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Forum: Fahrzeugelektronik Leistungsfluss im Toyota Hybridantrieb


Autor: Jochen (Gast)
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Hallo, der Toyota Hybridantrieb besteht aus Verbrennungsmotor, zwei 
Elektromotoren/Generatoren und einem Planetengetriebe.
Die beiden Elektromotoren sind über eine Leistungselektronik gekoppelt, 
zusätzlich hängt auch der Akku dran.

Wenn man jetzt mit konstanter Geschwindigkeit fährt (zB 100km/h) und der 
Akku weder ge- noch entladen wird, wieviel Prozent der Leistung, die vom 
Benzinmotor an die Räder abgegeben wird läuft über das mechanische 
Planetengetriebe und wieviel Prozent wird elektrisch über die 
Elektromotoren übertragen? Ich vermute mal, dass die Übertragung über 
die Elektromotoren weniger effizient ist als ein mechanisches Getriebe.

Können die Elektromotoren/Generatoren die Übersetzung von Benzinmotor zu 
Rädern steuern, ohne nennenswert Leistung übertragen zu müssen?

Anders gefragt:
Ergibt sich ein prinzipieller Vorteil in der Effizienz durch das 
Planetengetriebe oder könnte man auch einfach die Leistung komplett über 
den elektrischen Pfad leiten, also Benzinmotor und Generator fest 
verbinden und mechanisch komplett von den Rädern trennen?

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

das Planetengetriebe verkoppelt mechanisch die drei rotierenden 
Aggregate, Verbrennungsmotor, Elektromotor/Generator und Abtrieb zu den 
Rädern. Je nachdem, welches der beteiligten Aggregate schneller oder 
langsamer zu drehen versucht, nimmt es Leistung auf oder gibt Leistung 
ab. Das Planetengetriebe stellt somit einen mechanischen 
Leistungsverteiler dar. Es läuft immer , zumindest in Teilen mit. Z.B. 
bei stehendem Verbrennungsmotor steht dieser Anschluß still, E-Motor und 
Abtrieb bewegen sich jedoch.

"Können die Elektromotoren/Generatoren die Übersetzung von Benzinmotor 
zu Rädern steuern, ohne nennenswert Leistung übertragen zu müssen?"

Ja, indem sie ein bestimmtes variables Drehzahlniveau vorgeben, welches 
die "Übersetzung" vom Verbrenner zum Abtrieb bestimmt.

Einen geringen mechanischen Verlust wird es durch das Planetengetriebe 
immer geben, da es aber auf Lebensdauer ausgelegt ist, wird es als 
zentrales Bauteil des Antriebs ebenso wie die Lagerungen der 
Elektromotoren auf ein Optimum aus Gewicht, Baugröße und sinnvoller 
Standfestigkeit in Betriebsstunden ausgelegt sein. Ebenso wird in der 
elektronischen Ansteuerung ein vernachlässigbarer Anteil Energie 
verloren gehen. Der Hybridantrieb ermöglicht es, die stark 
verlustbehafteten Betriebszustände des Verbrennungsmotors, wie langsame 
Fahrt im Ort, Schleichen und Stehen im Stau, Parkplatzsuchverkehr, 
elektrisch fahren zu können. Im höheren Leistungsbereich über 50 km/h 
geht es ohne den Verbrennungsmotor nicht mehr. Somit was Aufwand und 
Nutzen angeht, eine sehr sinnvolle Konstruktion, zumal nur Benzin 
gebraucht wird, aber kein Stromanschluß. Der Verbrennungsmotor ist 
speziell optimiert auf den Betrieb am Planetengetriebe.

Im Prinzip lösen sich Deine Fragen durch eine genaue Betrachtung der 
Funktionsweise eines Planetengetriebes auf.

