Elektrische Antriebsstränge – robuste, zuverlässige und leistungsfähige Komponenten für zusätzliche Antriebseinheiten an Elektroarbeitsfahrzeugen

Hintergrund:

Robustheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit sind Schlüsselkriterien bei der Herstellung wettbewerbsfähiger Komponenten als Bestandteile elektrischer Antriebsstränge, die als Antrieb von Elektrofahrzeugen und von Arbeitsausrüstung, die  an sogenannten ’electric bodies’ von Arbeitsfahrzeugen montiert sind, eingesetzt werden (z.B. bei Müllfahrzeugen, Schlammsaugern, Fegemaschinen und Hebebühnen). Die in den elektrischen Antriebssträngen eingesetzten Komponenten arbeiten mit hohen Leistungen, und die Herausforderungen bei der Entwicklung und Herstellung wettbewerbsfähiger Komponenten und Systeme beziehen sich in weitem Ausmaß auf leistungselektronische Problemstellungen. Deshalb besteht ein Bedarf nach Wissen auf einem hohen wissenschaftlichen Niveau innerhalb dieses Bereiches zur Unterstützung der industriellen Möglichkeiten zur Herstellung von Komponenten und Systemen für elektrische Antriebsstränge. Insbesondere Design und Entwicklung von Frequenzwandlern, Motorsteuerung und Systemen zur Batteriesteuerung sind wichtig.

In Syddanmark arbeitet eine Gruppe von Unternehmen zur Zeit an der Entwicklung und Herstellung von zusätzlichen Antriebssträngen (’accessory drive lines)’, die speziell auf die Elektrifizierung von an Arbeitsfahrzeugen montierter Ausrüstung ausgerichtet sind. Innerhalb dieses Segments von Fahrzeugen wird erwartet, dass sich durch Elektroantrieb eine relativ hohe Energieeinsparung erzielen lässt. Dies beruht darauf, dass Strom als Antriebsenergie für die montierte Arbeitsausrüstung energieeffizienter ist als Verbrennungsmotoren, die für die Fortbewegung der Fahrzeuge hergestellt und optimiert sind. Gleichzeitig lässt sich die Emission von Partikeln und Lärm von den Arbeitsfahrzeugen, die oft in städtischen Gebieten eingesetzt werden, erheblich reduzieren, wenn die montierte Arbeitsausrüstung mit Strom betrieben wird. Daraus ergeben sich gute Marktchancen für kosteneffiziente elektrische Antriebsstränge, die Herstellern von Arbeitsfahrzeugen angeboten werden können.

Die Elektrifizierung von an Arbeitsfahrzeugen montierter Ausrüstung kann in gewissem Ausmaß mit angepassten Antriebssträngen erfolgen, die durch Integration vorhandener Komponenten entwickelt wurden. Angewandte Forschung in der Leistungselektronik ist jedoch erforderlich zur Unterstützung von Entwicklung und Einsatz wettbewerbsfähiger und angepasster Komponenten, die in den Nischenmärkten für elektrische Antriebsstränge für Ausrüstung an Arbeitsfahrzeugen eingesetzt werden können.

Ziele und Ergebnisse:

Vor diesem Hintergrund wird angewandte Forschung eingesetzt mit dem übergeordneten Ziel, Herausforderungen in der Leistungselektronik bezüglich Design und Entwicklung robuster, zuverlässiger und leistungsfähiger Komponenten für den Einsatz in elektrischen Antriebssträngen für ’electric bodies’ an Arbeitsfahrzeugen zu lösen. Die Forschungszusammenarbeit findet als ein Ph.D.-Studium an der SDU-ITI statt. Sie erfolgt in einer Zusammenarbeit mit der Gruppe von Unternehmen, die elektrische Antriebsstränge für Arbeitsfahrzeuge entwickeln. Auf diese Weise wird die theoretische und experimentelle Forschungsarbeit zur Lösung grundlegender leistungselektronischer Herausforderungen in Verbindung mit der Entwicklung und Herstellung zusätzlicher Antriebseinheiten zur Elektrifizierung von an Arbeitsfahrzeugen montierter Ausrüstung beitragen. Innerhalb dieser Rahmen werden folgende Hauptergebnisse erwartet:

1. Erstellung eines detaillierten Forschungsplans für eine spezifische leistungselektronische Herausforderung, die im Hinblick auf die Entwicklung einer ausgewählten und optimierten kundespezifischen Komponente für zusätzliche Antriebseinheiten zur Elektrifizierung von an Arbeitsfahrzeugen montierter Ausrüstung zu untersuchen ist. Der Forschungsplan enthält eine Problemidentifikation und eine Problemanalyse, Ziele, Methoden, Aktivitäten sowie eine Beschreibung des derzeitigen Stands der Entwicklung. Der Plan basiert auf einem Konzept angewandter Forschung unter Einbeziehung von Forschern, die mit Unternehmen zusammenarbeiten, die zusätzlichen elektrischen Antriebseinheiten entwickeln.
    
2. Durchführung theoretischer Analysen technischer Möglichkeiten und Grenzen bei der Entwicklung ausgewählter und optimierter leistungselektronischer Komponenten für zusätzliche Antriebseinheiten, die die Aspekte Robustheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit umfassen.
    
3. Entwicklung eines technischen Designs und Spezifikationen für experimentelle Forschungstätigkeit über die Optimierung ausgewählter leistungselektronischer Komponenten für zusätzliche Antriebsstränge.
    
4. Durchführung experimenteller Forschungsaktivitäten durch Testschaltungen und Tests ausgewählter leistungselektronischer Komponenten für zusätzliche Antriebsstränge im Labor.
    
5. Vermittlung von Ergebnissen durch wissenschaftliche Artikel und andere einschlägige Medien.

Verantwortlicher Partner:

Syddansk Universitet
Institute of Technology and Innovation (SDU-ITI)
Niels Bohrs Allé 1, 5230 Odense M
Associate Professor

Morten Nymand

mny@iti.sdu.dk
+45 6550 7427