Modulare Antriebskonzepte
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- Christa Küchler
- vor 9 Jahren
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1 Modulare Antriebskonzepte Bezahlbare elektrische Reichweite durch Modularität 20. November 2014 Projekt BEREIT Dipl.-Ing. Andreas Lange
2 Gliederung 1. Einleitung & Motivation 2. Modulare Antriebskonzepte 3. Konzeptbewertung 4. Zusammenfassung 2
3 Kosten für elektrifizierte Antriebe Aufpreis Elektrifizierung [Tsd. ] Preis konventionelles Fahrzeug [Tsd. ] 3
![] 16 14 12 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50](/docs-images/45/16532193/images/page_3.jpg "60 70 Preis konventionelles Fahrzeug")
4 Kosten für elektrifizierte Antriebe Aufpreis Elektrifizierung [Tsd. ] HEV E 250 BlueTec Hybrid Toyota Yaris Hybrid Preis konventionelles Fahrzeug [Tsd. ] Quelle: Daimler, Toyota 4
![] 16 14 12 10 8 6 4 2 0 HEV E 250 BlueTec Hybrid Toyota](/docs-images/45/16532193/images/page_4.jpg "Yaris Hybrid 10 20 30 40 50 60 70 Preis konventionelles")
5 Kosten für elektrifizierte Antriebe Aufpreis Elektrifizierung [Tsd. ] PHEV HEV Volvo V60 Plug-In-Hybrid Toyota Prius Plug-In E 250 BlueTec Hybrid Toyota Yaris Hybrid Preis konventionelles Fahrzeug [Tsd. ] Quelle: Daimler, Toyota, Volvo 5
6 Kosten für elektrifizierte Antriebe Aufpreis Elektrifizierung [Tsd. ] BEV Nissan Leaf PHEV HEV Volvo V60 Plug-In-Hybrid Toyota Prius Plug-In E 250 BlueTec Hybrid Toyota Yaris Hybrid Preis konventionelles Fahrzeug [Tsd. ] Quelle: Daimler, Toyota, Volvo, Nissan 6
7 Kosten für elektrifizierte Antriebe Aufpreis Elektrifizierung [Tsd. ] BEV Nissan Leaf PHEV HEV Volvo V60 Plug-In-Hybrid Toyota Prius Plug-In Toyota Yaris Hybrid E 250 BlueTec Hybrid Preis konventionelles Fahrzeug [Tsd. ] Quelle: Daimler, Toyota, Volvo, Nissan Zunehmende Elektrifizierung 7
8 Projekt BEREIT Ziel: Identifikation eines modularen Baukastensystems für Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge Randbedingungen: - 50 km elektrische Reichweite (NEFZ) - Nur eine EM als Traktionsmotor - Parallele Hybrid-Topologie Quellen: Volvo, Bosch, Daimler, ZF, LUH, TUD, TUBS 8
9 Parallele Hybridtopologien VKM K 0 Getriebe EM P1 P2 P3 EM-Getriebe AS * *Axle Split 9
10 Gliederung 1. Einleitung & Motivation 2. Modulare Antriebskonzepte 3. Konzeptbewertung 4. Zusammenfassung 10
11 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kleinstwagen Quelle: Daimler 11
12 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse Kleinstwagen Quelle: Daimler 12
13 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse + Kleinstwagen Quelle: Daimler 13
14 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse + Kleinstwagen Quelle: Daimler 14
15 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse + Kleinstwagen Quelle: Daimler 15
16 Modulares EM - Konzept 30 kw 16
17 Modulares EM - Konzept 30 kw 60 kw 90 kw Längenskalierung bei gleichem Durchmesser (Baureihe) 17
18 Modulares EM - Konzept 30 kw 60 kw 90 kw LE 30 kw LE 60 kw LE 90 kw Die Leistungselektronik ist nicht modular aufbaut LE: Leistungselektronik 18
