Entwicklung einer Methode zur Analyse der Energieströme in teilelektrischen sowie vollelektrischen Antriebssträngen für On- und Off-Road-Fahrzeuganwendungen

Autoren

Dipl.-Ing. Josef Markus Ratzinger, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, Technische Universität Graz

Jahr

2021

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Die Studie befasst sich mit der Elektrifizierung von Antriebsträngen mobiler Arbeitsmaschinen. Der Fokus liegt auf Maschinen mit einem überwiegenden Teil an Fahraufgaben. Die Motivation dafür ist eine zunehmend restriktivere Gesetzgebung. Analog dem Pkw- und Lkw-Sektor ist zu erwarten, dass auch für mobile Arbeitsmaschinen eine CO₂-limitierende Gesetzgebung eingeführt wird. Durch die direkte Korrelation zwischen CO₂ und Kraftstoffverbrauch werden zum einen Effizienzsteigerungen und zum anderen die Entwicklung elektrischer Antriebe vorangetrieben. Aus diesem Grund wird hier der Frage nachgegangen, wie eine sinnvolle Elektrifizierung aussehen kann. 
Dazu wird ein bestehender Aufbau untersucht und in eine allgemeine Struktur übergeführt. Aufbauend darauf werden unterschiedliche alternative Konfigurationen des Antriebsstrangs erstellt und mittels Simulation verglichen. Die Hauptkomponenten in diesen Systemen werden anhand von stationären Wirkungsgrad-Kennfeldern abgebildet. Ziel ist eine vorwiegend energetische Bewertung der Antriebsstränge.
Zunächst wird der Vergleich zwischen konventionellem und rein elektrischem Antrieb dargestellt. Die Hemmnisse der Umsetzung eines rein elektrischen Antriebs werden näher beleuchtet. Je höher die mittleren Leistungen einer bestehenden Maschine sind, desto schwieriger lässt sich ein rein elektrischer Antriebsstrang wirtschaftlich sinnvoll darstellen. Eine vereinfachte Abschätzungsmethode wurde dafür entwickelt. In weiterer Folge werden
außerdem ein Parallel- sowie ein Seriellhybrid-Antriebsstrang gegenübergestellt. Ein paralleler Antriebsstrang liefert in dieser Bewertung nicht unter allen Umständen Verbesserung. Seriellhybrid-Antriebsstränge sind effizienter als ein bestehender Antrieb und stellen damit eine sehr vielversprechende Form der Elektrifizierung dar.
Eine stark vereinfachte CO₂-Bilanzierung über die Lebensdauer von 10.000
Betriebsstunden schließt die Studie ab. Die Abhängigkeit vom Ort der Stromherstellung wurde dabei ebenfalls berücksichtigt.

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