21. – 22. Februar 2017

BS Hybridsymposium Dipl.-Ing. Andreas Lange

Modular DHT Ein modulares Konzept für elektrifizierte Antriebe

1. Einleitung & Motivation

2. Fahrzeugparameter und Antriebsbedarf

3. Modularer DHT Baukasten

4. Modulares 3G DHT

5. Zusammenfassung

2

Gliederung

Einleitung & Motivation

3

Min

. E

M-S

um

me

nle

istu

ng

∑P

EM

[k

W]

0 50 100 150 200 250

100

200

300

400

500

VKM-Leistung PVKM [kW]

0

Serieller Hybrid*)

*) Annahme: Ideale EM

EM

50 kW

EM

50 kW 50 kW

8G DCT EM

Einleitung & Motivation

4

Min

. E

M-S

um

me

nle

istu

ng

∑P

EM

[k

W]

0 50 100 150 200 250

100

200

300

400

500

VKM-Leistung PVKM [kW]

0

*) Annahme: Ideale EM

„Optimales“ Hybridkonzept

abhängig von VKM-Leistung

Serieller Hybrid*)

Je mehr VKM-Leistung

desto sinnvoller mech. Anteil

Einleitung & Motivation

5

EM2 EM1

S

P

H

EM1

EM2

EM1 8G DCT

€ Viele verschiedene

Einzelentwürfe

? Baukastenstruktur

⇒ Synergien

1. Einleitung & Motivation

2. Fahrzeugparameter und Antriebsbedarf

3. Modularer DHT Baukasten

4. Modulares 3G DHT

5. Zusammenfassung

6

Gliederung

Fahrzeugparameter

7

C-Segment

m kg 1500

mzu kg 400

cw · A m2 0.59

fR0 - 8∙10-3

FReib N 40

mfront / m % 60

mfront / (m + mzu) % 50

0 20 40 60 80 100

20

40

60

80

100

Sp

ez. D

reh

mo

men

t

MV

KM /

MV

KM

,ma

x [

%]

Spez. Drehzahl nVKM / nVKM,max [%] Vereinfachung:

Konstante Fahrzeugparameter

Variation der VKM-Leistung:

50 kW bis 250 kW

Bedarfskennfeld

8

0 50 100 150 200 250

2000

4000

6000

8000

10000

Zu

gk

raft

[N

]

Geschwindigkeit [km/h]

Max. Steigung bei voller Beladung

300

P = 250 kW

P = 50 kW

P = 150 kW Ebener

Fahrwiderstand

Bedarfskennfeld muss stets abgedeckt werden

SOC niedrig !

1. Einleitung & Motivation

2. Fahrzeugparameter und Antriebsbedarf

3. Modularer DHT Baukasten

4. Modulares 3G DHT

5. Zusammenfassung

9

Gliederung

Modularer DHT Baukasten

10

S

R

C

S

C

R

D

C1

PGS1

i0 = -2.0

PGS2

i0 = -2.0

B2 B1 B3

EM

1

EM

2

EM

3

C2

C3

Antriebskonzepte

3x BEV (1-, 2- und 3-Gang)

3x (P)HEV

Modularer DHT Baukasten

15

S

R

C

S

C

R

D

C1

PGS1

i0 = -2.0

PGS2

i0 = -2.0

B2 B1 B3

EM

1

EM

2

EM

3

C2

C3

Antriebskonzepte

3x BEV (1-, 2- und 3-Gang)

3x (P)HEV

Modularer DHT Baukasten: Power Split DHT

16

S

R

C

S

C

R

D

PGS1

i0 = -2.0

PGS2

i0 = -2.0

B3*)

EM

1

EM

2

*) Optional für PHEV

Hybridmodi:

eCVT

Skalierbarkeit Antriebe

17

0 50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

Min

ima

le E

M-S

um

me

nle

istu

ng

PE

M1 +

PE

M2 [

kW

]

VKM Leistung PVKM [kW]

0

PS DHT, iD = 2.0, vmax,th = 230 km/h

SOC niedrig

PS DHt, iD = 3.0, vmax,th = 155 km/h

Modularer DHT Baukasten: Multi Mode DHT

18

S

R

C

S

C

R

D

C1

PGS1

i0 = -2.0

PGS2

i0 = -2.0

B1 B3

EM

1

EM

2

Hybridmodi:

eCVT 1, eCVT 2

Skalierbarkeit Antriebe

19

0 50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

0

MM DHT, iD = 4.0,

vmax,th = 230 km/h

SOC niedrig

PS DHT, iD = 2.0, vmax,th = 230 km/h

Leistungs-

reduktion

in eCVT 1 Leistungs-

erhöhung

in eCVT 2

Min

ima

le E

M-S

um

me

nle

istu

ng

PE

M1 +

PE

M2 [

kW

]

VKM Leistung PVKM [kW]

Modularer DHT Baukasten: 3G DHT

20

S

R

C

S

C

R

D

PGS1

i0 = -2.0

PGS2

i0 = -2.0

B2 B1 C2

C3

EM

3

EM

1

EM

2

B3

C1

Hybridmodi:

eCVT, 3 Gänge

Skalierbarkeit Antriebe

21

0 50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

0 3G DHT, iD = 4.0, vmax,th = 230 km/h

SOC niedrig

MM DHT, iD = 4.0,

vmax,th = 230 km/h

Leistungs-

reduktion

in eCVT 1 Leistungs-

erhöhung

in eCVT 2

PS DHT, iD = 2.0, vmax,th = 230 km/h

Min

ima

le E

M-S

um

me

nle

istu

ng

PE

M1 +

PE

M2 +

PE

M3 [

kW

]

VKM Leistung PVKM [kW]

