Gesamtsystemoptimierung eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs für den Non-Road-Einsatz

01.03.2011 - 28.02.2014
Forschungsförderungsprojekt
Mit Euro Stage IV bzw. Tier 4 tritt 2013/2014 eine Emissionsgesetzgebung in Kraft, welche eine Abgasnachbehandlung auch im Non-Road-Bereich unabdingbar macht. Nach der dras-tischen Reduktion von Stickoxid- und Partikel-Emissionen, welche in den letzten 15 Jahren durch die Legislative vorangetrieben wurde, wird in nächster Zukunft die Absenkung des Kraftstoffverbrauches stärker in den Vordergrund rücken. Die Hybridisierung kann ein geeignetes Mittel darstellen, um die beiden Aufgaben Emissi-ons- sowie Verbrauchsreduktion voranzutreiben und zwischen diesen beiden Zielen eine Optimierung zu ermöglichen. Um bezüglich der Gesamtsystemkosten wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es jedoch erforderlich, Teile des Motors oder der Abgasnachbehandlung zu redu-zieren oder aber zumindest zu vereinfachen. Zusammengefasst enthält das Forschungsvorhaben folgende Umfänge: Verbrennungskonzepte: In einem ersten Schritt werden unterschiedliche (alternative) Verbrennungskonzepte durch Grundlagenuntersuchungen an einem Forschungsmotor (Einzylindermotor) bewertet, die nach Abschluss auf einen 6-Zylinder Vollmotor (ca. 270 kW) übertragen werden. Als wesent-licher Inhalt ist dabei die Anwendung und Bewertung von Verbrennungskonzepten zu sehen, die erst in einem Hybridantrieb sinnvoll einsetzbar werden (z. B. aufgrund einer möglichen Eingrenzung der genutzten Dieselmotor-Betriebsbereiche und einer Phlegmatisierung). Anforderungsanalyse: Damit das Gesamtkonzept allgemein auf Baumaschinen anwendbar ist, müssen die an den Non-Road-Hybridantrieb gestellten Anforderungen vollständig bekannt sein. Daher werden Lastzyklen von verschiedenen Zielgeräten erhoben. Es ist sicherzustellen, dass innerhalb dieses Arbeitspaketes das zumeist sehr unterschiedliche Einsatzspektrum eines jeweiligen Zielgerätes abgedeckt wird. Batteriemodellierung für Non-Road-Bereich: Es ist die Entwicklung und Online-Bedatung von Batteriemodellen für den Non-Road-Bereich erforderlich. Diese werden zur Realisierung reproduzierbarer Prüfstandstests am Gesamt-system mittels eines echtzeitfähigen Batteriesimulators benötigt. Adaptives Energiemanagement: Damit die im Hybridantrieb vorhandenen Freiheitsgrade optimal genutzt werden können, wird ein Energiemanagement entwickelt. Einerseits soll das Energiemanagement generisch gehalten werden, damit dieses mit unterschiedlichen Strategien hinterlegt werden kann und es dadurch optimal auf unterschiedliche Zielgeräte und unterschiedliche Anwendungen adaptiert werden kann bzw. dieses sogar autark erfolgt. Ein wesentlicher Bestandteil des Energiemanagements ist eine modellprädiktive zyklusbasierte Folgeregelung. Validierung des Gesamtsystems: Abschließend erfolgt eine Konzeptabsicherung durch den Aufbau des Hybridantriebs an ei-nem Prüfstand durch Integration obiger Komponenten und eines Starter-Generators (65 kW elektrisch). Das innerhalb dieses Forschungsvorhabens entwickelte und optimierte Gesamtkonzept kann in einem Folgeprojekt auf ein Zielgerät angewendet werden, sodass ein Funktionsträger für weitere Untersuchungen zur Verfügung steht.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Auftrag/Kooperation

  • Liebherr Machines Bulle SA

Förderungsmittel

  • Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG)

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Energy and Environment

Schlagwörter

DeutschEnglisch
MechatronikMechatronics
Hybridantriebhybrid drive

Externe Partner_innen

  • Technische Universität Graz