Batterieelektrische Traktoren und Hybridansätze

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1 Batterieelektrische Traktoren und Hybridansätze Dipl. Phys. Volker Kegel Dr.-Ing. Nicolai Tarasinski HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

2 Hybrid- und batterieelektrische Traktoren LIB-Off Road intern 12kWh etour/econnect extern 50kWh BatteryBoost extern 105kW el.leistung 35kWh SESAM Traktor vollelektrisch 130kW el. Leistung 130kWh 2 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

3 BatteryBoost Konzept 3 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

4 BatteryBoost Zellen LiFe(nano)Po 3,3 V Nennspannung 45 Ah Kapazität Aufbau der Batterie 224 Zellen ~33 kwh Nennkapazität ~30 kwh nutzbare Kapazität ~100 kw Leistung 1,2 t Gesamtgewicht CCS als Ladeschnittstelle 4 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

5 BatteryBoost Systemeigenschaften Start / Stop Betrieb von Anbaugeräten Klimatisierung der Kabine Notstromaggregat Boost Funktionalität & Unterstützung bei allen Fahrgeschwindigkeiten Reduzierung von Motortransienten Rekuperation von Bremsenergie Netzanbindung Energiehandel & Lademanagement Batteriewechselkonzept 5 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

6 Batterieelektrischer Traktor Kundennutzen Landwirt als Energieerzeuger und Energieverbraucher Plug-In Technologie Elektrische Antriebe erlauben komfortable und bedarfsabhängige Regelung der Traktorfunktionen Steigerung des Wirkungsgrades im Teillastbereich Nachhaltigkeit Nutzung von erneuerbaren Energien, keine lokalen Emissionen Geräuscharmer Betrieb 6 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

7 Batterieelektrischer Traktor Komponenten Große Lithium Ion Batterie mit 700 VDC 130 kw Leistung 182 Zellen in Reihenschaltung Batteriemanagementsystem Elektrifizierter Antriebsstrang Sensoren zur Messung der Energieflüsse Traktionsbatterie Systemüberblick 7 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

8 Leistung [kw] Leistung [kw] Strom [A] Strom [A] Spannung [V] Spannung [V] Batterieelektrischer Traktor Traktionsbatterie 182 Zellen: 1010 kg Kenndaten des Batteriepakets Kapazität: 108,9 kwh Wirkungsgrad für Lade/Entladezyklus: 91% Entladen der Batterie Laden der Batterie 8 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

9 Hochvoltbatterie (Lithium-Ion) Update Prototyp Für die Entwicklung Anzahl der Zellen Nennspannung 670 V 670 V Dauerleistung 130 kw 180 kw Nächste Generation (AKASOL 45M 53NMC) Kapazität kwh kwh Gewicht (ohne Rahmen) 1,053 kg 1,010 kg Zyklen > 2,000 > 3,100 Aktueller Stand der Technik (Demonstration auf der SIMA) 9 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

10 Elektrifizierter Antriebsstrang Standard 6R Direct Drive Getriebe und Hinterachse Modifizierter PowerReverser 2 Elektromotoren: Fahrantrieb und Nebenaggregateantrieb 6R Direct Drive Getriebe mit 24 Gängen (8 Stufen und 3 Gruppen) Konstantleistungsbereich: 3 km/h bis 50 km/h 10 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

11 Leistung [kw] Batterieelektrischer Traktor Elektrifizierter Antriebsstrang Nebenaggregate: Schmier- und Hydrauliksystem Messungen am Prüfstand Leistungsaufnahme zwischen 3 kw und 14 kw Abhängig von Drehzahl und Öltemperatur Energieeinsparpotential durch bedarfsgerechte Drehzahlregelung Drehzahl [1/min] 11 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

12 Batterieelektrischer Traktor Feldtest Schwergrubber Arbeitsbreite: 3m Frontgewicht: 2400 kg Analyse der Energieflüsse Aufzeichnung aller Sensoren mit einem Messsystem GPS Pfad mit farbkodierter Systemleistung 12 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

13 Batterieelektrischer Traktor Feldtest Schwergrubber Fahrgeschwindigkeit: 5.4 km/h Mittlere Leistung Fahrantrieb: Nebenaggregate: 12V Bordnetz: 60 kw 14 kw 1 kw Ca. 40% der Energie wird für das Ziehen des Grubbers aufgewendet Volle Traktorfunktionalität Energieverbrauch für eine Arbeitsstunde 13 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

14 Batterieelektrischer Traktor Fahrzyklus Fahrgeschwindigkeiten zwischen 20 und 30 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit: 18,7 km/h Strecke: 54,28 km Netto Fahrzeit: 3h and 15min 14 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

15 Batterieelektrischer Traktor Fahrzyklus Fahrantrieb ist größter Verbraucher Nebenaggregaten insbesondere die Schmierung mit signifikantem Anteil Lenkung und 12 V Bordnetz mit geringen Anteilen Energiebedarf für 54 km: Fahrantrieb: 55,2 kwh Nebenaggregate: 35,7 kwh 12 V Bordnetz: 2,5 kwh Gesamt: 93,4 kwh 15 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

16 Simulationsmodell batterieelektrischer Traktor Zellmodell Spannungsquelle U R R i R 1 R 2 Innenwiderstand R i U R C 1 C 2 UZ 2 RC-Gliedern mit Widerständen R 1, R 2 und Kondensatoren C 1, C 2 Erweiterung für Traktionsbatterie Für alle Zellen identisch RC-Glieder Ruhespannungskennlinie Für jede Zelle (n) individuell U R Q Initialer Ladungszustand Q 0 n, Ladung Q = Q 0 n + Idt Innenwiderstand R i (n) Reihenschaltung von 182 Zellmodellen 16 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

17 Simulationsmodell der Hochvoltbatterie Gemessener Lastzyklus als Referenz Stromabhängiger Spannungseinbruch Dynamisches Verhalten Entladen der Batterie sehr gute Übereinstimmung mit Messung 17 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

18 Zusammenfassung Hybridtraktor Start / Stop Betrieb Boost Funktionalität Batteriewechselkonzept Netzanbindung Batterieelektrischer Traktor Betriebsverhalten Sehr guter Wirkungsgrad im Teillastbereich Sehr geringe Leistungsaufnahme im Standby Geringes Betriebsgeräusch Erneuerbare Energien ermöglichen CO 2 - neutrale Landwirtschaft Landwirt als Energieerzeuger und -verbraucher 18 HEV Hybrid- und Elektrofahrzeuge

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