19 Modulares EM - Konzept 30 kw 60 kw 90 kw LE 30 kw LE 60 kw LE 90 kw Die Leistungselektronik ist nicht modular aufbaut IAL-Konzept: Mehrsträngigkeit LE: Leistungselektronik 19
20 Modulares EM + LE - Konzept 30 kw LE 30 kw Quelle: IAL LUH LE: Leistungselektronik 20
21 Modulares EM + LE - Konzept 30 kw 60 kw 90 kw LE 30 kw LE 2 30 kw LE 3 30 kw Quelle: IAL LUH LE: Leistungselektronik 21
22 Modulares EM + LE - Konzept 30 kw 60 kw 90 kw LE 30 kw LE 2 30 kw LE 3 30 kw Aufteilung in 30 kw Aktivteile 30 kw: 3 Stränge 60 kw: 6 Stränge 90 kw: 9 Stränge Quelle: IAL LUH LE: Leistungselektronik 22
23 Entwurf modulare Getriebekonzepte Getriebesynthese 23
24 Entwurf modulare Getriebekonzepte Getriebesynthese Top-Down Quelle: Daimler 24
25 Entwurf modulare Getriebekonzepte Getriebesynthese Top-Down Bottom-Up Quelle: Daimler 25
26 Entwurf modulare Getriebekonzepte Getriebesynthese Bottom-Up Variantenvielfalt steigt mit Ganganzahl Bottum-Up Ansatz 26
27 1-Gang Elektroantrieb 60 kw PR AG LE 2 30 kw i 0 =3 1-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz 27
28 2-Gang Elektroantrieb 2x SE 90 kw PR PR AG LE 3 30 kw i 0 =3 i 0 =-1,7 2-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 28
29 2-Gang Elektroantrieb mit seriellem REX 2x SE 30 kw 30 kw 90 kw PR PR AG LE 3 30 kw i 0 =3 i 0 =-1,7 2-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 29
30 4-Gang REX-Konzept 2x SE 2x SE PR PR PR AG i 0 =-2,5 i 0 =3 i 0 =-1,7 4-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 30
31 4-Gang REX-Konzept K 0,VKM K 1 2x SE 2x SE 60 kw 90 kw PR PR PR AG LE 3 30 kw i 0 =-2,5 i 0 =3 i 0 =-1,7 4-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 31
32 6-Gang PHEV-Antrieb K 0,VKM K 1 2x SE 2x SE 2x SE 90 kw 60 kw PR PR PR AG LE 2 30 kw i 0 =-2,5 i 0 =3 i 0 =-1,7 6-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 32
33 6-Gang HEV-Antrieb K 0,VKM K 1 2x SE 2x SE 2x SE 120 kw 30 kw PR PR PR AG LE 30 kw i 0 =-2,5 i 0 =3 i 0 =-1,7 6-Gang Getriebe i AG =3,3 Quelle: Daimler PR: Planetenradsatz SE: Schaltelement 33
34 Modulare Beziehungen Getriebe 1-Gang Getriebe PR i 0 =3 34
35 Modulare Beziehungen Getriebe 2-Gang Getriebe 2x SE PR i 0 =-1,7 1-Gang Getriebe PR i 0 =3 35
36 Modulare Beziehungen Getriebe 4-Gang Getriebe 2x SE PR i 0 =-2,5 2-Gang Getriebe 2x SE PR 1-Gang Getriebe i 0 =-1,7 PR i 0 =3 36
37 Modulare Beziehungen Getriebe 6-Gang Getriebe 2x SE 4-Gang Getriebe 2x SE PR i 0 =-2,5 2-Gang Getriebe 2x SE PR 1-Gang Getriebe i 0 =-1,7 PR i 0 =3 37
38 Gliederung 1. Einleitung & Motivation 2. Modulare Antriebskonzepte 3. Konzeptbewertung 4. Zusammenfassung 38
39 Vergleich paralleler und serieller REX VS Paralleler REX Serieller REX Kompaktklasse Fahrzeugparameter REX m [kg] 1600 c W x A [m²] 0, m rot / m [-] 1,03 F Reib [N] 45 f R [-] 0,008 Quelle: Daimler 39
40 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Zeit [s] 40
41 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Paralleler REX (4-Gang) Serieller REX (2-Gang) , , Elektrischer Verbrauch (CD*) 0 [kwh/100 km] Zeit [s] CD: Charge Depleting CS: Charge Sustaining 41
