Ein Nutzfahrzeug-Elektroantrieb sollte anhand seines Energieverbrauchs für die vorgesehene Fahrzeugnutzung und nicht allein anhand seiner Spitzenleistung bewertet werden. Ein Lkw, der in einem kurzen Beschleunigungstest gute Ergebnisse liefert, kann sich nach mehreren Stunden Betrieb unter Last anders verhalten, insbesondere bei veränderten Fahrgeschwindigkeiten, Motortemperaturen und Fahrbedingungen. Für OEM-Ingenieure besteht die Schwierigkeit darin, die Effizienzangaben der Zulieferer zu vergleichen, da diese unter Umständen auf unterschiedlichen Betriebspunkten oder Testbedingungen beruhen. Eine sinnvolle Bewertung berücksichtigt Antriebsverluste, Fahrzeugbetriebszyklen, Dauerleistung und Integrationsanforderungen, bevor die Antriebskonfiguration freigegeben wird.
Warum können zwei Antriebsstränge mit ähnlicher PS-Zahl unterschiedliche Effizienzwerte liefern?
Stellen Sie sich zwei Anbieter vor, die elektrische Antriebsstränge mit vergleichbarer Maximalleistung präsentieren. Beide Systeme erfüllen die Anforderungen an die Anfahrbeschleunigung des Fahrzeugs, und ihre Datenblätter scheinen gleichermaßen geeignet. Dennoch können sich ihre Wirkungsgrade erheblich unterscheiden, wenn die Motoren mit mittlerer Drehzahl oder unter Teillast betrieben werden.
Die Spitzenleistung beschreibt die maximale mechanische Leistung, die unter bestimmten Bedingungen verfügbar ist. Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen nutzbarer Leistung und Energieaufwand. Ein System kann über eine beträchtliche Leistungskapazität verfügen, ohne unter den vom Fahrzeug am häufigsten erlebten Bedingungen effizient zu arbeiten.
Diese Unterscheidung ist besonders bei Nutzfahrzeugen relevant, da deren Betriebsmuster oft repetitiv sind. Ein Lieferwagen kann stundenlang zwischen Kunden hin- und herfahren, während eine Sattelzugmaschine über längere Zeiträume eine relativ geringe Geschwindigkeit beibehalten kann. Ihre wichtigsten Betriebspunkte sind nicht unbedingt diejenigen, die mit maximaler Leistung verbunden sind.
Vergleichen Sie die Effizienz über den gesamten Betriebsbereich
Die vom Lieferanten angegebene maximale Effizienz ist zwar nützlich, aber eine Effizienzkennlinie liefert ein umfassenderes Bild des Motorverhaltens bei verschiedenen Drehmoment- und Drehzahlkombinationen.
Für einen OEM stellt sich als nächstes die Frage, ob das Fahrzeug regelmäßig in den auf dieser Karte dargestellten effizienten Regionen eingesetzt wird.
Betrachten wir einen Antriebsstrang, der auf ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ausgelegt ist. Sind Motor und Untersetzungsverhältnis nicht optimal auf die normale Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abgestimmt, kann der Antriebsstrang längere Zeit außerhalb seines effizientesten Betriebsbereichs arbeiten. Eine andere Konfiguration könnte eine ähnliche Spitzenleistung bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch auf derselben Strecke erzeugen.
Der Vergleich sollte daher die Betriebseigenschaften des Motors mit den tatsächlichen Fahrzeuganforderungen verknüpfen. Konfigurationen von elektrischen Antriebssystemen Die Leistung kann dann anhand dieser Anforderungen bewertet werden, anstatt sie nur anhand der maximalen Leistung zu vergleichen.
Wie können OEMs mithilfe von Lastzyklusdaten den tatsächlichen Energieverbrauch ermitteln?
Ein Lieferant kann zwar ein beeindruckendes Effizienzergebnis aus einem kontrollierten Test vorlegen, doch diese Zahl lässt sich nur schwer interpretieren, wenn man nicht weiß, wie genau der Test das vorgesehene Fahrzeug repräsentiert.
Bei der Prüfung von Angebotsanfragen tritt dieses Problem häufig auf, wenn derselbe Antriebsstrang für verschiedene gewerbliche Anwendungen in Betracht gezogen wird. Ein Verteilerfahrzeug mit häufigen Stopps hat einen anderen Energiebedarf als eine Sattelzugmaschine, die hauptsächlich auf Autobahnen verkehrt, selbst wenn sich deren Nennleistungsanforderungen überschneiden.
