Radnaher Hochleistungs-Elektroantrieb mit integriertem Planetengetriebe Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) - Fachworkshop Elektromobilität - Berlin, 17.04.2012 Dipl.-Ing. Kai Gläser, Dipl.-Ing. Christoph Danzer, Dipl.-Ing. René Kockisch -1-
40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 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-
www.auto.de? Elektromobilität www.allianz.at www.kirchennetz.info -3-
Elektromotor Fahrzeug Fahrer Batteriesystem Leistungselektronik Antriebsstrang Getriebe: Ein- oder Mehrgang Reifen Regelung Streckenprofil Quellen: www.autobild.de, www.falken.de, www.n24.de, -4-
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-
Optimierung des Gesamtsystems mit Synergieeffekten Elektromobilität -6-
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-
Zielsetzung des FuE-Projektes ZEOS Fahrzeugkonzept Antriebsstruktur Berechnung & CAD-Konstruktion Bauraumstudie -8-
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 =10 000 min -1 Beschneunigungszeit [s] 2 9 8 7 6 5 Getriebeabstimmung (Übersetzung) 4.3 5.43 5,429 4 4000 3 4 5 6 Getriebeübersetzung [-] 12000 10000 8000 6000 max. Motordrehzahl [1/min] -9-
Technische Inhalt / Entwicklungsstand besonderer Dank gilt: TE connectivity JJE Technology -10-
Technologische Herausforderungen, Lösungsansätze, Leistungsdaten: Leistung 53 kw Drehmoment 196 Nm Drehzahl 10 000 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-
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-