42 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Paralleler REX (4-Gang) Serieller REX (2-Gang) , , η EM =91% η 4G =93% η EM =90% η 2G =95% Elektrischer Verbrauch (CD*) 0 [kwh/100 km] Zeit [s] CD: Charge Depleting CS: Charge Sustaining 42
43 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Paralleler REX (4-Gang) Serieller REX (2-Gang) , ,3 3, η EM =91% η 4G =93% η EM =90% η 2G =95% Elektrischer Verbrauch (CD*) 0 [kwh/100 km] [l/100 km] Zeit [s] +10% 4,3 Kraftstoffverbrauch (CS*) CD: Charge Depleting CS: Charge Sustaining 43
44 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Paralleler REX (4-Gang) Serieller REX (2-Gang) , ,3 3, η EM =91% η 4G =93% Elektrischer Verbrauch (CD*) 0 [kwh/100 km] [l/100 km] Zeit [s] +10% 4,3 η EM =90% η VKM =35% η VKM =36% η 2G =95% Kraftstoffverbrauch (CS*) CD: Charge Depleting CS: Charge Sustaining 44
45 Verbrauchssimulation im WLTP Geschwindigkeit [km/h] Paralleler REX (4-Gang) Serieller REX (2-Gang) , ,3 3, η EM =91% η 4G =93% Elektrischer Verbrauch (CD*) +10% 4,3 η EM =90% η VKM =35% η VKM =36% η 2G =95% Kraftstoffverbrauch (CS*) 0 [kwh/100 km] [l/100 km] Zeit [s] Hohe Wandlungsverluste im seriellen System CD: Charge Depleting CS: Charge Sustaining 45
46 Stückzahlabhängiges Kostenmodell Stückkosten K Material K Herstellung N Bezug Stückzahl 46
47 Stückzahlabhängiges Kostenmodell Stückkosten K Material K Herstellung K Material K Herstellung N Bezug B N Bezug Stückzahl 47
48 Stückzahlabhängiges Kostenmodell Stückkosten K Material K Herstellung K Material K Herstellung Annahmen: A = 0,2 B = 2 N Bezug B N Bezug Stückzahl 48
49 Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse + Kleinstwagen Quelle: Daimler 49
50 Szenario: Elektrifizierte Flotte Ziel: Bezahlbare Elektromobilität Kompaktklasse + N EREV,B = N EV,B = Kleinstwagen N EV,A = N PHEV,B = Quelle: Daimler N HEV,B =
51 Stückzahleinfluss 1-Gang Getriebe 100 % Herstellungskosten N EV,A Stückzahl 51
52 Stückzahleinfluss 1-Gang Getriebe 100 % -53 % Herstellungskosten 47 % N EV,A N PR,1-Gang Stückzahl 52
53 Gliederung 1. Einleitung & Motivation 2. Modulare Antriebskonzepte 3. Konzeptbewertung 4. Zusammenfassung 53
54 Zusammenfassung 54
55 Zusammenfassung 55
56 Zusammenfassung 56
57 Zusammenfassung 57
58 Zusammenfassung 58
59 Kontakt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Andreas Lange Institut für Fahrzeugtechnik TU Braunschweig Hans-Sommer-Str Braunschweig Tel.: +49 (0) [email protected] 59
60 Backup Backup 60
61 Übersetzung 1-Gang Getriebe Geschwindigkeit [km/h] i 1 =3,00 i AG =3, EM-Drehzahl [1/min] 61
62 Übersetzungen 2-Gang Getriebe 250 Geschwindigkeit [km/h] i 1 =3,00 i 2 =1,74 i AG =3, EM-Drehzahl [1/min] 62
63 Übersetzungen 4-Gang Getriebe 350 Geschwindigkeit [km/h] i 1 =4,41 i 2 =1,97 i 3 =1,00 i 4 =0,61 i AG =3, VKM-Drehzahl [1/min] 63
64 Übersetzungen 6-Gang Getriebe 400 Geschwindigkeit [km/h] i 1 =4,41 i 2 =1,97 i 3 =1,24 i 4 =1,00 i 5 =0,71 i 6 =0,51 i AG =3, VKM-Drehzahl [1/min] 64
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