Die Bewertung muss mit einem repräsentativen Betriebsprofil beginnen. Fahrzeugmasse, Nutzlastschwankungen, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungsfrequenz, Steigungen und Betriebsdauer bestimmen, wo der Antriebsstrang seine Zeit verbringt und wie viel Energie er verbraucht.
Fahrzeuganforderungen in vergleichbare Testbedingungen umwandeln
Eine sinnvolle Methode zur Organisation der Lieferantengespräche ist die Festlegung gemeinsamer Betriebsbedingungen, bevor man Effizienzdaten anfordert.
- Fahrzeugbetriebszustand
- Informationen, die von Lieferanten angefordert werden können
- Beschleunigung unter Last
- Motor- und Antriebsstrangeffizienz bei dem erforderlichen Drehmoment und der erforderlichen Drehzahl
- Normaler Reiseverkehr
- Energieeintrag und mechanische Leistung bei typischen Fahrgeschwindigkeiten
- Anhaltender Aufstieg
- Dauerleistung und thermische Betriebsgrenzen
- Betrieb mit niedriger Drehzahl
- Wirkungsgrad unter den erwarteten Drehmoment- und Drehzahlbedingungen
- Erweiterter Arbeitszyklus
- Energieverbrauch und Leistung nach der thermischen Stabilisierung
Die Tabelle bietet einen Rahmen für den Vergleich der Vorschläge, die endgültigen Betriebspunkte müssen jedoch aus dem Fahrzeugprogramm stammen. Ein Lkw, der die meiste Zeit auf der Autobahn unterwegs ist, sollte nicht mit der gleichen Gewichtung bewertet werden wie ein Kommunalfahrzeug, das wiederholt aus dem Stand beschleunigt.
Für Einkaufsteams werden die Effizienzkennzahlen des Lieferanten umso nützlicher, je genauer die Testbedingungen und der Zeitanteil, der in den einzelnen Betriebsbereichen verbracht wird, dokumentiert sind.
Das umfassendere Anforderungen an die Zulassung von Nutzfahrzeugen Dies trägt auch dazu bei, zu verdeutlichen, warum die Auswahl des elektrischen Antriebsstrangs eher dem vorgesehenen Einsatzzweck des Fahrzeugs entsprechen sollte als einer allgemeinen Nutzfahrzeugspezifikation.
Worauf sollten Käufer beim Vergleich der Ergebnisse von Antriebseffizienztests achten?
Zwei Effizienzkennzahlen können nicht fair verglichen werden, es sei denn, sie beschreiben dieselbe Systemgrenze.
Ein einzeln getesteter Motor kann einen anderen Wirkungsgrad aufweisen als ein kompletter Antriebsstrang mit Wechselrichter, Untersetzungsgetriebe, Lagern und weiteren mechanischen Komponenten. Vergleicht man diese Werte, ohne die gemessenen Parameter zu benennen, kann dies zu einer falschen Lieferantenbewertung führen.
Das Problem ist besonders relevant bei der Überprüfung integrierter elektrischer Antriebssysteme, bei denen mehrere Komponenten in einer Baugruppe zusammengefasst sind.
Eine gemeinsame Messgrenze festlegen
Vor dem Vergleich von Testberichten sollten Käufer prüfen, ob sich die angegebene Effizienz auf den Motor, den Motor und den Wechselrichter, die elektrische Antriebsachse oder eine andere definierte Baugruppe bezieht.
Die Testdokumentation sollte außerdem die relevanten Drehzahl- und Drehmomentbedingungen, elektrische Eingangsmessungen, mechanische Ausgangsmessungen und den thermischen Zustand ausweisen.
Wenn sich die Testmethoden unterscheiden, benötigt das Ingenieurteam möglicherweise zusätzliche Daten oder ein gemeinsames Validierungsverfahren, bevor es Schlussfolgerungen ziehen kann.
Die maximale Effizienzangabe eines Anbieters sollte nicht als Ersatz für eine vollständige Effizienzkennlinie verwendet werden. Ebenso wenig sollte ein Kurzzeitergebnis als repräsentativ für den dauerhaften Fahrzeugbetrieb angesehen werden.
Die Kaufentscheidung wird fundierter, wenn beide Lieferanten unter denselben Fahrzeugbedingungen und innerhalb derselben Systemgrenzen bewertet werden. Etwaige verbleibende Unterschiede in der Testmethodik sollten dokumentiert und nicht in einer einzigen Vergleichszahl verschleiert werden.
Wie beeinflusst das thermische Verhalten die bei Fahrzeugtests beobachtete Effizienz?
