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Alternative Antriebskonzepte und Aktivitäten des Instituts FK im Bereich Elektromobilität
6. Wissenschaftsforum Mobilität am 08.05.2014 in Duisburg
Markus Hubner, M.ScInstitute of Vehicle Concepts
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Aktivitäten im Bereich der Elektromobilität
Systematischer Gesamtfahrzeugansatz zur Entwicklung und Konzeption von Rangeextendern
Alternative Antriebskonzepte
Agenda
Raumfahrt und Verkehr?Das Institut für Fahrzeugkonzepte am DLR
> 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014www.DLR.de/FK • Chart 2
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DLR – Im Überblick
www.DLR.de/FK • Chart 3 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
• Größte europäische Forschungseinrichtung für Luft-und Raumfahrt
• Raumfahrt-Agentur
• Projektträger
Ca. 7.000 Mitarbeiter arbeiten in 33 Forschungsinstituten und Einrichtungen an 9 Standorten und 7 Außenstellen.Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington
RAUMFAHRT LUFTFAHRT VERKEHR ENERGIE
SICHERHEIT
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Das Institut f. Fahrzeugkonzepte am DLR
www.DLR.de/FK • Chart 4 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Alternative Energiewandler
Fahrzeug‐Energiekonzepte
Leichtbau und Hybridbauweisen
Fahrzeugsysteme undTechnologiebewertung
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Innovative Fahrzeugkonzepte für Straße und Schiene
FK gestaltet und demonstriert Innovationen für Fahrzeugkonzepte und Technologien zukünftiger anforderungsgerechter Transportsysteme
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Auszug der Aktivitäten im Bereich E-Mobiltät
• Energie- und Thermomanagement• Gesamtfahrzeugvermessung • Konzeption von alternativen Antriebssträngen• Wärme- und Kältespeicher
www.DLR.de/FK • Chart 5 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
• Alternative Antriebe• Freikolbenlineargenerator• Multifunktionaler E-Motor• Brennstoffzellenantriebe
• Alternative Antriebe• Freikolbenlineargenerator• Multifunktionaler E-Motor• Brennstoffzellenantriebe
• Ladetechnologien• Vermessung von Batterien• Konduktiv• Induktiv
• Ladetechnologien• Vermessung von Batterien• Konduktiv• Induktiv
Bildquelle: BiPol+
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• Anhaltspunkt über zurückgelegte Wegstrecken
• ~ 50% der Befragten haben unter 10 km Wegstrecke zur Arbeit
• ~ 90% der Befragten fahren zwischen 0 und 50 km Wegstrecke zur Arbeit
Entwicklungsansatz für Range ExtenderMotivation: Nutzerverhalten von Berufspendlern
www.DLR.de/FK • Chart 6 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
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Quelle: U. Winkelmann, "Some commute far - commuters in the states compared," in in the monthly statistical bulletin, Baden-Württemberg, Deutschland, Apr. 2010.
Fahrprofilanalyse Simulation Integration Demonstration
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www.DLR.de/FK • Chart 7 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Entwicklungsansatz für Range ExtenderFahrprofilanalyse
• Stuttgart <-> Lampoldshausen• ca. 100 km Überland
• Stuttgart <-> Lampoldshausen• Vmax = 123 km/h• Höhenprofil: 168-487m• t ~ 1h 40 min
Quelle: Dave Dickinson (DLR); Mounir Nasri (DLR): “Range Extender Vehicle Concept based on High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell” – Monaco 2014
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www.DLR.de/FK • Chart 8 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Entwicklungsansatz für Range ExtenderSimulation
Quelle: Dave Dickinson (DLR); Mounir Nasri (DLR): “Range Extender Vehicle Concept based on High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell” – Monaco 2014
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www.DLR.de/FK • Chart 9 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Entwicklungsansatz für Range ExtenderIntegration (1/2)
Systemintegration• Elektrisch• Verfahrenstechnisch• Regelungstechnisch
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www.DLR.de/FK • Chart 10 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Entwicklungsansatz für Range ExtenderIntegration (2/2)
Konzeptstudie Teileintegration
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• Prototypenbau in der institutseigenen Werkstatt
• Zertifizierte HV - Spezialisten
www.DLR.de/FK • Chart 11 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Entwicklungsansatz für Range ExtenderDemonstration
• Gesamtfahrzeugvalidierung• Reichweitennachweis für
verschiedene klimatische Verhältnisse
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Alternative AntriebeMultifunktionaler E-Motor
www.DLR.de/FK • Chart 12 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
Quelle: Sateesh Kumar (NTU); Dr. Michael Schier (DLR): “Increasing efficiency of ecological vehicles by integrating auxiliary units directly to the traction shaft “ – Monaco 2014
Multifunktionaler Ansatz:
• Elektr. E <-> kinetische E.
• Short energy flow path by recuperation
• Conventional circuit 62% efficiency
• Highly integrated concept 95% efficiency
• Elektr. E<-> Verdichterarbeit• Mech. E.<-> Verdichterarbeit
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Alternative AntriebeDer Freikolbenlineargenerator - Eine innovative Stromerzeugungseinheit (1/3)
www.DLR.de/FK • Chart 13 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
‐ Range Extender als eines der Powertrain‐Konzepte der Zukunft
Lokal emissionsfrei im Stadtverkehr
Diesel*
Natural gas*
Hydrogen*
Biofuels*
Petrol*
electricity
FKLG
FKLG ist ein Range‐Extender‐Konzept mit Potenzial hinsichtlich
WirkungsgradPackageKraftstoffflexibilität*
*Kraftstoffflexibilität abhängig von Einspritzanlage und Kraftstoffzufuhr
Quelle: Florian Kock(DLR): “FKLG” – SAE World Congress 2013
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Alternative AntriebeDer Freikolbenlineargenerator- Funktionsweise (2/3)
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LineargeneratorVerbrennungseinheit Gasfeder
Quelle: Florian Kock(DLR): “FKLG” – SAE World Congress 2013
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Alternative Antriebe Der Freikolbenlineargenerator – Proof of Concept 2013 (3)
www.DLR.de/FK • Chart 15 > 6. int. Mobilitätsforum > Markus Hubner > 08.05.2014
• Freie Schwingung des Kolbensystems
• Messdaten (2013):• 4 - 9 kWel• 17 - 20 Hz• Einlassdruck
1,4-1,7 bar absolut• Weltweit erstmaliger Betrieb
eines Freikolbenmotors dieser Bauart (VB-LG-GF)
Quelle: Frank Rinderknecht (DLR) Florian Kock (DLR) Proof of Concept FKLG–Stuttgart 02/2013