Anwendungsbereiche elektrische Maschinen und Fahrzeuge

Auch wenn beim Stichwort Elektromobilität viele zunächst nur an private Elektroautos denken, gibt es darüber hinaus viele weitere spannende Anwendungen mit großem Elektrifizierungs-potential.
Darunter eine Vielzahl von Nutzfahrzeugen oder mobilen Arbeitsmaschinen, die heute schon ohne Verbrennungsmotor betrieben werden. Besonders betroffen sind Fahrzeuge und Maschinen, die im urbanen Raum eingesetzt werden, wie Kommunalfahrzeuge und kompakte Baumaschinen. Mehr und mehr werden jedoch auch große und leistungsstarke Maschinen elektrifiziert, beispielsweise im Bergbau. Für all diese Maschinen und Fahrzeuge bietet HYDAC ein umfangreiches Portfolio an Komponenten und Systemen aus den Themenfeldern Batteriesystem, Thermomanagement, energieeffiziente Arbeitsantriebe, sowie Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Darüber hinaus ist natürlich auch unsere TTControl-Steuergerätefamilie bestens für den Einsatz in elektrifizierten Maschinen und Fahrzeugen geeignet.

Batteriesysteme

Für viele mobile Arbeitsmaschinen sind Batterien der geeignete Energiespeicher wenn es um die Elektrifizierung geht. Jedoch sind die Anforderungen an eine Batterie für eine mobile Arbeitsmaschine völlig andere, als an eine Batterie eines Elektroautos. Das von HYDAC und INVENOX gemeinsam entwickelte Lithium-Ionen Batteriesystem erfüllt die Anforderungen von Off-Highway Anwendungen bestmöglich.

Die verwendeten zylindrischen Zellen der Formate 18650 und 21700 ermöglichen ein hohes Sicherheitsniveau, eine gute Versorgungssicherheit und eine maximale Flexibilität und Spannung, Kapazität und Abmaßen. Dem Nachteil der aufwendigen Kontaktierung der vergleichsweise kleinen zylindrischen Zellen begegnen HYDAC und INVENOX mit einem patentierten neuartigem Kontaktierungssystem, bei welchem die Zellen nicht einzeln mit einem Stromableiter verschweißt werden, sondern mittels eines flexiblem, elektrische und thermisch hoch leitfähigen Kontaktmaterials zwischen zwei Aluminiumkern-Leiterplatten verklemmt werden. Damit werden Schweißverbindungen als Schwachstelle eliminiert, die Packungsdichte gesteigert und dank eine direkten Kühlung der Zellen über die elektrischen Pole auch die Leistungsfähigkeit und Lebensdauert erhöht.

Neben kundenspezifischen Entwicklungen im Niedervolt (<60 V) und Hochvoltbereich (>60 V) stehen Standardsysteme in beiden Spannungsklassen zur Verfügung:

Invenox LIOS Niedervoltsystem

Robustes, modulares Plug&Play Li-Ionen-Batteriesystem für 24V- und 48V-Fahrzeugarchitekturen.

Invenox LIOS Hochvoltsystem

Leistungsstarkes, flüssigkeitsgekühltes Batteriesystem für Spannungen bis 800 V und Kapazitäten bis 400 kWh.

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Thermomanagement

Mit dem Begriff Thermomanagement bezeichnen wir die Betrachtung aller Kühl- und Heizaufgaben auf einer elektrifizierten mobilen Arbeitsmaschine oder auf einem elektrifizierten Nutzfahrzeug. Dabei ändern sich in puncto Temperaturbereiche, Heiz-/Kühlleistung, Anzahl der Kühl-/Heizaufgaben und verwendete Fluide nahezu alle technischen Randbedingungen. Bei den Kühlflüssigkeiten reicht die Bandbreite von Wasser-Glykol bis hin zu elektrisch nicht-leitenden Spezialfluiden wie Transformatoren-Öle, NOVEC und vollentsalztem Wasser (DI-Wasser), welches insbesondere bei der Kühlung von Brennstoffzellen zum Einsatz kommt.

Zu Kühlen sind insbesondere neue, elektrische Komponenten wie Elektromotoren, leistungselektronische Systeme (Antriebsumrichter, DC/DC-Wandler und Ladegeräte), Batterien und Brennstoffzellen. Heizaufgaben stellt v.a. die Kabine und das Batteriesystem.