Ein elektrischer Antriebsstrang erzeugt Wärme durch elektrische und mechanische Verluste. Mit der Änderung der Betriebstemperatur können sich auch die Bauteileigenschaften und die verfügbare Leistung ändern, wodurch die thermischen Bedingungen für die im Langzeitbetrieb gemessene Effizienz relevant werden.
Dies stellt eine besondere Herausforderung für kommerzielle Elektrofahrzeugprogramme dar. Ein Antriebsstrang kann zwar bei einem ersten Test sein Effizienzziel erreichen, arbeitet aber nach einer langen Steigung, wiederholter Beschleunigung oder mehrstündigem Dauerbetrieb unter anderen thermischen Bedingungen.
Aus diesem Grund sollten Testergebnisse mit ausreichend thermischen Informationen versehen sein, um die Bedingungen, unter denen sie erzielt wurden, nachvollziehen zu können.
Leistungsprüfung, nachdem das System seine Betriebstemperatur erreicht hat
Ingenieure sollten zwischen der Leistungsfähigkeit bei kurzer Belastungsdauer und dem Verhalten eines Antriebsstrangs unter Dauerlast unterscheiden.
Bei einem Lkw, der lange Steigungen bewältigen soll, sollte der Lieferant erläutern, wie Dauerleistung und Betriebstemperatur ermittelt werden. Falls der Wärmeschutz die verfügbare Leistung reduziert, muss dieses Verhalten bereits bei der Fahrzeugabstimmung berücksichtigt werden und darf nicht erst nach Prototypentests entdeckt werden.
Auch der Kühlbedarf muss in die Diskussion einbezogen werden. Der Energiebedarf für den Betrieb der Nebenaggregate, einschließlich des Kühlsystems, kann den Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs beeinflussen, selbst wenn der Antriebsstrang selbst effizient arbeitet.
Der technische Integration von elektrischen Antriebssystemen bietet einen relevanten Ausgangspunkt für Diskussionen darüber, wie die Anforderungen an die Antriebsstranghardware und die Fahrzeugsteuerung zusammenpassen.
Für den OEM ist der entscheidende Unterschied zwischen der Messung der Komponenteneffizienz und der Energieeffizienz des fertigen Fahrzeugs. Beides ist nützlich, beantwortet aber unterschiedliche technische Fragestellungen.
Welche Effizienznachweise sollten OEMs vor der Zulassung eines Lieferanten anfordern?
Ein Antriebsstrang, der bei der Komponentenauswahl geeignet erscheint, muss dennoch beweisen, dass seine Leistung in der vorgesehenen Fahrzeugkonfiguration reproduziert werden kann.
Bis ein Projekt die Lieferantenauswahl erreicht, sollte die Diskussion über Nennleistung und Spitzenwirkungsgrad hinausgehen. Die Ingenieurteams müssen klären, welche Betriebsbedingungen getestet wurden, ob die vorgeschlagene Hardware der getesteten Konfiguration entspricht und welche weiteren Arbeiten vor der Produktionsfreigabe noch ausstehen.
Testnachweise mit der Produktionskonfiguration verknüpfen
Eine effektive technische Überprüfung sollte die während der Tests verwendete Antriebsstrangkonfiguration ermitteln, einschließlich der relevanten Spezifikationen für Motor, Wechselrichter, Untersetzungsgetriebe und Steuerung.
Änderungen des Untersetzungsverhältnisses, der Kühlung, der Reifengröße oder des Fahrprofils können die Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs verändern. Bei solchen Änderungen sollten die ursprünglichen Effizienzdaten überprüft werden, um festzustellen, ob weitere Tests erforderlich sind.
Die Fertigungskonstanz ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Fertigungs- und Produktionskapazitäten Ein potenzieller Lieferant kann zusammen mit seinem technischen Angebot geprüft werden, um festzustellen, wie genehmigte Konfigurationen und Produktionsänderungen gehandhabt werden.
Vor der endgültigen Abnahme sollten sich OEM und Lieferant auf die erforderlichen Testdaten, die Akzeptanzkriterien, die noch ausstehenden Validierungsarbeiten und die Verantwortlichkeiten für Änderungen, die während der Fahrzeugentwicklung vorgenommen werden, einigen.
Benötigen Sie Hilfe bei der Abstimmung der Antriebsstrangeffizienz auf die Anforderungen von Nutzfahrzeugen?
