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Entwicklung eines Hybridsystems für LKW mit elektrifiziertem Trailer in einer durchgängigen Simulationsumgebung

Thiem, Mikula and von Pyschow, Christian and Beidl, Christian
Berns, Karsten and Dressler, Klaus and Fleischmann, Patrick and Görges, Daniel and Kalmar, Ralf and Sauer, Bernd and Stephan, Nicole and Teutsch, Roman and Thul, Martin (eds.) (2018):
Entwicklung eines Hybridsystems für LKW mit elektrifiziertem Trailer in einer durchgängigen Simulationsumgebung.
In: Commercial Vehicle Technology 2018 - Proceedings of the 5th Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2018), Wiesbaden, Springer Vieweg, pp. 468-480, DOI: 10.1007/978-3-658-21300-8, [Book Section]

Abstract

Die Hybridisierung von Nutzfahrzeug-Antriebssträngen bietet das Potenzial, sowohl den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen eines Fahrzeugs, als auch die Total Cost of Ownership (TCO) zu reduzieren. Ein Ansatz zur Hybridsierung des Antriebsstrangs zeigt das in diesem Beitrag vorgestellte Forschungsprojekt evTrailer, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wird. Kern des Konzepts ist die Elektrifizierung einer Achse eines Sattelaufliegers, wobei alle Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs (Elektromotoren, Traktionsbatterie, Leistungselektronik und Steuergeräte) an dem Trailer angebracht sind. Durch den Einsatz eines sensorisch beschichteten Zugsattelzapfens (Kingpin) entsteht mit dem evTrailer ein autarkes Hybrid-System, welches ohne Kommunikation zur konventionellen Zugmaschine betrieben werden kann. Durch entsprechende Dimensionierung der Antriebsstrangkomponenten und Optimierung der Betriebsstrategie kann mit dem System eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um mehr als 20 % erreicht werden, welche das Potenzial zur Verringerung des CO2-Ausstoßes von 20 Tonnen pro Jahr und Fahrzeug bietet. Der Entwicklungsprozess dieses Hybrid-Antriebsstrangs erfolgt in einer durchgängigen Simulationsumgebung: Die Dimensionierung der Antriebsstrangkomponenten findet in einer Rückwärtssimulation statt, die die Berechnung einer Vielzahl von Konfigurationen in relativ kurzer Zeit ermöglicht. Im nächsten Schritt wird die Hybrid-Betriebsstrategie in einem Vorwärtssimulationsmodell entwickelt. Dieses Modell wird auch für die weiteren Entwicklungsschritte verwendet, wie beispielsweise die Untersuchung der Einflüsse auf das Abgasnachbehandlungssystem am Engine-in-the-Loop (EiL) Prüfstand oder den Aufbau eines Demonstratorfahrzeugs. Diese durchgängige Simulationsumgebung ist Gegenstand dieses Beitrags.

Item Type: Book Section
Erschienen: 2018
Editors: Berns, Karsten and Dressler, Klaus and Fleischmann, Patrick and Görges, Daniel and Kalmar, Ralf and Sauer, Bernd and Stephan, Nicole and Teutsch, Roman and Thul, Martin
Creators: Thiem, Mikula and von Pyschow, Christian and Beidl, Christian
Title: Entwicklung eines Hybridsystems für LKW mit elektrifiziertem Trailer in einer durchgängigen Simulationsumgebung
Language: German
Abstract:

Die Hybridisierung von Nutzfahrzeug-Antriebssträngen bietet das Potenzial, sowohl den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen eines Fahrzeugs, als auch die Total Cost of Ownership (TCO) zu reduzieren. Ein Ansatz zur Hybridsierung des Antriebsstrangs zeigt das in diesem Beitrag vorgestellte Forschungsprojekt evTrailer, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wird. Kern des Konzepts ist die Elektrifizierung einer Achse eines Sattelaufliegers, wobei alle Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs (Elektromotoren, Traktionsbatterie, Leistungselektronik und Steuergeräte) an dem Trailer angebracht sind. Durch den Einsatz eines sensorisch beschichteten Zugsattelzapfens (Kingpin) entsteht mit dem evTrailer ein autarkes Hybrid-System, welches ohne Kommunikation zur konventionellen Zugmaschine betrieben werden kann. Durch entsprechende Dimensionierung der Antriebsstrangkomponenten und Optimierung der Betriebsstrategie kann mit dem System eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um mehr als 20 % erreicht werden, welche das Potenzial zur Verringerung des CO2-Ausstoßes von 20 Tonnen pro Jahr und Fahrzeug bietet. Der Entwicklungsprozess dieses Hybrid-Antriebsstrangs erfolgt in einer durchgängigen Simulationsumgebung: Die Dimensionierung der Antriebsstrangkomponenten findet in einer Rückwärtssimulation statt, die die Berechnung einer Vielzahl von Konfigurationen in relativ kurzer Zeit ermöglicht. Im nächsten Schritt wird die Hybrid-Betriebsstrategie in einem Vorwärtssimulationsmodell entwickelt. Dieses Modell wird auch für die weiteren Entwicklungsschritte verwendet, wie beispielsweise die Untersuchung der Einflüsse auf das Abgasnachbehandlungssystem am Engine-in-the-Loop (EiL) Prüfstand oder den Aufbau eines Demonstratorfahrzeugs. Diese durchgängige Simulationsumgebung ist Gegenstand dieses Beitrags.

Title of Book: Commercial Vehicle Technology 2018 - Proceedings of the 5th Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2018)
Place of Publication: Wiesbaden
Publisher: Springer Vieweg
ISBN: 978-3-658-21299-5
Uncontrolled Keywords: evTrailer Hybrid Entwicklungsmethodik
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Internal Combustion Engines and Powertrain Systems (VKM)
16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Internal Combustion Engines and Powertrain Systems (VKM) > Elektrifizierung
16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Internal Combustion Engines and Powertrain Systems (VKM) > Methodik
16 Department of Mechanical Engineering
Date Deposited: 17 Mar 2018 19:16
DOI: 10.1007/978-3-658-21300-8
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
Hybridization of heavy-duty powertrains offers the potential to reduce vehicle CO2 emission, as well as the total cost of ownership. One approach to hybridiza-tion is being developed in the here introduced research project evTrailer, funded by the German federal ministry for economic affairs and energy (BMWi). Core of the concept is the electrification of one semi trailer axis. By usage of a sensori-al coated king-pin, the evTrailer becomes an autarkic hybrid system, which can be operated without communication to the tractor vehicle. With optimization of powertrain components and operation strategy, the de-scribed system can achieve fuel consumption reductions of more than 20 %, which offers the potential to reduce the CO2 emission by over 20 tons per year and vehicle. The development process of this powertrain takes place in a consistent simulation environment: For the dimensioning of the powertrain components, a backward simulation model is used, which offers the possibility to calculate large amounts of variations in short time. The next step is the development of the operation strategy in a more detailed forward simulation model. This simulation is also used for further steps of development, like investigation of the influence on exhaust gas aftertreatment systems at an Engine-in-the-Loop testbed and the build-up of a demonstrator vehicle.English
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