Frank Otto

Markus Geimer

Markus Springmann

Peter Gratzfeld

Die Erstellung von verlustbehafteten numerischen Modellen elektrischer Komponenten für die Simulation von hybriden elektrischen Antriebssträngen ist für die Beurteilung der  Effizienz  zukünftiger  Antriebsstrang-Topologien  mobiler  Arbeitsmaschinen unabdingbar und hilft, den Entwicklungsprozess erheblich zu verkürzen. 
 
Alternative - und im speziellen hybride - Antriebe werden in vielen mobilen Arbeitsmaschinen auf absehbare Zeit die konventionellen Antriebe ergänzen oder in manchen Bereichen sogar ablösen.  Großer  Nutzen  hinsichtlich  Energieeinsparung  wird  durch  den  Einsatz  von elektrischen Komponenten insbesondere im Antriebsstrang erwartet. Welchen Aufwand und Nutzen neue Lösungen für hybride Antriebsstränge mit sich bringen, ist  jedoch  schwer  abzuschätzen.  Wünschenswert  wäre  es,  eine  Berechnungs- und Simulationsmöglichkeit  für  komplette  Antriebsstrang-Topologien,  Antriebssysteme  und Antriebsstrangkomponenten sowie Hilfs- und Nebenantriebe zur Verfügung zu haben, die auf verlustbehafteten  elektrischen  Komponenten  basieren.  Ein  solchermaßen  geschaffener Baukasten mit 1D Modellen verlustbehafteter elektrischer Komponenten für die numerische Simulation  wäre  sehr  hilfreich,  vor  der  konkreten  Realisierung  eines  Antriebsstranges Entscheidungshilfe zu leisten.
In verschiedenen Projekten hat der Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen Mobima am KIT seit  2006  skalierbare,  verlustbehaftete,  mechanische  und  hydraulische Antriebsstrangkomponenten erstellt und validiert. Im Weiteren wurden die Vor- und Nachteile diverser,  aktuell  käuflicher  Simulationstools  untersucht  und  bewertet.  Die  teils  sehr  einfach aufgebauten mitgelieferten Modelle in allen untersuchten Tools bilden die Verlustanteile der elektrischen Komponenten (noch) nicht vollständig ab. Daher wird bei Mobima derzeit an der Erweiterung  der  Komponentenmodelle  gearbeitet.  Antriebsmotoren,  Stromrichter  und Generatoren, Speicher wie Batterien und Super-Caps wurden in die Projekte einbezogen. Spezielle  fahrzeugtechnische Anforderungen  wie  dynamischer  Fahrbetrieb  unter  schnell veränderlichen Bauelement-Temperaturen, deren Einfluss die Effizienz der System-Topologie erheblich zu beeinträchtigen vermag, müssen in den Modellen abgebildet werden können. Die  dem  Lehrstuhl  Mobima  zum  heutigen  Zeitpunkt  vorliegenden  Erkenntnisse  zu  den Möglichkeiten der Modellierung elektrischer Komponenten für die Anwendung in Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen auf der Basis ausgewählter kommerzieller Tools werden anhand von Prüfstandsaufbauten und Untersuchungen von Nebenaggregaten dargestellt.