Kinetischer Speicher für die Bordnetzstabilisierung

Geben und Nehmen

Dynastore BN: Kinetischer Speicher zur Bordnetzstabilisierung
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Die Verringerung von Kraftstoffverbrauch durch beispielsweise elektrische Lenkungen und die zunehmende Verwendung aktiver Fahrwerkskomponenten führen zu verstärktem Einsatz elektrisch angetriebener Komponenten im Fahrzeug. Dadurch und durch den Warmstart im Start-/Stoppbetrieb wird das Bordnetz stark belastet. Es kommt zu Spannungseinbrüchen. Bedarfsgesteuerte Generatoren lösen die Probleme nicht. Ein Geben und Nehmen kann das Bordnetz stabilisieren.

Eine Lösung zur Bordnetzstabilisierung stellt der von Compact Dynamics entwickelte Energiespeicher „Dynastore-BN“ dar. Das Prinzip des Gerätes beruht auf der Speicherung von Energie als Rotationsenergie. Es besteht aus einem Synchron-Reluktanz-Motor in Innenläuferbauweise, einer integrierten Leistungselektronik mit Motorregelung und der übergeordneten Spannungsregelung. Der Rotor des Elektromotors dient gleichzeitig als Energiespeicher, denn er ist eine träge Masse. Somit ist kein zusätzlicher Schwungkörper, wie bei herkömmlichen Schwungradspeichern, erforderlich. Der einfache Rotoraufbau aus hochfesten, dünnen Blechen ist aus elektromagnetischer Sicht ideal und weist ein gutmütiges Ausfallverhalten auf. Der außen liegende Stator mit Drehstromwicklung trägt zusätzlich als „Knautschzone“ zur Berstsicherheit des Systems bei. Bei einem Gewicht von etwa 1,7 kg (inklusive Elektronik) kann der luftgekühlte Motor bis zu 11,2 kJ nutzbare Energie speichern und eine Leistung von bis zu 3,2 kW abgeben. Damit wird eine große spezifische Leistung bei hoher Energiedichte und geringen Abmessungen erzielt. Der Durchmesser des Gerätes beträgt 120 mm und die Höhe nur 70 mm. Da es eine einfache elektrische Maschine ist und keine temperaturempfindlichen Bauteile enthält, kann es zuverlässig im Automotive-Temperaturbereich eingesetzt werden. Durch ausschließlich physikalische Vorgänge bei der Energiespeicherung gibt es keine Alterungseffekte, die zu einer Verringerung der Kapazität führen könnten. Zur Reduzierung der Verluste durch Luftreibung wird die elektrische Maschine teilevakuiert. Aufgrund des niedrigen Rotorgewichts von weniger als 500 g können verlustarme Spindellager mit kleinem Durchmesser eingesetzt werden. Zusammen mit einer wirkungsgradoptimierten Auslegung der elektrischen Maschine wird beim Laden und Entladen ein Wirkungsgrad von jeweils rund 90 % erzielt. Die durch Reibung verursachte „Selbstentladung“ liegt im Bereich von wenigen Watt. Um das im Start-/Stoppbetrieb geforderte niedrige Geräuschniveau zu erzielen, ist der Rotor feingewuchtet und weich gelagert.

Energie entnehmen und abgeben
Die Bordnetzspannung wird stabilisiert, indem die Steuerung des Speichers je nach Bedarf dem Rotor Energie entnimmt und ihn dabei abbremst oder im Gegenzug überschüssige Leistung an den Rotor abgibt und ihn damit beschleunigt. Nach Erkennen eines Spannungseinbruchs kann aufgrund der schnellen Regelung des Synchron-Reluktanz-Motors die Spannung in weniger als 1 ms stabilisiert werden, während es bei bedarfsgesteuerten Generatoren mehr als 100 ms dauern kann, bis sich der Generator an die veränderte Lastanforderung angepasst hat. Die Bordnetzspannung ist aufgrund der hohen Leistung auch bei Start-/Stoppbetrieb stabil. Zusätzlich zur Bordnetzstabilisierung kann das Gerät beim Bremsvorgang rekuperierte Energie als Kurzzeitenergiespeicher aufnehmen.
Ein Einsatz des Dynastore-BN hat die folgenden Vorteile:
  • Es können Großverbraucher wie eine elektrische Lenkung ohne Zweispannungsbordnetz oder Ultra-Caps mit DC/DC-Wandler gestützt werden
  • Eine weitere Elektrifizierung von Nebenaggregaten kann ohne Kapazitätserhöhung der Batterie durchgeführt werden
  • Die Zyklenbelastung der Batterie wird deutlich reduziert
  • Ein Start-/Stoppbetrieb wird effizient unterstützt
  • Eine Unterstützung beim Kaltstart ist möglich
  • Bremsenergie kann effizient rekuperiert werden
  • Aufgrund des großen Temperaturbereichs ist ein Einbau im Motorraum möglich, und es müssen keine aufwändigen Kühlmaßnahmen vorgesehen werden
  • Es sind keine speziellen Entsorgung- und Recyclingmaßnahmen erforderlich.
Compact Dynamics;
Telefon: 08151/9043-0;
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