Übertragungsverluste in batterieelektrischen Fahrzeugen haben im Vergleich zu verbrennungsmotorischen Antriebssträngen einen größeren Anteil am Gesamtenergieverbrauch und spielen daher eine große Rolle. In diesem Beitrag werden drei Simulationsmodelle des Instituts für Kraftfahrzeugtechnik vorgestellt.
Johannes Hengst (TWAICE, TU Braunschweig), Matthias Werra (TU Braunschweig) & Ferit Küçükay (TU Braunschweig)
Die Übertragungsverluste in batterieelektrischen Fahrzeugen haben im Vergleich zu verbrennungsmotorischen Antrieben einen größeren Anteil am Gesamtenergieverbrauch und spielen daher eine große Rolle.
Außerdem fließt die Leistung nicht nur beim Antrieb durch die Getriebe, sondern auch bei der Rekuperation, wodurch sich Effizienzsteigerungen doppelt auswirken. Die Untersuchung der Übertragungsverluste von Elektrofahrzeugen spielt daher eine große Rolle.
In diesem Beitrag werden drei Simulationsmodelle des Instituts für Kraftfahrzeugtechnik (das verlustkartenbasierte Simulationsmodell, das modulare Simulationsmodell und das 3D-Simulationsmodell) vorgestellt. Das verlustkartenbasierte Simulationsmodell berechnet die Getriebeverluste für Elektro- und Hybridgetriebe, wobei drei Stirnradgetriebekonzepte für batterieelektrische Fahrzeuge untersucht werden. Zu den Getriebekonzepten gehören ein Ein-Gang-Getriebe als Referenz und zwei Zweigang-Getriebe.
Anschließend werden die Übertragungsverlustkarten in das modulare Simulationsmodell (Rückwärtssimulation) und in das 3D-Simulationsmodell (Vorwärtssimulation) integriert, wodurch die Simulationsergebnisse verbessert werden. Das modulare Simulationsmodell berechnet den optimalen Betrieb der Getriebekonzepte und das 3D-Simulationsmodell stellt das realistischere Verhalten der Getriebekonzepte dar. Die verschiedenen Übertragungskonzepte werden im Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle untersucht und hinsichtlich der Übertragungsverluste sowie des Gesamtenergiebedarfs bewertet.
Mit dem kennfeldbasierten Simulationsmodell lassen sich die Getriebeverluste in die einzelnen Komponentenverluste aufschlüsseln, so dass bereits im frühen Entwicklungsstadium Getriebekonzepte auf ihren Wirkungsgrad hin untersucht und bewertet werden können, um optimale Antriebsstränge für elektrische Achsantriebe zu entwickeln. Durch die detaillierte Betrachtung der Getriebeverluste mit hoher Genauigkeit können weniger effiziente Konzepte bereits in einem frühen Entwicklungsstadium eliminiert werden. Dadurch werden nur relevante Konzepte als Prototypen gebaut, was die Entwicklungskosten reduziert.
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