Ett hybridelektriskt drivlinekoncept till BAE Systems bandvagn BvS10 har tagits fram. Konceptet ärbaserat på tidigare studier utförda kring samma hybridelektriska konceptplattform. Det framtagna drivlinekonceptet modellerades i Simulink/Simscape. Detta utifrån en tidigare konstruerad och validerad simuleringsmodell av den befintliga drivlinan till BvS10. Denna drivlina är, till skillnad från den i detta projekt modellerade drivlinan, av traditionellt mekaniskt slag. Den befintliga drivlinan har låtits simulerats och jämföras med den framtagna hybridelektriska drivlinesimuleringen, vilket har gjorts i tre olika testfall. Testfallen rubriceras enligt följande, acceleration och topphastighet, dragkraft, och körning i brant uppförsbacke. Syftet med studien är att presentera den initiala prestandaskillnaden som en hybridelektrifiering av drivlinan skulle innebära. Det framtagna hybridkonceptet består av en generator kopplad direkt på förbränningsmotorns axel. Generator är sedan kopplad till två elmotorer placerad i vardera av bandvagnens fram- och bakvagn. Elmotorerna är, via en fyrväxlad växellåda, placerad ovanpå differential. Mellan generator och elmotorerna kopplas en superkondensator in via en spänningsomvandlare. Superkondensatorn förväntas kunna leverera en effektboost vid körning med högt motstånd för att öka mobilitet i krävande terräng samt fordonets acceleration. Resultatet visar att superkondensatorn har möjlighet att öka fordonets acceleration i cirka sju sekunder innan den laddats ur. Superkondensatorns bidrag till prestandaökning av drivlinan är även tydlig vid körning i brant uppförsbacke, där den hjälper fordonet accelerera samt nå en högre topphastighet. Även utan superkondensatorn presterar den hybridelektriska drivlinan bättre i uppförsbacken på grund av elmotorernas, relativt befintliga drivlinans förbränningsmotors, höga vridmoment. Dragkraften ökar betydligt med den modellerade fyrväxlade växellådans lågväxel, men är även högre än befintliga drivlinans dragkraft utan lågväxel kopplad. Studiens framtagna hybridkoncept utnyttjar inte något batteri. Detta tillsammans med att den hybridelektriska drivlinan visar sig ha högre förluster än den befintliga drivlinan, resulterar i en lägre tillgänglig effekt att använda till fordonets framdrivning. I resultaten från studien syns detta tydligast då topphastigheten är lägre för den hybridelektriska drivlinan. Föreslagen elmotor har möjlighet att producera hög effekt men begränsas på grund av de ökade förlusterna. Även växellådans lågväxel kan ej utnyttjas till full potential på grund av denna brist på energitillgång. För att motverka denna energibegränsning som elmotorn står inför krävs ett batteri som levererar effekten motsvarande de förluster som tillkommer med en hybridelektrifiering. Den högsta växel nås vid en låg hastighet, för växellådan rekommenderas därmed en justering av utväxlingsförhållanden och en vidareundersökning av möjligheten att reducera antal växlar. / A hybrid electric driveline concept for the BAE Systems BvS10 tracked vehicle has been developed. The concept is based on previous studies conducted on the same hybrid electric platform. The resulting powertrain concept was modeled in Simulink/Simscape, using a previously constructed and validated simulation model of the existing powertrain for the BvS10. This existing powertrain, unlike the one modeled in this project, is of a traditional mechanical nature. The existing drivetrain has been simulated and compared to the developed hybrid electric drivetrain simulation in three different test cases. These test cases are categorized as follows, acceleration and top speed, pulling force, and steep uphill driving. The purpose of the study is to present an initial performance difference that hybrid electrification of the powertrain would entail. The developed hybrid concept consists of a generator directly placed in connection to the combustion engine’s shaft. The generator then forwards the power to two electric motors, each positioned in the front and rear body of the tracked vehicle. The electric motors are placed on top of the differential with a four speed gearbox inbetween. As a secoundary energy source, a supercapacitor is connected to the DC bus through a voltage converter. The supercapacitor is introduced to provide a power boost during high resistance driving, enhancing mobility in demanding terrain aswell as the vehicle’s acceleration. The results indicate that the supercapacitor has the capability to enhance the vehicle’s acceleration for approximately seven seconds before it discharges. The supercapacitor’s contribution to powertrains performance is also evident during uphill driving, where it assists the vehicle in accelerating and reaching a higher top speed. Even without the supercapacitor, the hybrid electric powertrain performs better uphill due to the high torque of the electric motors compared to the combustion engine in the existing powertrain. The pulling force significantly increases with the modeled four speed gearbox’s low gear, but it is also higher than the existing powertrain ́s pulling force without engaging low gear. The study’s proposed hybrid concept does not utilize a battery. This together with the fact that the hybrid electric powertrain exhibits higher losses than the existing powertrain, results in a reduced power available for vehicle propulsion. In the study results, this is most evident in the reduced top speed of the hybrid electric powertrain. The suggested electric motor has the potential to produce high power but is limited due to the increased losses. Additionally, the low gear of the transmission cannot be fully utilized due to the same energy constraint. To mitigate this limitation faced by the electric motor, a battery is required that delivers power equivalent to the losses incurred by the hybridization. The highest gear is reached at a low speed, which provides very little range for each gear to operate. For this reason, an adjustment of the proposed gear ratios is recommended, along with further investigation into the possibility of reducing the number of gears.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-226407 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Ledin, Linus |
| Publisher | Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds