In Elektro- und Hybridfahrzeugen ist es möglich, eine einheitliche Spannungslage für Antrieb und Energiespeicher zu verwenden oder zwei unterschiedliche Spannungsniveaus über einen DC/DC-Wandler miteinander zu verbinden. Um die beiden Lösungsansätze miteinander vergleichen zu können, wurden die Einflussfaktoren von Energiespeicher, DC/DC-Wandler, Wechselrichter und Maschine identifiziert. Diese Einflussfaktoren wurden daraufhin analysiert und beurteilt, wie sich die Zwischenkreisspannung auf das Gewicht, den Leistungsbauteilbedarf und den Wirkungsgrad der Komponenten auswirkt. Es wurde aufgezeigt, wie die einzelnen Komponenten anzupassen sind, wenn sich die Zwischenkreisspannung ändert. Mithilfe einer automatisierten Optimierungsrechnung wurde das System mit und ohne DC/DC-Wandler ausgelegt. Anschließend wurden die Systeme miteinander verglichen und bewertet. Da im Bereich von Elektro- und Hybridfahrzeugen das Gewicht und die Kosten eine entscheidende Rolle spielen, wurde bei der Auslegung der Komponenten insbesondere auf einen minimalen Bauteileinsatz geachtet. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde für ein Hybridfahrzeug ein Wechselrichter mit integriertem DC/DC-Wandler entwickelt und aufgebaut. Die Simulationsergebnisse wurden an diesem System verifiziert. Die Vor- und Nachteile wurden für die Systeme mit und ohne DC/DC-Wandler aufgezeigt.

Every time a new hybrid or electrical vehicle is developed, different topologies are compared to achieve the best results regarding weight, costs and efficiency. The integration of a dc-to-dc converter between the battery stack and the power train is a frequently discussed alternative because the preferred voltage of the inverter and machine are often higher than the voltage of the battery stack. Within this thesis this approach was studied in detail and compared with the conventional concept without using a dc-to-dc converter. Therefore the influence of the dc-link voltage on the components like battery stack, machine, inverter and dc-to-dc converter was investigated. A change of the dc-link voltage leads to changes inside the components which affect weight, surface of the semiconductor devices and efficiency. This correlation could be used to develop a simulation process which optimizes the dc-link voltage regarding the programmed targets. In hybrid and electrical vehicles low weight and minimum costs are important and were defined as the main targets to achieve. The vantages which arise by using a dc-to-dc converter can be opposed to the disadvantages which also occur. The additional degree of freedom caused by the dc-to-dc converter shall be used. To achieve the best results regarding efficiency, the dc-link voltage has to be adapted to the operating point of the machine. First of all the dc-to-dc converter is an additional component with its weight, volume and losses. By the increased dc-link voltage on the drive train side, the size of the semiconductor devices inside the inverter could be reduced. Therefore the number of windings inside the machine has to be adapted accordingly. Also the wiring could be decreased based on the reduced currents. Overall there is still a higher weight and volume caused by the dc-to-dc converter. Also the efficiency map is influenced by the dc-to-dc converter. In the base speed region the dc-to-dc converter leads to a higher efficiency because the inverter currents could be reduced by the increased voltage. At high speed and especially high load the double energy conversion leads to a reduced efficiency. Whether a dc-to-dc converter is beneficial for traction systems depends highly on the distribution of the operating points.