE 454
18.8.1 MODELL MIT VORGEGEBENER ANTRIEBSKRAFT 454
18.8.2 MODELL MIT VORGEGEBENER FAHRGESCHWINDIGKEIT 455
LITERATURVERZEICHNIS 457
STICHWORTVERZEICHNIS 465
XVI
|
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Inhaltsverzeichnis
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |