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Hybridantriebe

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Mit dem Hybrid in den Schnee

Text: Joachim Klingler, Frizlen Fotos: Frizlen
Der nächste Schnee steht vor der Tür, der Skiurlaub ist schon geplant. Damit man auf der Piste auch richtig Fahrt aufnehmen kann, sorgen Pistenbullys für die perfekte Bahn. Für deren Fahrt eignen sich hybride Antriebssysteme, die beim Abbremsen Energie speichern.

Wenn der Schnee kommt, ist es Zeit für Skier, heißen Grog und Pistenbullys. Während der Bully über verschneite Berge fährt, passiert in seinem Inneren so einiges. Der Verbrennungsmotor zum Beispiel treibt nicht nur das Fahrzeug an, sondern stellt gleichzeitig Energie für ein Hybridsystem bereit. Dieses treibt dann die Anbaugeräte der Maschine an. Hier bieten sich Hybridantriebe aus Dieselmotor und Elektroantrieben an, mit denen über Rekuperation Treibstoff gespart werden kann. Sensor-Technik Wiedemann hat eine Initiative gegründet, das PowerMela-System, ein Hybridsysteme für mobile Anwendungen, entwickelte. Hier treibt Dieselmotor einen Generator an, der die elektrische Energie für die Motoren erzeugt. Ein nachgeschalteter Gleichrichter erzeugt eine Spannung von 650VDC, die im HV-Traktionsnetz sämtlichen Komponenten des Fahrzeugs zur Verfügung steht.Die Elektromotoren für Fahrantriebe sind mit integrierten, rückspeisefähigen Frequenzumrichtern ausgerüstet und arbeiten im Vier-Quadranten-Betrieb. Daher sind sie auch als Generatoren nutzbar. Auch Nebenverbraucher werden über dieses HV-Netz betrieben. DC/DC-Wandler laden die Lithium-Ionen-Akkus, wobei das integrierte Managementsystem den Ladezustand, Zellspannungen und Temperaturen der Speicher überwacht. Ein Powermanagement sorgt für den reibungslosen Betrieb aller Komponenten am HV-Traktionsnetz und bildet gleichzeitig die Schnittstelle zur Fahrzeugsteuerung.

Widerstand als Dämpfungsglied

Das System ist so ausgelegt, dass die Energie, die beispielsweise beim Abbremsen von Bewegungen entsteht, wieder in den Zwischenkreis eingespeist wird. Trotzdem ist ein Bremswiderstand, auch Brems-Chopper genannt, notwendig, der einen Teil der rückgespeisten Energie in Wärme umwandelt. Es handelt sich dabei um Leistungswiderstände von Frizlen mit einem Widerstandswert von 2,2 Ohm. Sie können jeweils eine Dauerleistung im zweistelligen kW-Bereich aufnehmen, kurzzeitig auch Spitzenbremsleistungen im sehr hohen dreistelligen kW-Bereich. Der Brems-Chopper dient in erster Linie als Dämpfungsglied im Zwischenkreis, wo er Lastspitzen innerhalb weniger Mikrosekunden kompensieren muss. Ein Widerstand ist auch aus Sicherheitsgründen notwendig, um in Gefahrensituationen eine definierte Notbremsung durchführen zu können. Bremst man das Fahrzeug regulär über Rückspeisung, werden dabei die Akkus geladen. „Ist die Speicherfähigkeit der Akkus erschöpft, sorgen Brems-Chopper und Bremswiderstand dafür, dass die Antriebe auch dann noch bremsen können“, erläutert Dietmar Schrägle, der als Projektmanager Hybridtechnik bei Wiedemann für PowerMela verantwortlich ist. Ein weiterer Grund für den Einsatz des Widerstands ist das Verhalten nach dem Abschalten. „Wäre der Bremswiderstand nicht da, würde nach dem Abschalten des Systems die Hochspannung noch einige Zeit anliegen“, so Schrägle.

Ölgekühlte Widerstände

Bei den Brems-Chopper-Widerständen wollte man auf Ölkühlung setzen. „Gerade bei Widerständen, die ja elektrische Energie gezielt in Wärme umwandeln, bietet eine aktive Kühlung große Vorteile“, sagt Florian Asenkerschbaumer, Projektingenieur bei Wiedemann, und erklärt weiter: „Bei der Entwicklung haben wir erkannt, dass ein ölgekühlter Brems-Chopper-Widerstand im Vergleich zu einem luftgekühlt nur ein Sechstel des Volumens benötigt. Hinzu kommt eine vierfache Leistungssteigerung der einzelnen Widerstandselemente.“ Gerade bei mobilen Arbeitsmaschinen mit ihrem begrenzten Platz ist das wichtig. „Bei Frizlen sind wir mit unserer Idee eines ölgekühlten Widerstands gleich auf offene Ohren gestoßen“, erinnert sich Florian Asenkerschbaumer. Ein Serienprodukt für diese Anforderungen gab es bis dahin nicht, sodass einiges an Engineering-Leistung erbracht werden musste. „Mit Frizlen haben wir für die Bremswiderstände einen idealen Partner gefunden“, ist Schrägle überzeugt.

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