A3PS Conference Eco Mobility 2012 E-Mobility Flagship VECEPT. Beste Frank AVL List GmbH

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1 A3PS Conference Eco Mobility 2012 E-Mobility Flagship VECEPT Beste Frank AVL List GmbH

2 CHALLENGE: Diversification of Vehicle and Powertrain Concepts and Variants of non-conventional powertrain by 2020 Source: Boston Consulting Group, AVL 2

3 CHALLENGE: Increasing Powertrain Complexity Battery IC Engine System: Vehicle / Powertrain Transmission Electric Motor Control Strategy System: Driver System: Environment 3

4 AVL ELECTRIC VEHICLE 3 reasons to build an AVL PHEV demonstrator. Best in Class HEV regarding FC Competitive constant velocity FC Best in Class add-on costs for PHEV drivetrain 4

5 KickOff VECEPT Förderprojekt am , Klima und Energiefond VECEPT - Vehicle with Eost-Efficient Power Train Ziel: VECEPT fokussiert sich auf die Entwicklung und Erprobung eines alltagstauglichen, kostengünstigen PHEV als Volumenmodell für den Weltmarkt (geplanter Markteintritt 2017), das eine international wettbewerbsfähige Kombination aus Leistungsfähigkeit (Reichweite, Komfort, Sicherheit) und Kostengünstigkeit darstellt. Einerseits wird ein Demo-Fahrzeug mit einem neu entwickelten Antriebsmodul und neuen Komponenten aufgebaut, das eine rein elektrische Reichweite von mehr als 30 km und höchste Effizienz in allen Betriebsmodi aufweisen soll, und dabei sämtliche erwartete Emissionsstandards sowie Produktionskriterien hinsichtlich Fertigung und Qualität erfüllt. Gesamt Volumen: ,- EUR, Förderung: ,- EUR Projektlaufzeit: Konsortialleiter: AVL List GmbH Konsortialpartner: AIT GmbH, ecoplus GmbH, Fluidtime Data Service GmbH, IESTA, Infineon AG, IVD GmbH, Magna Steyr Battery Systems GmbH & Co OG, Verbund AG, VIF mbh, Samariterbund Wien GmbH, Uni Wien 7

6 KickOff VECEPT Förderprojekt am , Klima und Energiefond VECEPT - Vehicle with Eost-Efficient Power Train Arbeitspakete AP1 Entwicklung von Fahrzeugkomponenten & Integration ins Gesamtfahrzeug entwickelter und getesteter Demonstrator (AVL List GmbH) AP2 Steigerung der Energieeffizienz und der Sicherheit des Gesamtfahrzeuges Integrierte Steuerung für das Thermo- und Energie-Management + (Gewichts-, Energie-) optimierte Batterie (Magna Steyr Battery Systems GmbH & Co OG) AP3 Anwendungen, Nutzerverhalten: Strategisches Planungs-Software-Framework für das Management gemischter Flotten (AIT GmbH) AP4 Infrastruktur: Installation und Betrieb von Ladestellen + Verhaltensmuster von Nutzern (Verbund AG) AP0.3 Evaluierung & Qualitätsmanagement: Umfassende Evaluierung der AP1-4 unter realen Bedingungen (VIF mbh) 8

7 Vehicle Specification & Vehicle Targets Top Level Specification Unit Description Vehicle Class [-] C-segment (e.g. VW Golf MQB, Prius 3) Transmission [-] 4-gear transmission ICE [-] 1.0L, IL3, TGDI CO 2 emission (certified in NEDC) [g/km] < 50 (FC 2.1L/100 km) CO 2 emission (full hybrid mode in NEDC) [g/km] < 79 ( Best in Class ) Emission legislation [-] EU06_1 Fuel [-] RON 95 Electric Range (AER in NEDC) [km] > 20 Acceleration 0-100km/h (Hybrid) [s] < 11 (ICE + E-Motor) Max. velocity (ICE only) [km/h] > 170 (capable for 180) Fuel Consumption Losses: Best in Class Fuel Consumption Energy Demand: the amount of energy to drive the vehicle through the reference cycle shall be minimized; the energy harvesting out of cycle operation shall be maximized (recuperation) Reduce vehicle weight & friction Reduce auxiliary / board net power demand Losses: the losses inside the components & powertrain shall be minimized Improve the operational efficiency of all component in the relevant operation areas Efficiency: the efficiency of all components (propulsion as well as supporting / auxiliaries) shall be optimized to minimize the amount of primary energy increase the working / conversion efficiency of every component in the relevant operation areas 9