Produkt Highlights

Passive Kühler und Kühlsysteme

Die Kühlung der elektrischen Komponenten kann mit Ausnahme der Batterie in den meisten Fällen passiv, also rein gegen die Umgebung erfolgen. Neben kundenspezifischen Anpassungen stehen hier auch Standardkomponenten zur Verfügung.

Aktive Kühlsysteme

Aufgrund des eingeschränkten Wohlfühlbereichs insbesondere von Hoch-Energie Lithium-Ionen Batterien, muss zu deren Kühlung meist ein aktives Kühlsystem, also ein System mit einem Kältekompressor eingesetzt werden. Hier steht neben kundenspezifischen Entwicklungen ein Baukasten mit verschiedenen Kälteleistungen und verschiedenen Anschlussspannungen zur Verfügung. Optional enthalten die aktiven Kühlsysteme auch elektrische Hochvolt-Heizer, die benötigte Wärmeenergie, z.B. zum Aufwärmen der Batterie, schnell zu Verfügung stellen können.

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Energieeffiziente Arbeitsantriebe

Mit der Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen rückt die Effizienz des gesamten Antriebsstrangs in den Fokus. Dabei geht es nicht nur um die Reduktion der Betriebskosten durch einen verringerten Bedarf an Strom oder Wasserstoff, sondern insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen auch um die Begrenzung der Kosten, die für eine hinreichend große Fahrzeugbatterie aufgebracht werden müssen. Zudem bietet sich den Herstellern von batterieelektrischen mobilen Arbeitsmaschine eine neue Differenzierungsmöglichkeit durch die Entwicklung von Maschinen und Fahrzeugen mit besonders hoher Reichweite oder der Möglichkeit, lange Arbeitsintervalle ohne Zwischenladung bewältigen zu können.

Durch den Einbau von hocheffizienten elektrischen Komponenten wie Lithium-Ionen Batterien, Elektromotoren und Umrichtern kommt der Überarbeitung der Hydrauliksysteme eine besondere Bedeutung im Zuge einer energetischen Optimierung des Gesamtfahrzeugs zu, da die Hydraulik nun für einen Großteil der Energieverluste verantwortlich ist. Während in einigen Anwendungen elektromechanische Antriebe an Bedeutung gewinnen, kann die Hydraulik in sehr vielen Arbeitsfunktionen nach wie vor ihre Stärken wie Robustheit, Kompaktheit und Kosteneffizienz ausspielen. Um dennoch den gewachsenen Anforderungen an die Effizienz der gesamten Maschine gerecht zu werden, bietet HYDAC Lösungen in Form von Komponenten, Subsystemen und Dienstleistungen rund um die Effizienzsteigerung im Antriebsstrang an. Basierend auf der jahrzehntelangen Erfahrung in der Komponentenentwicklung hat sich HYDAC in der vergangenen Dekade unter anderem mit der Entwicklung hydraulischer Hybridsysteme als verlässlicher Partner für effiziente Antriebssysteme etabliert.

Produkt Highlights

Drehzahlvariable Kompaktaggregate

Hochintegrierte Hydraulikaggregate, die eine effiziente und dezentrale Versorgung hydraulischer Nebenverbraucher ermöglichen.

DVA mobil

Intelligente drehzahlvariable Pumpenantriebe, die für die Hydraulikversorgung in elektrifizierten Fahrzeugen optimiert sind. Verfügbar in 48V-Technik und HV-Technik (350V und 650V) im Leistungsbereich 5-60 kW.

Hydraulikoptimierung as a Service

HYDAC bietet Ihnen die ganzheitliche Optimierung Ihres Hydrauliksystems als Dienstleistung an:

  • Analyse von Verlustquellen
  • Vermessung existierender Systeme
  • Erarbeitung von optimierten Konzepten
  • Durchführung von Gesamtsystem-Simulationen
  • Umrüstung von Prototyp-Maschinen

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Wasserstoff und Brennstoffzellen

