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Mobile Maschinen 4/2018

Mobile Maschinen 4/2018

ELEKTRISCHE

ELEKTRISCHE ANTRIEBSKONZEPTE FÜR ZUGMASCHINEN WIE DER E-TRAKTOR DER ZUKUNFT AUSSEHEN KÖNNTE Autor: M.Sc. Thomas Woopen, Development Engineer Vehicle, Dr.-Ing. Hagen Adam, Managing Director, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Armin Gronewold, Branch Manager TEG, Dr.-Ing. Stephan Hammes, Skill Team Leader Powertrain Integration, alle bei AVL Tractor Engineering Germany GmbH, Neuss 30 Mobile Maschinen 2018/04 www.mobile-maschinen.info

Die Feinstaubbelastung in Deutschlands Ballungsgebieten steigt. Diese Thematik kennen wir vor allem aus dem KFZ-Bereich. Das Elektroauto soll diese Probleme lösen. Doch auch mobile Maschinen haben, gerade im kommunalen Einsatz, großes Elektrifizierungspotenzial – vor allem wenn man sich von konventionellen Antriebsstrukturen löst. In diversen Großstädten Europas wird verstärkt darüber nachgedacht, wie vor allem in Ballungsgebieten die Belastung, speziell hervorgerufen durch dieselbetriebene Verbrennungsmotoren, gesenkt werden kann. Diverse Nutzfahrzeuge wie beispielsweise Traktoren der Kommunalbetriebe werden bei derartigen Szenarien nicht berücksichtigt und durch das Bundesimmissionsschutzgesetz [1] von Passierverboten ausgenommen. Dabei bietet sich gerade in den kommunal eingesetzten Leistungsklassen ein enormes mit heutiger Technik mögliches Elektrifizierungspotential. Zudem sind diese Leistungsklassen im Anbau von Sonderkulturen ebenfalls vorzufinden. So kann hier gerade beim Anbau von Produkten, die das Biosiegel tragen, die Nachhaltigkeit der gesamten Prozesskette untermauert werden. Der Weg hin zur vollständigen Elektrifizierung kann in drei Hauptstufen unterteilt werden, wobei die dritte Stufe, wie in Bild 01 dargestellt wird, nochmals in zwei Ausbaustufen untergliedert werden kann.Die drei Schritte von der Mildhybridisierung über die Vollhybridisierung bis hin zum vollelektrischen batteriebetriebenen Fahrzeug bauen sowohl in Bezug auf den Entwicklungsaufwand als auch den Systemkosten aufeinander auf. Dabei können mit jedem weiteren Schritt zusätzliche Funktionen umgesetzt und die Emissionen gesenkt werden. INTEGRATION EINES MILDHYBRIDEN SYSTEMS Fahrzeuge der Klasse T2, welche häufig im Kommunalbereich im Einsatz sind, sind aktuell noch an die Emissions­ stufe 3B gebunden, müssen mit Beginn des Jahres 2022 jedoch die Grenzwerte nach Stufe 5 einhalten. Dabei bilden Fahrzeuge mit einer Dieselmotorleistung von weniger als 56 kW (76 PS) eine Ausnahme. In diesem Segment wird innerhalb der Emissionsstufe 5 nicht zwischen Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden differenziert, sodass ein Fahrzeug voraussichtlich ohne SCR und lediglich mit Oxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter dem Gesetz entspricht. Dieser Gedanke kann für Fahrzeuge aufgegriffen werden, die heute mit einer Antriebsleistung von mehr als 56 kW ausgestattet sind, indem der maßgebende Dieselmotor ein Downgrade (< 56 kW) erfährt und die restliche Leistung von bis zu 20 kW über einen Elektromotor bereitgestellt wird. Die restliche Struktur des Fahrzeuges, wie in Bild 02 schematisch angedeutet, bleibt unverändert. Die benötigte Batterie kann bei dieser Konfiguration mit einer Kapazität von ungefähr 6 kWh verhältnismäßig klein dimensioniert werden. Die Hauptaufgabe des Energiespeichers ist es, beim Bremsen oder bei geringem Leistungsbedarf Energie zu speichern. Für die wenigen Betriebspunkte, in denen mehr als 56 kW abgerufen wird, kann dem System ein batteriegespeister Boost überlagert werden. Für den Anwender entstehen keine funktionellen Nachteile im Vergleich zum heutigen System. Die Fahrzeuge der hier behandelten Leistungsklasse bieten sich für ein solches System besonders an, da in diesem Segment ein Arbeiten unter ständiger Volllast die Ausnahme darstellt. Zudem ist es denkbar auf diesem System aufbauend den elektrischen Leistungszweig über den Fahrantrieb hinweg zu erweitern, sodass kleinere Nebenverbraucher des Dieselmotors statt durch den Riemenantrieb separat elektrisch angesteuert werden. Hierbei wird der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs optimiert. Wird über die Systemgrenzen des Fahrzeuges hinausgegangen, kann zusätzlich elektrische Leistung an Anbaugeräte zur Versorgung von Präzisionsantrieben bereitgestellt werden. ERWEITERUNG ZU EINEM VOLLHYBRIDEN SYSTEM Durch die Integration weiterer Komponenten kann das System zu einem Vollhybriden ergänzt werden. Voraussetzung dazu ist, dass zusätzlich zu der genannten Kapazität weitere Batteriemodule in die Fahrzeugstruktur integriert werden können. Ein derartiger Systemaufbau ermöglicht beispielsweise einen kurzzeitigen vollelektrischen Betrieb. Auf diese Weise kann für Indoor-Anwendungen auf den emissions­ 01 Stufen der Elektrifizierung www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2018/04 31

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