MfG

: Bearbeitet durch User
Autor: Name H. (hacky)
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Das Plantetengetriebe, welches uebrigens Teil eines jeden 
Automatikgetriebes ist, macht, dass der Motor im optimalen 
Drehzahlbereich laeuft.
Mir fiel zB auf, dass der Lastfluss auf der Autobahn mit Tempomat immer 
zwischen Laden-Entladen hin und her pendelt.
Die Batterie hat uebrigens nur eine bescheidene Reichweite. Von 
vielleicht 1-2km. Und das auch nur im Roll-Modus in der Ebene. Und bei 
30kmh ist Schluss. Bei zu starker Beschleunigung schaltet der Benziner 
auch zu.

Leider hat der Lademanagement Algorithmus keine Ahnung von Topographie. 
Oft  ist man in der Hoehe mit der Batterie voll. Dh den Berg runter ist 
dann nichts mit Laden.

Autor: Jochen (Gast)
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Ja, ich hatte ein falsches Verständnis vom Planetengetriebe.
Also im Prinzip gibt es ein festes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit 
und Benzinmotordrehzahl, bei dem die komplette Energie rein mechanisch 
übertragen wird. Weicht die Motordrehzahl davon ab, muss exakt das 
Verhältnis der Abweichung zur Drehzahl elektrisch übertragen werden.

Der Benzinmotor kann so zwar immer optimal betrieben werden, es treten 
dafür aber Verluste in Höhe des Produktes aus Abweichung und 
elektrischen Verlusten auf.

Wenn man jetzt noch ein Schaltgetriebe zwischen Benzinmotor und 
Planetengetriebe setzen würde, könnte mehr Leistung über den 
mechanischen Weg übertragen werden und der elektrische Pfad muss maximal 
die Abweichung bis zum nächsten Gang ausgleichen, oder?

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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"Also im Prinzip gibt es ein festes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit 
und Benzinmotordrehzahl, "

Nein, das Verhältnis ist prinzipbedigt variabel. Die Steuerung sorgt für 
einen sinnvollen Wert mit Hilfe des Elektromotors und des Generators. 
Natürlich erfordert dies Energie, wieviel wird aber nirgends erwähnt. Es 
ist nirgendwo von Kühlung der Elektrokomponenten die Rede. Bei einem 
Antrieb mit 100 kW werden schätzungsweise 200 kW bei Vollast als Wärme 
abgeführt. Da bleibt noch viel Spielraum.


" muss exakt das Verhältnis der Abweichung zur Drehzahl elektrisch 
übertragen werden."
"und der elektrische Pfad muss maximal die Abweichung bis zum nächsten 
Gang ausgleichen, oder? "

Ohne daß elektrische Aggregate auf das Planetengetriebe einwirken, 
funktioniert es überhaupt nicht. Einen Gang gibt es gar nicht. Man würde 
vermutlich auch nicht anschieben können.





https://www.kfztech.de/kfztechnik/alternativ/prius.htm

"Das Planetengetriebe verteilt je nach Betriebszustand die Leistung des 
Vierzylinders zu den Rädern oder zum Generator. Damit kann der Motor, 
ähnlich dem seriellen Hybriden, möglichst häufig im Bereich des 
optimalen Verbrauchs laufen. Das Planetengetriebe macht ein 
Schaltgetriebe und eine Kupplung überflüssig.  "

Der Motor dreht schneller, je mehr Drehmoment man abfordert, ähnlich wie 
beim DAF Variomatic.


MfG

: Bearbeitet durch User
Autor: Walter Tarpan (Gast)
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Eigentlich ist der Wikipedia-Artikel zum Prius-Hybrid extrem gut 
geschrieben mit Beispielen für jeden den zahlreichen Betriebszustände. 
Inklusive eines sehr anschaulichen Diagramms, warum dank des 
Vereinigungsgetriebes kein Schaltgetriebe mehr nötig ist und einer der 
beiden E-Motoren sehr klein dimensioniert sein kann.

Wirklich damals ein Meisterwerk der Ingenieurskunst.

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