Systemanalyse einer elektrischen Achse für einen LKW-Anhänger

Die Reduzierung der Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen stellt eine der dringlichsten Herausforderungen der gegenwärtigen Zeit dar. Zur Erreichung dieses Ziels sind weitreichende Maßnahmen in allen politischen und wirtschaftlichen Sektoren erforderlich, wobei der Verkehrssektor eine zentrale Rolle spielt. Während die Elektrifizierung von Personenkraftwagen (PKW) bereits fortgeschritten ist, steht sie bei Lastkraftwagen (LKW) noch am Anfang. Insbesondere schwere LKW tragen maßgeblich an den globalen CO2-Emissionen bei. Neben der
Elektrifizierung der Zugmaschine von LKW eröffnet die Elektrifizierung der Anhänger, beispielsweise Kühlanhänger, weiteres Potenzial zur Emissionsminderung. ... mehrObwohl bereits elektrifizierte Systeme für diesen Zweck existieren,
beschränken sich die derzeit verfügbaren Marktangebote überwiegend auf die Kombination standardisierter Komponenten, ohne eine umfassende systemische Analyse vorzunehmen. Diese Dissertation stellt eine umfassende Analyse aller relevanten Systemkomponenten vor, indem alle individuell modellierten Komponenten mit MATLAB/Simulink in einer gekoppelten Simulation implementiert werden. Durch die Modellierung einzelner Komponenten und deren gekoppelte Simulation lassen sich unterschiedliche Kombinationen von Generatorleistung,
Getriebeübersetzung, Batteriekapazität, Fahrzyklen und dem Energieverbrauch von Kühlaggregaten untersuchen, um auf diese Weise die optimale Gesamtkonfiguration zu ermitteln. Die bestmögliche Lösung ermöglicht eine Einsparung von etwa 20 000 l Dieselkraftstoff und 50 tCO2 über die gesamte Lebensdauer eines LKW mit Kühlanhänger und erreicht dadurch eine Kostendeckung der Investitionen nach fünf Jahren Betriebsdauer. Zusätzlich zur Parameterstudie wird der aus der optimalen Konfiguration abgeleitete Generator prototypisch aufgebaut. Dessen elektromagnetische und thermische Eigenschaften werden durch Prüfstandsmessungen validiert, die eine sehr gute Übereinstimmung mit den Simulationsdaten zeigen.

The reduction of CO2 emissions is one of the most urgent challenges of our time. Achieving this goal requires comprehensive measures across all politic and economic sectors, with the transportation sector playing a central role. While the electrification of passenger cars is already making great progress, heavy-duty trucks contribute significantly to CO2 emissions. In addition to the electrification of the traction machine of trucks, the electrification of refrigerated trailers offers further potential for emission reduction. Although electrified systems for this purpose are already available, current market offerings lack a holistic sys tem analysis and primarily focus on the non-ideal combination of off-the-shelf components. ... mehrThis thesis presents a comprehensive analysis of all relevant system components by implementing a coupled simulation of individually modelled components in MATLAB/Simulink. By modeling individual components and performing coupled simulations, various combinations of generator power, transmission ratio, battery capacity, driving cycles, and the energy consumption of refrigeration units can be examined to determine the optimal overall configuration. The most optimal solution yields a reduction of approximately 20 000 l of diesel fuel and 50 t of CO2 over the entire lifespan of a refrigerated truck, achieving cost neutrality after five years of operation. In addition to the parameter study, the generator derived from the optimal configuration is manufactured. Finally, its electromagnetic and thermal properties are validated through test bench
measurements, showing very good agreement to the simulated data.