AOSAplus Range-Extender

In dem Gesamtkonzept unseres Batterie-Oberleitungsbusses ist die Installation eines Range-Extenders (REx) vorgesehen, um das Zurücklegen von längeren Strecken ohne Oberleitung zu ermöglichen. Der Bus verfügt zwar über eine ca. 85 kWh große Hochvoltbatterie, diese reicht jedoch unter günstigen Bedingungen nur für eine Strecke von ca. 60 km.

Zu Beginn der Entwicklung des Range-Extenders wurden allgemeine Anforderungen erarbeitet.

Um den Range-Extender zweckmäßig auslegen zu können, wurden alle notwendigen Randbedingungen ermittelt, wie zum Beispiel Fahrzeugdaten und Anforderungen hinsichtlich Größe, Gewicht, Einfachheit, Dauerleistung und Schadstoffemission.

CAD-Entwurf des Range-Extenders

Der Range-Extender besteht aus einer Elektromaschine mit integriertem Wechselrichter und einem Verbrennungsmotor. Eine umfassende Recherche nach geeigneten Verbrennungsmotoren ergab, dass ein Motor aus dem Pkw-Segment die Anforderungen am besten erfüllt.

Es folgten nähere Untersuchungen des Verbrennungsmotors auf den Motorenprüfständen der WHZ, um anhand der ermittelten Daten für diese Anwendung den am besten geeigneten Arbeitsbereich zu lokalisieren. Das Verhalten des Range-Extenders in Verbindung mit dem Hochvoltsystem des Busses wurde mittels einer Simulation analysiert, um die an den Range-Extender gestellten Lastanforderungen zu eruieren. Auf dieser Grundlage wurde anschließend eine Betriebsstrategie für den Range-Extender entwickelt.

Anfang 2020 wurde der Range-Extender komplementiert und anschließend erste Tests der Einheit durchgeführt. Um Beschädigungen am Batterie-Oberleitungsbus, im Besonderen an der Hochvoltbatterie, zu vermeiden, wurden die ersten Testläufe des Gesamtsystems REx im September auf der Teststrecke der WHZ an der Oberleitung absolviert. Dazu wurden die Hochvoltkabel des Range-Extenders über eine ent-sprechende Vorladeschaltung an die Oberleitung angeschlossen, um die nötige Versorgungsspannung für den Start der Einheit zur Verfügung zu stellen. Da der Range-Extender über den integrierten Generator gestartet wird, ist zum Start Hochspannung notwendig.

Ein komplexes Steuermodul bot dafür unter anderem Funktionen wie die Ansteuerung der Gaspedalsignale, die Notaussteuerung und –detektion sowie eine CAN-Schnittstelle, mit der der Generator auf die Betriebspunkte eingestellt werden konnte. Bei den ersten Testläufen lag das Augenmerk auf der richtigen Funktion der Software, dem Thermomanagement, dem ordentlichen Lauf aller mechanischen Komponenten und dem Erreichen der benötigen elektrischen Leistung. Zu diesem Zweck dienten große Widerstände zur Darstellung der Last, wenn der Range-Extender später im Bus zum Laden der Batterie eingesetzt wird. Durch diese Vorgehensweise konnten alle Arbeitszustände und Funktionen des Range-Extenders (Leerlauf, Teillast- und Vollastbetrieb) außerhalb des Busses überprüft werden. Weiterhin wurden mögliche Fehlerfälle simuliert und die Einleitung entsprechender Notfallmaßnahmen überprüft.

Der Einbau des REx in den Technologieträger und die Einbindung in das Gesamtsystem Batterie-Oberleitungsbus wird aktuell vorbereitet und erfolgt in den nächsten Wochen.

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