Nebenaggregate: Der Weg zum E-Bus

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Im Stadtverkehr verbrauchen konventionelle Fahrzeuge einen Großteil der Energie für die Nebenantriebe. Eine Möglichkeit, dies zu ändern, sind Wechselrichtersysteme zur Elektrifizierung von Luftkompressor, Lenkhilfe und Co. Das Ergebnis: Busse erreichen ein neues Level an Nachhaltigkeit.

Der verstärkte Ausbau der Elektromobilität ist eine der wesentlichen Antworten auf den Klimawandel. Elektromobilität kann zu CO2-Einsparungen beitragen und den Weg zum klimaneutralen Verkehr ebnen. Dabei belegt die Zahl neu zugelassener Fahrzeuge, dass auch immer mehr Verbraucher auf umweltschonendende Fortbewegungsmittel setzen. Aber auch im Bereich der Nutzfahrzeuge sowie bei mobilen Arbeitsmaschinen vollzieht sich ein Wandel, wobei die Elektrifizierung nicht nur den Fahrantrieb verändert, sondern auch die Nebenaggregate und -antriebe.

Nebenaggregate sind überall verbaut

Klassische Nebenaggregate in Nutzfahrzeugen reichen von Lenkhilfen, Luftkompressoren und Lüftungen über CO2-Wärmepumpen und Transportkühlungen bis hin zu Hydraulikpumpen sowie Generatoranwendungen. Gegenüber diesen oft über Riemen mit dem konventionellen Verbrennungsmotor verbundenen Geräten weisen elektrifizierte Nebenantriebe einen höheren Wirkungsgrad auf, sind durch weniger beweglicher Komponenten vergleichsweise wartungsarm, einfach im Aufbau und überzeugen mit ihrer dynamischen Drehmomentabgabe sowie niedrigen Betriebskosten. Zudem profitieren Anwender von kompakten Maßen und geringer Lautstärke. Da Nebenantriebe, wie etwa die elektrifizierte Lenkhilfepumpe, weniger Energie benötigen, kann sich auch die maximale Reichweite des Fahrzeugs erhöhen.

Passendes Wechselrichtersystem

Für den zuverlässigen Betrieb der Nebenaggregate bietet beispielsweise das Unternehmen KEB Automation Antriebe, Steuerungen und Softwarelösungen an. Das T6 APD stellt dazu als skalierbares und modulares Wechselrichtersystem mit integrierter Leistungselektronik, intelligenter mobiler Steuereinheit und EMV-Filterlösungen diese Komponenten zu einem integrierbaren Paket zusammen. Im Kern dient es dazu, Gleichstrom aus der HV-DC-Quelle in Drehstrom zum Antrieb von Elektromotoren umzuwandeln. Es erfüllt alle Anforderungen, die an elektronische Komponenten für den Automotivebereich gestellt werden – in Bezug auf mechanische und thermische Eigenschaften, Umweltbedingungen, Sicherheit und Lebensdauer.

Das Wechselrichtersystem lässt sich flexibel an unterschiedliche Fahrzeuge anpassen und ermöglicht die Integration von bis zu sechs Wechselrichtermodulen, die in drei Leistungsstufen mit Nennausgangsströmen von 16,5, 33 und 60 Ampere verfügbar sind. Dabei übernimmt es die Aufgaben der dynamischen und energieeffizienten Drehzahl- und Drehmomentregelung und unterstützt sämtliche Motorbauarten wie etwa Synchron- und Asynchronmotoren, IPM-Motoren und Synchron-Reluktanzmotoren. Dabei benötigt es keine Geberrückführung.

Ein Embedded Logic Controller bietet zusätzlich eine Codesys-Programmierumgebung, die bei Bedarf genau auf die Kundenanwendung angepasst werden kann. Zur Kommunikation stehen zwei CAN-Ports zur Verfügung, die alle gängigen CAN-Protokolle wie J1939, CANopen, UDS (Unified Diagnostic Services) und viele mehr unterstützen. Boris Schneider, Teamleiter für den Bereich Applikation E-Mobility bei KEB, erläutert: „Die Software des T6 APD ist modular und anpassungsfähig. Anwender können für jeden Wechselrichterausgang aus einem Pool von unterschiedlichen Apps wählen. Hierbei stehen zum einen generische Apps von uns zur Verfügung, aber auch Apps direkt vom Aggregat-Hersteller.“ Bereits verfügbar sind Apps für Luftkompressor, Lenkhilfepumpe und Klimatisierung zur Verfügung und der Pool wächst stetig. Sollte die passende App einmal nicht zur Verfügung stehen, kann diese ohne großen Aufwand entwickelt werden – bei Bedarf auch vom Kunden selbst.

Stetige Software-Updates

Dabei plant der Hersteller stetige Software-Updates für das Wechselrichtersystem. Beispielsweise erlaubt eine neue Softwareversion dem T6-APD-System auch, das Diagnose-Protokoll UDS auf dem CAN-Bus zu nutzen. Auf Grundlage einer Sammlung von verschiedenen Diensten innerhalb des Protokolls können nahezu alle zur Verfügung stehenden Parameter gelesen und geschrieben werden. Fehlerspeicher lassen sich auslesen oder löschen. Auch anwendungsspezifische Funktionen, sogenannte Routinen, können ausgeführt werden. Unter anderem lässt sich so der „Diagnose-Testbetrieb“ problemlos umsetzen.

Außerdem ist es möglich, Dateien und Software über die UDS-Schnittstelle zu übertragen. Dadurch kann die Software des Wechselrichtersystems über die CAN-Schnittstelle aktualisiert werden. Ein Zugang zu der Ethernet Diagnose Schnittstelle ist also nicht mehr zwingend erforderlich. Üblicherweise ist für den CAN-Port in einem Fahrzeug ein gesonderter Diagnose-Port vorgesehen. An diesem Port können alle Motorsteuergeräte (Engine Control Units - ECUs) erreicht werden.

Durch die neue Softwareversion können die selbst erstellen Applikationen innerhalb des Wechselrichtersystems mit UDS-Parametern und Routinen erweitert werden. Auf diesem Wege können Anwender ihre eigene Applikation über UDS ansprechen. Der Vorteil dabei: Der Anwender muss sich nicht selbst mit dem Thema UDS auseinandersetzen, sondern kann einfach auf die bereits integrierten UDS-Features zugreifen.

„Bereits seit einigen Monaten ist die neue Software bei verschiedenen Kunden im Einsatz und erleichtert die Diagnose dank der standardisierten Abläufe erheblich“, kommentiert Schneider.

Nebenaggregate: CO2-Einsparpotenziale bei Bussen

Die Elektrifizierung von Bussen markiert einen Schritt in Richtung einer klimaneutralen Mobilität. Insbesondere im Stadtverkehr kommen Vorteile wie der leise Betrieb der Nebenaggregate voll zum Tragen. Ein besseres Fahrgefühl durch weniger spürbare Vibrationen im Innenraum und die insgesamt gesteigerte Effizienz sind weitere Aspekte, die für die Elektrifizierung von Haupt- und Nebenantrieben sprechen. Abgerundet wird dies durch die nun zur Verfügung stehende UDS-Schnittstelle, die dem Anwender eine automotivegerechte Diagnose im Handumdrehen ermöglicht.

Der Autor Thorsten Sigges ist Produktmanager Elektromobilität bei KEB Automation.

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