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Mobile Maschinen 6/2019

Mobile Maschinen 6/2019

01 Integriertes

01 Integriertes Motorkonzept zur Realisierung eines achsnahen Antriebes Rotor, und der in das Gehäuse des E-Motors eingebrachten zusätzlichen Planeten-Getriebestufe gebildet. Gleichzeitig dient das Gehäuse zur Lagerung der Pendelachse und der Abstützung des Antriebsmomentes (Bild 01). Die Rotorwelle des Elektromotors ist dabei die Sonnenwelle des Reduziergetriebes. Das Gehäuse des E-Motors übernimmt die Funktion des Hohlrades, sodass der Abtrieb über den Planeten träger unmittelbar auf das Achsdifferential wirkt. Hierbei kann wiederum aufgrund der kompakten Bauweise und der angepassten Anbindung des Elektromotors eine Standardachse verwendet werden. Je nach Fahrzeugarchitektur ist die Ansteuerung der Antriebseinheiten unterschiedlich komplex. Werden wie im AVL e-Traktor zwei angetriebene Achsen verwendet, deren Antrieb lediglich über den zu befahrenden Untergrund miteinander gekoppelt ist, muss die Regelung der Motoren aufeinander abgestimmt sein. Hierbei sind durch die am Markt verfügbaren Wechselrichter sowohl Drehmomenten- als auch Drehzahlregelungen möglich. Bei einer reinen Drehzahlregelung können schon kleine Abweichungen der Abrollradien, bspw. durch unterschiedliche Achsballastierung, Schlupf zwischen beiden Antriebsachsen erwirken und somit Blindleistung zur Folge haben, die sich negativ auf den Systemwirkungsgrad auswirkt. Werden hingegen beide Achsen über das Antriebsmoment geregelt, muss dieses zur Vermeidung von Schlupf in Abhängigkeit von der Achslastverteilung sowie den Bodenverhältnissen fortlaufend angepasst werden. Als ideal wird stattdessen ein System betrachtet, bei dem eine als primär definierte Achse drehzahlgesteuert die Fahrzeuggeschwindigkeit vorgibt, während sich die sekundäre Achse am Drehmoment-Feedback der Primärachse orientiert und entsprechend mitläuft. INTEGRATION DER BATTERIE Die Batterie stellt nicht zuletzt wegen des hohen Kostenfaktors die Kernkomponente eines vollelektrischen Fahrzeuges dar. Während ein Ausfall der Batterie bei heutigem Preisniveau einem wirtschaftlichen Totalschaden gleichkommt, stellt sie als Energiequelle des Hochvoltsystems im Zuge von Wartungsarbeiten oder im Fall eines Unfalls ein erhöhtes Gefährdungspotenzial dar. Zur Risikominimierung dienen Sicherheitssysteme wie beidseitige Trennrelais, eine dauerhafte Isolationsüberwachung sowie eine zusätzliche Sensorik zur Überwachung der Systemspannungen und -ströme (Bild 02). Diese können in einer Elektronikeinheit zusammengefasst werden, die wiederum mehrere Batteriemodule absichert. Generell gibt es, abhängig von Einsatzbedingungen und Bauraum, unterschiedliche Zelltypen, die für mobile Anwendungen zum Einsatz kommen. Um den komplexen Bauraum des e-Traktors möglichst gut ausnutzen und die Batterie ins Fahrzeug integrieren zu können, werden aufgrund ihrer Bauform Rundzellen verwendet. Diese Hochkapazitätszelle auf Nickel-Mangan-Cobalt-Basis stellt eine hohe Kapazität bereit, kann aber nur mit geringeren Strömen belastet werden. Die verhältnismäßig geringe Leistungsabgabe pro Zelle wird durch eine ausreichend groß dimensionierte Batterie ausgeglichen, wodurch die vom Kunden geforderte, für einen Arbeitstag ausreichende Zykluszeit erreicht wird. Bei der Systemauslegung spielt das Verhältnis zwischen Batterieleistung und Batteriekapazität eine entscheidende Rolle, die sogenannte C-Rate. Beim AVL e-Traktor liegt der Wert aufgrund des auf jede einzelne Zelle gesehen geringen Stroms bei C = 0,6, was einer Hochkapazitätsbatterie gleichkommt. DIREKTER KONTAKT 02 Beispielhaftes elektrisches Schaltbild einer Fahrzeughochvoltbatterie Thomas Woopen Development Engineer Vehicle thomas.woopen@avl.com 26 Mobile Maschinen 2019/06 www.mobile-maschinen.info

Für eine Serienlösung kann über eine gezielte Seriell- und Parallelschaltung von Rundzellen das Batteriepaket an die Fahrzeugspezifikation adaptiert werden. Für eine Zielkapazität von 140 kWh und eine Bordnetz-Nennspannung von 700 V DC sind 7 640 einzelne Zellen im Format 21 700 im Bauraum unterzubringen und zu verbauen (40 parallelgeschaltete Systeme). Im Prototypenstadium ist ein solch hoher Entwicklungs- und Validierungsaufwand häufig jedoch weder zeitlich noch finanziell realisierbar. Für erste Systemaufbauten können Standardbatteriemodule aus dem Automobilbereich mit einer geringeren Kapazität verwendet werden. Auch wenn die Nutzung des verfügbaren Bauraumes durch diese Module mit einem Packaging auf Zellebene nicht vergleichbar ist, kann über die Verschaltung mehrerer Module eine für Testzwecke aus reichende Kapazität von 20 kWh bei Einhaltung des Spannungslevels von 700 V DC erreicht werden. Bild 03 zeigt das unterschiedliche Packaging einer potenziellen Serienkomponente mit Ziel kapazität (links) und einer kostengünstigen, innerhalb eines kurzen Zeitraumes entwickelten Prototypenbatterie (rechts). BEREIT FÜR HOCHAUTOMATISIERUNG Für eine Serienproduktion von batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen bietet ein auf die Anwendung angepasstes vollintegriertes Design der Kernkomponenten, insbesondere der Batterie und E- Motoren, neue Möglichkeiten der Komponentenintegration. Neben der optimierten Bauraumnutzung und der flexiblen Leistungsverteilung elektrischer Antriebe kann die Bedienung, so diese überhaupt noch erforderlich ist, bzw. eine intelligente Steuerung ein weiteres Alleinstellungsmerkmal am Markt sein: Der Trend ist „weg vom Fahrer, hin zum Controller“. Dazu wurde am AVL e-Traktor diverse Sensorik zur Hochautomatisierung und Autonomie installiert. Durch diese neuen technischen Möglichkeiten werden sich Arbeitsprozesse in den nächsten Jahren stark verändern. Hierzu sind seitens AVL auf Basis des e-Traktors weitere Untersuchungen des Gesamtsystems „Traktor/ Arbeitsgerät“ geplant, um mögliche Prozessveränderungen und -verbesserungen zu identifizieren und deren konstruktiven und steuerungstechnischen Einfluss auf die eigentliche Maschine aufzuzeigen. Bilder: AVL Commercial Driveline & Tractor Engineering GmbH www.avl.com 03 Vergleich einer vollintegrierten Serienbatterie (links) zu einer funktionellen Prototypenbatterie (rechts) PERFEKTION VON TECHNIK BIS SERVICE Pumptechnik vonVogelsangsteht für technische Innovationen, dieeine lange Standzeit,minimale Betriebskosten und einen einfachen und schnellen Service sichern. Das ist unser Versprechen für wirtschaftliches und optimales Güllemanagement. pumps-for-life.de Besuchen Sie uns: Halle23, StandB35

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