Methodischer Ansatz zur Optimierung von Energieladestrategien für elektrisch angetriebene Fahrzeuge (Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart) (German Edition)

Raphael Pfeil stellt eine Methode zur Verbesserung der nutzbaren Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen durch die Optimierung des Betriebsablaufs und der Ladestrategie vor. Basierend auf den Analysen von real ermittelten E-Taxidaten werden für die Optimierung relevante Betriebsparameter identifiziert. Der Autor realisiert die Berechnung der Betriebsparameter durch ein modulares Simulationsframework, in dem eine Verkehrs- und eine Fahrzeugsimulation rechenzeiteffizient gekoppelt sind. Zur Optimierung der dynamischen und nichtdeterministischen Vorgänge setzt er die Partikelschwarmoptimierung ein. Die Validierung der Modelle erfolgt mittels empirisch ermittelter und statistisch abgesicherter Daten aus Fahrversuchen und Probandenstudien. Vorwort 6 Inhaltsverzeichnis 7 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 12 Abkürzungen und Formelzeichen 13 Kurzfassung 19 Abstract 21 1 Einleitung 23 1.1 Bedeutung der Elektromobilität 23 1.2 Problemstellung 25 1.3 Abgrenzung 26 1.4 Forschungsfragen mit Zielsetzung 28 1.5 Struktur der Arbeit 29 2 Stand der Technik 30 2.1 Taxibetrieb 30 2.2 Verkehrsdynamikmodell 32 2.2.1 Emissions- und Energiemodelle 34 2.2.2 Routing 36 2.3 Antriebsstrangmodellierung 36 2.3.1 Energetische Betrachtung 37 2.3.2 Kinematischer Ansatz 39 2.3.3 Dynamischer Ansatz 41 2.4 Batteriemodellierung 42 2.4.1 Ersatzschaltbildmodelle 42 2.4.2 Physikalisch-chemische Modelle 43 2.4.3 Weitere Modelle 43 2.4.4 Ladezustandsermittlung 44 2.5 Ladetechnologie 45 2.6 Optimierung 46 2.6.1 Optimierungsverfahren 47 2.6.2 Partikelschwarmoptimierung 50 3 Relevante Betriebsparameter 53 3.1 Identifikation der Betriebsparameter 53 3.2 Einfluss der Betriebsparameter auf den Energieverbrauch 55 4 Optimierung 57 4.1 Methodischer Ansatz 57 4.2 Optimierungsgegenstand 59 4.2.1 Optimierungsparameter 60 4.2.2 Zielfunktion 61 4.2.3 Randbedingungen 62 4.3 Optimierungsalgorithmus mit Parameterwahl 63 5 Modellbildung und Simulation 68 5.1 Simulations- und Optimierungs-Framework 69 5.2 Dynamische Simulationssteuerung 70 5.3 Verkehrsdynamikmodell 72 5.3.1 Infrastruktur 73 5.3.2 Routing 76 5.4 Fahrzeugmodell 76 5.4.1 Leistungsanforderungsmodell 77 5.4.2 Batteriemodell 82 5.5 Parametrisierung Fahrzeugmodell 86 5.5.1 Fahrzyklus - FKFS Rundkurs 87 5.5.2 Datengrundlage 88 5.5.3 Ergebnis der dynamischen Vorwärtssimulation 90 5.5.4 Ergebnis der kinematischen Rückwärtssimulation 91 5.5.5 Übertragbarkeit des Modellierungsansatzes 93 6 Anwendung der Methode am Beispiel E-Taxi 95 6.1 Motivation 95 6.2 Nutzungsprofil 96 6.3 Konstante Parameter der Betriebsparameterstudie 99 6.4 Variable Parameter der Betriebsparameterstudie 101 6.5 Betriebsparameterstudie 103 6.5.1 Ergebnisse der Umwelt-Parametervariation 104 6.5.2 Ergebnisse der Infrastruktur-Parametervariation 108 6.6 Optimierung der Ladestrategie 112 6.6.1 Randbedingungen 113 6.6.2 Ergebnisse 114 6.7 Fazit 119 7 Zusammenfassung und Ausblick 121 Literatur 125 Anhang 136 Front Matter ....Pages I-XXIV Einleitung (Raphael Pfeil)....Pages 1-7 Stand der Technik (Raphael Pfeil)....Pages 9-31 Relevante Betriebsparameter (Raphael Pfeil)....Pages 33-36 Optimierung (Raphael Pfeil)....Pages 37-47 Modellbildung und Simulation (Raphael Pfeil)....Pages 49-75 Anwendung der Methode am Beispiel E-Taxi (Raphael Pfeil)....Pages 77-102 Zusammenfassung und Ausblick (Raphael Pfeil)....Pages 103-106 Back Matter ....Pages 107-121