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Hybridmotoren-Prüfstand

Im Sinne der ganzheitlichen Optimierung des Hybridantriebstranges ist die Entwicklung von Betriebsstrategien erstrebenswert, welche mehrere Zielgrößen, wie z.B. Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen simultan berücksichtigen. Erst dies ermöglicht die optimale Nutzung vorhandener Bauteile und erlaubt so bereits in einem frühen Entwicklungsstadium die Anpassung von einzelnen Elementen oder sogar den Verzicht auf ganze Komponenten des verbrennungsmotorischen Stranges. Dies gewinnt im Sinne der Gesamtkostenoptimierung bei hohen, zusätzlichen Kosten des elektrischen Pfades weiter an Bedeutung.

Voraussetzung für die Entwicklung derartiger Strategien ist die Verfügbarkeit steuergerätefähiger, vorhersagefähiger Emissionsmodelle. Für die Entwicklung dieser Modelle sind detaillierte Kenntnisse sowohl des Rohemissionsverhaltens des Verbrennungsmotors als auch der Konvertierungscharakteristika aller Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems auch unter instationären Bedingungen erforderlich. Sowohl für die Erstellung dieser Modelle als auch für deren Optimierung und Validierung im Gesamtsystem ist es sinnvoll, die simulativ am schwersten zu beschreibende Komponente des Antriebsstranges - den Verbrennungsmotor - real zu betreiben und die für eine Nachbildung von Fahrzyklen erforderlichen Randbedingungen durch eine echtzeitfähige Simulation der Fahrzeugumgebung und des Fahrerverhaltens bereitzustellen. In diesem Fall wird der Verbrennungsmotor auf einem Prüfstand als „Hardware-in-the-Loop“ betrieben.

An FKFS wurde zu diesem Zweck ein sogenannter Hybridmotoren-Prüfstand (HMP) aufgebaut, der die genannten Anforderungen in besonderem Maße erfüllt. Dieser Prüfstand ist gekennzeichnet durch eine leistungsstarke elektrische Belastungseinrichtung (470kW, 990 Nm, 9.000 min-1), durch eine Einrichtung zur gesetzkonformen Abgasanalyse (CVS-System: Constant Volume Sampling) wie sie auf Rollenprüfständen für Fahrzeugzertifizierungen Verwendung findet, durch verschiedenste Analysatoren zur Online-Analyse limitierter Schadstoffkomponenten (Fast-FID/-CLD/-NDIR, Partikelspektrometer, QK-Laser, etc.) sowie durch Vorrichtungen zu der, der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Anblasung des Hybridverbundes. Weiterhin verfügt der Prüfstand über flexible Einrichtungen zur Versorgung elektrischer Komponenten, wie sie in Hybridtopologien verbaut werden. Im Vordergrund steht hier eine Batteriesimulation mit der Elektromotoren im Antriebstrang mit Leistungen bis zu 300kW versorgt werden können, - und dies bei Spannungen bis 1000 Volt und Strömen bis 1200 Ampere. Darüber hinaus ist es an diesem Prüfstand sowohl möglich, die Komponenten des elektrischen Zweiges (E-Maschine, Batterie, Leistungselektronik) in einem gekoppelten Betrieb physisch mit darzustellen, als auch den Betrieb einzelner Teilsysteme durch Ersatzsysteme abzubilden (z.B. HV-Batteriesimulation: 1000V,1200A, 300kW) oder diese komplett simulativ einzubinden.

Kontakt

Dr.-Ing. Martin Briem

Tel.: +49 711 685-65717