Radnaher Hochleistungs-Elektroantrieb mit integriertem Planetengetriebe

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1 Radnaher Hochleistungs-Elektroantrieb mit integriertem Planetengetriebe Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) - Fachworkshop Elektromobilität - Berlin, Dipl.-Ing. Kai Gläser, Dipl.-Ing. Christoph Danzer, Dipl.-Ing. René Kockisch -1-

2 ZEOS Kompakte Antriebe für die Elektromobilität Institut für Konstruktions- und Leitung: Prof. Dr.-Ing. Peter Tenberge Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte: Analyse, Synthese und Strukturstudien von Fahrzeuggetrieben Konstruktion und Auslegung von Antriebssystemen Optimierung von Elektrofahrzeug- und Hybridantrieben Modellbildung und Simulation von Klimaanlagen und energieeffizienten Fahrzeugsystemen Wärmemanagement von Hybrid- und Elektrofahrzeugen Entwicklung von Komponenten für Verbrennungsmotoren Lehrausbildung: Technisches Zeichen, Konstruktionslehre Dynamische Simulation, Tribologie Fahrzeugantriebe, Fahrzeuggetriebe, Fahrzeugmotoren Leistung [kw] Verlustoptimale Betriebsstrategie mit B0 ohne parallelen Fahrgang Leistungen Rein VKM-Betrieb P_E2 P_h1 P_VKM P_h2 P_E1 P_ab P_Batt P_Brems Verlustoptimale Rekuperation Zeit [s] Energieeinsparung [%] VKM Betrieb mit und Boost und Ladeunterstützung Ref NEFZ SFTP-US06 Chemnitz-Zyklus +7,82% +6,44% +4,67% 1-Gang 2-Gang 3-Gang stufenlos Energieeinsparung [%] Ref +6,19% +8,38% +9,41% 1-Gang 2-Gang 3-Gang stufenlos Energieeinsparung [%] Ref +4,98% +6,83% +8,36% 1-Gang 2-Gang 3-Gang stufenlos -2-

3 Elektromobilität

4 Elektromotor Fahrzeug Fahrer Batteriesystem Leistungselektronik Antriebsstrang Getriebe: Ein- oder Mehrgang Reifen Regelung Streckenprofil Quellen:

5 Elektrische Energie Ohmsche, Chemische, Thermische Verluste Batterie Inverter + Konverter Schalt-, Durchlass-, Oberwellen Verluste Strang-, Eisen-, Sättigungs-, Reib-, Mechanische Verluste Elektromaschine Verzahnungs-, Reib-, Schlepp-, Schaltverluste Getriebe Reifen Verluste aus Kontakt zw. Fahrbahn und Reifen Fahrenergie Optimierung des Gesamtsystems mit Synergieeffekten Bei welchen Systemparametern liegt ein Gesamtverlustleistungsminimum vor? (Betriebspunkt Batterie, PSM + LE, Getriebeverluste, [Klimaanlage],...) -5-

6 Optimierung des Gesamtsystems mit Synergieeffekten Elektromobilität -6-

7 Zielsetzung des FuE-Projektes ZEOS Projektinhalt: Umsetzung eines Eingangantriebs für Elektrofahrzeuge anhand gegebener Fahrzeugparameter. Strukturfindung Umsetzung der Struktur in einer 3D-Konstruktion Auslegung u. Dimensionierung relevanter Maschinenelemente Konzipierung und Umsetzung des Schmierungskonzeptes Erstellen von Fertigungszeichnungen Fertigung der Prototypenbauteile Montage und Versuchsdurchführung Auswertung und Dokumentation -7-

8 Zielsetzung des FuE-Projektes ZEOS Fahrzeugkonzept Antriebsstruktur Berechnung & CAD-Konstruktion Bauraumstudie -8-

9 Technische Inhalt / Entwicklungsstand gegebene Fahrzeugparameter: Fahrzeugmasse m=1800 kg max. Geschwindigkeit v max =250 km/h dyn. Reifenradius r dyn =0.36 m Stirnfläche A=2.1 m 2 Widerstandsbeiwert c w =0.3 Motordaten: Leistung P=53 kw Drehmoment T=196 Nm Max. Drehzahl n max = min -1 Beschneunigungszeit [s] Getriebeabstimmung (Übersetzung) , Getriebeübersetzung [-] max. Motordrehzahl [1/min] -9-

10 Technische Inhalt / Entwicklungsstand besonderer Dank gilt: TE connectivity JJE Technology -10-

11 Technologische Herausforderungen, Lösungsansätze, Leistungsdaten: Leistung 53 kw Drehmoment 196 Nm Drehzahl min -1 Getriebeübersetzung 5,25 Beschleunigung (0-100 km/h) 5,23 s (AWD) 10,8 s (FWD) Merkmale: kompakte koaxiale Antriebseinheit innerhalb der EM integriertes Getriebe passives Schmierungssystem -11-

12 Ausblick weitere Projekte und Zusammenarbeit Entwicklung einer Mehrgang-Antriebseinheit mit einer gesamtheitlichen Betrachtung des Fahrzeugs, d.h. gesamter Antriebsstrang (Batterie bis zum Rad) inklusive Fahrzeugklimatisierung, Nebenaggregate wie Öl- und Wasserpumpe, energieeffizient optimierte Getriebekomponenten. Optimierung des Gesamtsystems mit dem Ziel der Reichweitenerhöhung. -12-