Technisches Konzept für die Elektrifizierung eines kommunalen Nutzfahrzeuges

Inhaltsverzeichnis

9 Einleitung

9.1 Motivation

9.2 Zielsetzung

9.3 Aufbau der Arbeit

10 Anforderungen

10.1 Technische Daten - konventionelle Motorisierung

10.2 Leistungsanforderung

10.2.1 Fahrleistung

10.2.1.1 Fahrleistung Fahrbetrieb

10.2.1.2 Fahrleistung Kehrbetrieb

10.2.1.3 Maximal- und Momentanleistung

10.2.2 Kehrleistung

10.2.3 Luftabsaugung

10.2.4 Hydraulikleistung

10.2.4.1 Kehrgutbehälter

10.2.4.2 Beseneinheit

10.2.4.3 Lenkung

10.2.4.4 Berechnung Hydraulikleistung

10.2.5 Hochdruckreiniger

10.2.6 Klimatisierung

10.2.6.1 Heizung

10.2.6.2 Klimaanlage

10.2.7 Sonstige Verbraucher

10.3 Nutzungsprofil

11 Konzept

11.1 Antriebsstrang

11.1.1 Grundlagen Elektromotor

11.1.1.1 Gleichstrommotoren Funktionsweise

11.1.1.2 Wechselstrommotor Funktionsweise

11.1.1.3 Motorenauswahl Antriebsmotoren

11.1.1.4 Motorenauswahl Bürsten

11.1.2 Elektrozylinder

11.1.3 Bordnetz

11.1.4 Leistungselektronik

11.1.4.1 Transistor

11.1.4.2 Gleichspannungswandler

11.1.4.3 Gleichrichter

11.2 Ladungsanforderung

11.3 Komponentenwechsel

11.3.1 Wegfallende Komponenten

11.3.2 Hinzukommende Komponenten

11.4 Konstruktiver Aufbau

11.4.1 Konventionelle Variante

11.4.2 Elektrifizierte Variante

11.4.3 Gegenüberstellung

12 Leistungsbilanz technische Anforderungen

13 Energiemanagement

13.1 Energiespeicher

13.1.1 Definition Akkumulator

13.1.2 Speichermöglichkeiten

13.1.3 Auswahl Energiespeicher

13.1.3.1 Vorteile eines Lithium-Ionen-Akkumulators

13.1.3.2 Nachteile eines Lithium-Ionen-Akkumulators

13.2 Batteriemanagement

13.3 Ladedauer

13.3.1 Normales Laden

13.3.2 Schnellladen

13.3.3 Induktive Lademöglichkeit

13.3.4 Rekuperation

13.3.4.1 Funktionsweise

13.3.4.2 Supercap

13.3.4.3 Beitrag zur Energieversorgung

13.4 Optimierung des Energieverbrauchs

13.4.1 Optimierung bei der Klimatisierung

13.4.2 Optimierung bei der Steuerungselektronik

13.4.3 Weitere Optimierungspotenziale

14 Leistungsbilanz Energiespeicher

15 Fazit / Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, ein tragfähiges technisches Konzept für die vollständige Elektrifizierung einer kommunalen Straßenkehrmaschine (Beispielobjekt: Titan 740 DCR) zu entwickeln. Dabei steht die Überprüfung im Fokus, ob aktuelle Technologien ausreichen, um den täglichen Einsatzbetrieb ohne Einbußen bei der Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

• Ermittlung der notwendigen Leistungsanforderungen für Antrieb und Kehrbetrieb
• Entwurf eines elektrischen Antriebsstrangs und Auswahl geeigneter Komponenten
• Analyse der Energiespeicher- und Lademöglichkeiten unter Berücksichtigung von BMS
• Gegenüberstellung konventioneller und elektrifizierter Antriebssysteme
• Untersuchung von Optimierungspotenzialen zur Steigerung der Energieeffizienz

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

9 Einleitung: Die Arbeit motiviert die Elektrifizierung von Kommunalfahrzeugen, definiert die Zielsetzung der Umrüstung einer Kehrmaschine und erläutert den Aufbau der Thesis.