Sobald die Effizienzziele in reale Fahrzeugbetriebsbedingungen umgesetzt sind, geht es im nächsten Schritt darum zu erörtern, wie die vorgeschlagene Antriebsstrangkonfiguration diese Ziele erreichen kann. Hangzhou Contemporary e-Drive Technology Co.,Ltd. entwickelt verteilte elektrische Antriebssysteme für Nutzfahrzeuge mit alternativen Antrieben, deren Anwendungen verschiedene Lkw-Konfigurationen und Betriebsanforderungen abdecken. Das Portfolio umfasst unter anderem EA5000N Doppelmotor-Verteilte E-Achse Und EA3800N Einzelmotor-verteilte E-Achse Diese Konfigurationen bieten unterschiedliche Ausgangspunkte für Diskussionen über Achslast, Motoranordnung, Fahrzeuginstallation und Antriebsstrangabstimmung. OEM-Teams können ihre Fahrzeugdaten, Betriebsprofile und Effizienzanforderungen nutzen, um die für eine projektspezifische Bewertung erforderlichen technischen Informationen und Validierungsbedingungen festzulegen.
Abschluss
Die Spitzenleistung (PS) bestimmt zwar einen Teil der Leistungsfähigkeit eines Nutzfahrzeugs mit Elektroantrieb, sagt aber nichts darüber aus, wie effizient das Fahrzeug über seine gesamte Nutzungsdauer arbeitet. Eine aussagekräftige Kaufentscheidung berücksichtigt repräsentative Fahrzyklusdaten, vergleichbare Effizienzmessungen, thermische Betriebsbedingungen und die Anforderungen an den gesamten Antriebsstrang. Bevor ein Antriebslieferant ausgewählt wird, sollten die OEM-Teams gemeinsame Testparameter festlegen, die geplante Produktionskonfiguration bestätigen und eventuell noch ausstehende Validierungsarbeiten identifizieren. Diese Schritte schaffen eine klarere Grundlage für den Vergleich von Effizienzangaben und reduzieren Unsicherheiten während der Fahrzeugentwicklung.
Häufig gestellte Fragen
1. Lässt sich anhand der vom Lieferanten angegebenen Spitzeneffizienz der Energieverbrauch eines gewerblichen Elektrofahrzeugs vorhersagen?
Nicht für sich allein. Der Spitzenwirkungsgrad beschreibt die Leistung an einem bestimmten Betriebspunkt, während der Energieverbrauch des Fahrzeugs vom Drehmoment, der Drehzahl und den Betriebsbedingungen während des gesamten Fahrzyklus abhängt. Eine repräsentative Wirkungsgradkennlinie und eine fahrzeugbezogene Energiebewertung liefern aussagekräftigere Informationen.
2. Welche Effizienzdaten sollte ein OEM im Rahmen einer Angebotsanfrage anfordern?
Fordern Sie Effizienzdaten für alle relevanten Drehmoment- und Drehzahlbedingungen sowie für die Testgrenzen, die Betriebstemperatur, die Dauerleistungsfähigkeit und die Antriebsstrangkonfiguration an. Der Lieferant sollte angeben, ob sich die angegebenen Werte auf einzelne Komponenten oder die gesamte vorgeschlagene Baugruppe beziehen.
3. Können die Effizienzkennzahlen zweier Lieferanten direkt verglichen werden?
Nur wenn die Systemgrenzen und Testbedingungen ausreichend vergleichbar sind. Ein Wirkungsgrad des Motors allein kann nicht als gleichbedeutend mit dem Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs angesehen werden. Unterschiede bei den gemessenen Komponenten, Betriebspunkten, Temperaturen und Testmethoden müssen vor einem Vergleich behoben werden.
4. Warum könnte ein Antriebsstrang bei längerem Betrieb mehr Energie verbrauchen?
Betriebstemperatur, Antriebsverluste, Kühlbedarf und sich ändernde Fahrzeugbedingungen können den Energieverbrauch bei längeren Betriebszyklen beeinflussen. Tests sollten das Systemverhalten nach Erreichen der normalen Betriebstemperatur ermitteln und sich nicht ausschließlich auf Kurzzeitmessungen stützen.
5. Was sollten OEMs vor der Genehmigung eines Antriebsstranglieferanten bestätigen?
Es ist zu bestätigen, dass die vorgeschlagene Hardware der getesteten Konfiguration entspricht, die Effizienznachweise den vorgesehenen Fahrzeugbetriebszyklus widerspiegeln und der Lieferant die noch ausstehenden Validierungsarbeiten unterstützen kann. Verantwortlichkeiten für Konstruktionsänderungen und die Kontrolle der Produktionskonfiguration sollten ebenfalls vor der Genehmigung vereinbart werden.