In mobilen Anwendungen, in denen große Energiemengen bzw. hohe Leistungen über einen langen Zeitraum gefragt sind, z.B. beim Schwerlastverkehr, bei Bussen, Zügen oder Schiffen, kommen Batterien alleine schnell an ökonomische aber auch technische Grenzen. Hier bietet die Brennstoffzelle in Kombination mit Hochdruck-Tanksystemen für Wasserstoff eine effektivere Möglichkeit, lokal emissionsfrei zu fahren und zu arbeiten. Für mobile Brennstoffzellen-Anwendungen und Tanksysteme bietet HYDAC innovative Lösungsansätze im Bereich Kühlsysteme, Befestigungstechnik, Sensorik und Filtration. Für die Betankung der Brennstoffzellen-Fahrzeuge und –Maschinen mit Wasserstoff bietet HYDAC weitere Komponenten und Systeme an (Link).

Produkt Highlights

Befestigungstechnik für Wasserstoff-Tanksysteme

Um den für die Brennstoffzellen notwendigen Wasserstoff zu transportieren, kommen heute je nach Anwendung Typ-3 oder Typ-4 Behälter zum Einsatz. Insbesondere Typ-4 Behälter (um einen Kunststoffwickelkörper gewickelte Kohlefasern) erfahren im Betrieb erhebliche Veränderungen in Länge und Durchmesser. Mit unseren einzigartigen flexiblen Edelstahlbänder mit patentiertem Schnellverschlussbolzen in Kombination mit individuell entwickelten Neckmounts realisieren wir Befestigungssysteme, welche es den Behältern ermöglichen, sich auszudehnen und zusammen ziehen, während es sie im Falle eines Aufpralls sicher festhält. Dank unserer langjährigen Erfahrung als eines der führenden Unternehmen für das Engineering und die Lieferung von Befestigungssystemen für CNG- und Wasserstoffbehälter aus Verbundwerkstoffen finden wir mit Ihnen die bestmögliche Lösung für die Befestigung Ihres Tanksystems.

Befestigungstechnik für Brennstoffzellenstacks

Neben der Befestigung von Hochdrucktanks applizieren wir unsere Spannbandlösungen auch im direkten Umfeld der Brennstoffzellen. Hierbei werden herkömmliche Gewindestäbe, welche die Anpresskräfte auf die Dichtungen der Brennstoffzelle aufbringen, durch Spannbänder ersetzt. Damit lassen sich gleichmäßigere Anpresskräfte realisieren und die Dichtheit des Stacks verbessen. Gerne unterstützen wir Sie in der Auslegung und Konstruktion der Kopf- und Fussplatten Ihrer Brennstoffzelle.

Wasserstofffilter für mobile Anwendungen

Partikel, die in Brennstoffzellenfahrzeuge gelangen, haben oft gravierende Auswirkungen auf die Funktionalität der Tankkomponenten und der Brennstoffzelle. In erster Linie kommt es zu Beschädigungen von Dichtungen und Dichtsitzen der Ventile was zu Undichtigkeiten und damit zum Ausfall des Tanksystems führen kann. Basierend auf den Erfahrungen in der Entwicklung von Filtersystemen für Wasserstoff-Tankstellen, bietet HYDAC Filterlösungen zum Schutz von Komponenten in Tanksystemen von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen. Das eingesetzte HYDAC Chemicron® Filtermaterial liefert definierte Filterraten und maximale Filterintegrität.

Mobiltaugliche Drucksensoren für Wasserstoff

Mit über 30 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung in Drucksensoren hat HYDAC Electronics eine neue Serie an Wasserstoffdrucksensoren im Markt etabliert. Dank der HYDAC-eigenen Fertigung der Druckmesszellen war die Entwicklung einer Wasserstoffzelle auf Edelstahlbasis möglich. Die Sensoren basieren auf einer robusten, langlebigen Sensorzelle mit Dünnfilm-DMS auf einer Edelstahlmembrane. Diese ist mit dem Prozessanschluss verschweißt, es gibt keine innenliegende Dichtung. Die Wasserstoff-Kompatibilität ist durch die besondere Wahl des Werkstoffs sichergestellt; medienberührend wird ein Edelstahl eingesetzt. Die Drucksensoren werden heute sowohl in Brennstoffzellenfahrzeugen (mit EC79/2009 Zertifizierung) und stationären Anwendungen (ATEX, IECEX, CSAUS) weltweit eingesetzt.

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