Hybridkonzepte: El. und mech. Anteile

22

Min

. E

M-S

um

me

nle

istu

ng

∑P

EM

[k

W]

0 50 100 150 200 250

100

200

300

400

500

VKM-Leistung PVKM [kW]

0

*) Annahme: Ideale EM

„Optimales“ Hybridkonzept

abhängig von VKM-Leistung

Serieller Hybrid*)

Je mehr VKM-Leistung

desto sinnvoller mech. Anteil

PS DHT

MM DHT

3G DHT

1. Einleitung & Motivation

2. Fahrzeugparameter und Antriebsbedarf

3. Modularer DHT Baukasten

4. Modulares 3G DHT

5. Zusammenfassung

23

Gliederung

Lieferkennfeld 3G DHT, PVKM = 200 kW

24

0 50 100 150 200 250

2000

4000

6000

8000

10000

Zu

gk

raft

[N

]

Geschwindigkeit [km/h]

Max. Steigung bei voller Beladung

300

P = 200 kW eCVT

1. Gang

2. Gang 3. Gang

Zugkraftlücke SOC niedrig

200 kW

0 30 60 90 120 150

0

Dre

hza

hl [1

/min

]

Geschwindigkeit [km/h]

180

1000

2000

3000

-1000

4000

5000

6000

eCVT mit einer Elektromaschine

25

PGS1

i0 = -2.0

EM3

MVKM = 200 Nm

MEM = 400 Nm

Laden

der Batterie

PEM = 2⋅π⋅ MEM ⋅ nEM

> 0 < 0

SOC niedrig

S

R

C

eCVT mit einer Elektromaschine

26

SOC hoch

0 30 60 90 120 150

0

Dre

hza

hl [1

/min

]

Geschwindigkeit [km/h]

180

1000

2000

3000

-1000

4000

5000

6000

PGS1

i0 = -2.0

EM3

MVKM = 200 Nm

MEM = 400 Nm

S

R

C

Entladen

der Batterie

Drehzahllücke

Beim Anfahren

Laden

der Batterie

eCVT mit einer Elektromaschine

27

Drehzahllücke

Beim Anfahren

SOC hoch

0 30 60 90 120 150

0

Dre

hza

hl [1

/min

]

Geschwindigkeit [km/h]

180

1000

2000

3000

-1000

4000

5000

6000

PGS1

i0 = -2.0

EM3

MVKM = 200 Nm

MEM = 400 Nm

S

R

C

Entladen

der Batterie

Ohne Anfahrelement: 1. VKM muss vom Antriebsstrang getrennt werden können.

2. Anfahrkriterien (Zugkraftgrenze) gelten auch für

elektrischen Betriebsmodus !

Qualitativer Vergleich DHT mit 1 EM und 2 EM

28

DHT 1 EM DHT

2 EM

Unter allen Bedingungen

leistungsstarker E-Antrieb notwendig

Nur eine EM notwendig

Gute Skalierbarkeit bzgl. PVKM

Eingeschränkte Wahl

der VKM-Betriebspunkte

Zwei EM notwendig

Freie Wahl von

VKM-Betriebspunkten

Leistungsfähig auch bei

eingeschränkter Batterieleistung

Konzeptabhängig eingeschränkte

Skalierbarkeit bzgl. PVKM

Niedriger mechanischer Aufwand

Hoher Getriebewirkungsgrad

Gegenüber Add-on Konzepten:

EM3 EM1 EM2

Identifikation modulare Hybridkonzepte

29

DHT 1 EM DHT

2 EM

EM3 EM1 EM2

? Baukastenstruktur

⇒ Gleiche Auslegung? ⇒ Synergien

DHT

Identifikation modulare Hybridkonzepte

30

Variation aller

Übersetzungen

3G DHT

EM3

200 kW

0 20 40 60 80 100

20

40

60

80

100

Sp

ez.

EM

-Dre

hm

om

en

t

ME

M /

ME

M,m

ax [

%]

Spez. EM-Drehzahl nEM / nEM,max [%]

PEM = konst.

S

R

C

i0

S

S

iX

PS

DHT

EM1 EM2

50 kW

Parameterstudie 3G DHT im WLTP

31

5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

Hybridische Beschleunigung

0-100 km/h [s]

7.0

4.50

Kra

fts

toff

ve

rbra

uc

h B

S [

l/1

00

km

]

17.8 18.2 18.6

4.05

4.10

4.15

4.20

4.25

Hybridische Beschleunigung

0-100 km/h [s]

19.0

4.00

SOC niedrig

∑ 2209

Konzepte

∑ 10.130

Konzepte

SOC niedrig

3G DHT

EM3

200 kW PS

DHT

EM1 EM2

50 kW

Parameterstudie 3G DHT im WLTP

32

5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

Hybridische Beschleunigung

0-100 km/h [s]

7.0

4.50

Kra

fts

toff

ve

rbra

uc

h B

S [

l/1

00

km

]

17.8 18.2 18.6

4.05

4.10

4.15

4.20

4.25

Hybridische Beschleunigung

0-100 km/h [s]

19.0

4.00

3G DHT

modular

3G DHT

optimal -1 %

-6 %

-2 %

PS DHT

modular

PS DHT

optimal

SOC niedrig SOC niedrig

1. Einleitung & Motivation

2. Fahrzeugparameter und Antriebsbedarf

3. Modularer DHT Baukasten

4. Modulares 3G DHT

5. Zusammenfassung

33

Gliederung

Zusammenfassung

34

Kontakt

35

Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit!

Dipl.-Ing. Andreas Lange

Institut für Fahrzeugtechnik

TU Braunschweig

Hans-Sommer-Str. 4

38106 Braunschweig

Tel.: +49 (0)531 391-7790

an.lange@tu-bs.de

http://www.iff.tu-bs.de