8 Sensitivity analysis sustaining mode CO2 emission (hot) [g/km] BSFC min = 245 g/kwh ±1class ±1class WLTC v5 3cyl (1.2L) Proposal 800W ITW Energy Demand***** Prius3 0 Prius change to proposal [%] F0 ITW + F0 BSFC* Displacement* Aux. Power * note: effects influence sustaining mode only ** referred to driven distance *** note: temperature influence may change depending on distance 10

9 Powertrain Configuration: Plug In Hybrid - Proposal ENG: Combustion Engine IL2; 0.8L; TGDI (or TMPI) Atkinson combustion cycle cooled EGR 12V Starter* (high performance) D: Damping Element Isolation of torque fluctuations from Gearbox input Shaft scl: Separation Clutch friction clutch (OPEN) not for launch capable for impulse start HV BAT: Plug In Hybrid Battery Charging Unit (2x* 3.3kW) HCU: Hybrid Control Unit Hybrid Functions Vehicle & Driver Interface Cooling System (ENG, EM, PE, GBX, BAT) DC/DC LV Board Net Supply ( kW) Driver Comfort (conventional AC System) 4 spd TNT: Transmission Integrated electric drive (45kW) shifting w/o torque interruption integrated final drive & differential DC/AC: power electronics chassis mounted* * for demonstrator build up 11

10 Vehicle Functional Targets & Requirements Functional Targets Functions for Demo Vehicle Presentation Plug In Mode Pure Electric Mode The demonstrator support a plug in operation mode to use primary the energy charged from the grid; performance in pure electric mode is limited to normal driving in city & extra urban areas (in highway operation v>125km/h, the engine mode is activated) Full vehicle performance is available only in hybrid mode Forced Sustaining Mode (i.e. Range Mode) if the grid energy is completely used or the demanded performance is to high, the vehicle change into the sustaining mode; this mode could be selected by the driver manually (demonstration) 12

11 Powertrain & Vehicle Functionality Overview Vehicle Velocity Engine Charging Pure Electric Battery Powered Pure Engine conventional Hybrid El. supported Drive / Drive & Charge Pure Electric Battery Powered Engine Charging Stop / Standstill Creep Drive Acceleration I Acceleration II Remark: The engine could provide drive torque only above a specific velocity limit (no mech. launch element) The engine could be activated at standstill to re-charge the HV Battery if Park is applied by Driver Vehicle max. acceleration is available in Hybrid mode only (e.g. in EV mode: 0-60km/h in 7s) Vehicle max. velocity is not available in Pure Electric mode (limited to 130 km/h) Drive Brake I Brake II Brake III Stop / Standstill 13

12 ICE operation in sustaining mode * BSFC < 240 g/kwh ** NEDC optimized simple open loop strategy 14

13 Competitor comparison at constant velocity 15

14 Driving Strategy 0 g/km 0 g/km Standard vehicle 86 g/km Optimzed vehicle 79 g/km Certified CO 2 48 g/km 41 g/km Energy content battery AER Electric Driving ICE only HEV mode Electric Driving certified 0 25 HEV mode 25 Drive and Charge SOC Velocity Time / Range 16

15 Powertrain Cost Assessment Reduction Potential 17

16 Contact: Dr. Frank Beste Senior Program Manager Electric Vehicle and Range Extender Phone: AVL DRIVETRAIN ELECTRIFICATION 18

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