10 Anforderungen: Es werden die technischen Daten des Basismodells sowie die Leistungsanforderungen für Antrieb, Kehrbetrieb, Hydraulik und Hilfsverbraucher präzise berechnet und in Szenarien zusammengefasst.

11 Konzept: Der technische Entwurf umfasst die Auswahl von Komponenten für den elektrischen Antriebsstrang, das Bordnetz, die Leistungselektronik sowie den konstruktiven Aufbau inklusive des Komponentenwechsels.

12 Leistungsbilanz technische Anforderungen: Die ermittelten Leistungsbedarfe werden den Werten verfügbarer Komponenten gegenübergestellt, um die prinzipielle Machbarkeit aus technischer Sicht zu belegen.

13 Energiemanagement: Dieses Kapitel behandelt die Dimensionierung des Energiespeichers, Batteriemanagementsysteme, Ladeverfahren, Rekuperation sowie Ansätze zur Optimierung der Energieeffizienz.

14 Leistungsbilanz Energiespeicher: Auf Basis der vorangegangenen Daten wird bilanziert, ob die Energiekapazität und die Ladeleistung für den geforderten täglichen Arbeitseinsatz ausreichen.

15 Fazit / Ausblick: Die Arbeit schließt mit dem Ergebnis, dass eine technische Realisierung mit dem aktuellen Stand der Technik möglich ist, und empfiehlt weiterführende Wirtschaftlichkeitsanalysen.

Schlüsselwörter

Elektrifizierung, Straßenkehrmaschine, Antriebsstrang, Radnabenmotor, Lithium-Ionen-Akkumulator, Leistungsbilanz, Energiemanagement, Batteriemanagementsystem, Rekuperation, Elektromobilität, Nutzfahrzeug, DC/DC-Wandler, Schnellladen, Induktives Laden, Energieeffizienz

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht die technische Machbarkeit der Umrüstung einer kommunalen Straßenkehrmaschine vom konventionellen Dieselantrieb auf einen vollelektrischen Antriebsstrang.

Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?

Zentrale Themen sind die Ermittlung des Leistungsbedarfs, die Auswahl elektrischer Antriebskomponenten, das Design des Bordnetzes sowie die Dimensionierung eines passenden Energiespeichers.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das Ziel ist die Erstellung eines technischen Konzepts, um nachzuweisen, dass heute verfügbare elektrische Komponenten ausreichen, um eine Kehrmaschine für einen sechs-Stunden-Arbeitstag zu betreiben.

Welche wissenschaftliche Methode wird zur Leistungsbestimmung verwendet?

Der Autor nutzt eine rechnerische Ermittlung auf Basis physikalischer Grundformeln (z.B. Kräfte- und Leistungsbilanz), unter Einbeziehung technischer Datenblätter und anwendungsspezifischer Auslastungsfaktoren.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die Bedarfsanalyse (Leistungsanforderungen), das Konzept für den elektrischen Antriebsstrang (Motoren, Zylinder, Elektronik) und das Energiemanagement (Batterie, Laden, Rekuperation).

Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?

Zu den wichtigsten Begriffen gehören Elektrifizierung, Straßenkehrmaschine, Radnabenmotor, Lithium-Ionen-Technologie, Leistungsbilanz und Energiemanagement.

Warum wird für den Antrieb ein Hochvolt-Bereich in Betracht gezogen?

Ein Hochvolt-Bereich ist notwendig, um bei hohem Leistungsbedarf die Stromstärke niedrig zu halten, was wiederum die erforderliche Kapazität (Ah) und die Kabelquerschnitte reduziert.

Welche Rolle spielt die Rekuperation in diesem Konzept?

Die Rekuperation dient der Energierückgewinnung beim Bremsen, um die Effizienz des Fahrzeugs zu steigern, wobei der Autor auch Superkondensatoren (Supercaps) als Alternative für die schnelle Aufnahme hoher Energien diskutiert.