Thermisch optimierte Maschinenauslegung auf dynamische Lastsituationen unter Einbeziehung der Überlastfähigkeit

Im Zuge des Projektes DETAILED (DEsign of TAILored Electrical Drives) soll durch genaue Ermittlung der vom Nutzer im realen Einsatz benötigten Leistung eine Auslegungsmethodik für elektrische Maschinen entwickelt werden, die den kompletten Antriebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs hinsichtlich Gewicht und Energieverbrauch optimiert. Unter besonderer Berücksichtigung der Nutzeranforderungen an das Überlastpotential der elektrischen Komponenten (insb. der elektrischen Maschine), kann so die Energieeffizienz im realen Fahrbetrieb und damit die Reichweite von Elektrofahrzeugen weiter gesteigert werden.

Die heutige Auslegungsmethodik elektrischer Maschinen basiert auf der langjährigen Erfahrungsbasis stationärer Industriemaschinen und legt die Maschinen auf allgemeine Fahrzyklen wie den sogenannten Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) aus. Diese Auslegung führt zu einer Überdimensionierung der Maschine hinsichtlich Größe, Gewicht, Leistung und Kosten und hat zur Folge, dass sich die Arbeitspunkte der elektrischen Maschinen nicht im Effizienzbereich befinden. Es gibt bereits eine Vielzahl an Veröffentlichungen zum Thema Auslegung bzw. Optimierung der elektrischen Maschine. Dabei werden die Motoren und deren Steuer- sowie Regelungen verbessert und das thermische Verhalten approximiert. Bislang noch nicht betrachtet wurden eine angepasste Anforderungserhebung an instationäre Applikationen sowie die gezielte Verschiebung von Lastpunkten der Maschine in den Überlastbereich. Zusätzlich wurden bei der Maschinenauslegung bisher keine realen Lastkollektive bzw. Nutzeranforderungen berücksichtigt.

Das Ziel ist es somit, eine neue Auslegungsmethodik elektrischer Maschinen zu entwickeln, welche auf die realen Belastungen bei instationären Anwendungen, wie einem Fahrzyklus und Nutzern im automotive Bereich zugeschnitten sind und das Überlastpotential der Maschine, also die zeitlich begrenzt verfügbaren thermischen Reserven, bereits zu Beginn der Auslegung berücksichtigt. Mit Hilfe der Maschinenauslegung, Kennfeldberechnung und thermischer Simulation wird die Maschine im Zyklusbetrieb simuliert und Schritt für Schritt verkleinert und optimiert. Dadurch ist nicht nur eine Einsparung in Größe, Gewicht und Kosten zu erwarten, sondern auch der Energieverbrauch und die Effizienz der Maschine können gesteigert werden. Dabei gilt es, einen Trade-off zwischen Einsparung von Kosten und Dimensionierung der Maschine sowie einer verbesserten Effizienz und notwendigen Kühlung durch einen erhöhten Wärmehaushalt zu finden.

Projektpartner

Projektträger Förderprogramm

Bayern Innovativ GmbH

Innovations- und Technologiezentrum Bayern (ITZB)

im Haus der Forschung

Prinzregentenstraße 52

80538 München