TNO onderzoek op het gebied van powertrains

De duurzame aandrijflijnen van morgen worden vandaag gemaakt

Bij TNO Powertrains werken ruim 35 wetenschappers en 17 lab-onderzoekers aan de modellering, besturing en het testen van aandrijflijnen. We richten ons op CO2-vrije en -arme brandstoffen, waaronder waterstofmotoren, batterijen, brandstofcellen, en op energiebeheer.

Door deze technologieën op basis van onafhankelijk onderzoek te ontwikkelen willen we de energietransitie versnellen, waarbij we bedrijven ondersteunen bij de integratie en kalibratie en hen adviseren over optimale oplossingen.

Daarnaast ondersteunen we de TNO-groep Sustainable Transport & Logistics doordat wij onderzoeksgegevens leveren die beleidsmakers informatie bieden over wat de meest energie- en milieuvriendelijke strategieën zijn.

R&D versnellen

Bij de transitie naar duurzame aandrijflijnen gaat het erom de algehele efficiëntie te maximaliseren, de levensduur van aandrijflijnen te voorspellen en verlengen, de ontwikkelingstijd te verkorten en advies te geven over hoe de TCO (Total Cost of Ownership) voor OEM's, integrators en eindgebruikers kan worden verlaagd.

Om dit te bereiken beschikken we over testfaciliteiten waar we onze expertise inzetten op het gebied van aandrijflijntechnologieën, op fysica en data gebaseerde modellering, energiemanagementstrategieën, geavanceerd testen, validatiemethoden en certificering. We helpen OEM's bij de versnelling van R&D zodat zij duurzame aandrijflijnen op de markt kunnen brengen.

Op fysica gebaseerde, gevalideerde modellen

Een representatief wiskundig model, op basis van de door TNO Powertrains zelf ontwikkelde componentenbibliotheek bepaalt het feitelijke aandrijflijnsysteem. Het unieke aan al onze modellen is, dat het om op fysica gebaseerd modellen gaat die zijn gevalideerd in onze eigen faciliteiten, en die volledig voorspellend, schaalbaar en beheersbaar zijn. Bovendien kunnen zij in realtime geïmplementeerd worden. Elk componentmodel is uitgerust met op MATLAB gebaseerde tools zodat het eenvoudig en systematisch gekalibreerd kan worden voor specifieke toepassingen.

De impact van een geoptimaliseerde aandrijflijn hangt af van het soort energie die wordt gebruikt en hoe de toepassing werkt in de beoogde omgeving. Dit is in de context van de huidige en toekomstige wet- en regelgeving en doelstellingen voor gCO2/km.

Vier technologielijnen

Onze expertisedomeinen worden weergegeven aan de hand van de vier verschillende technologielijnen, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen testen, modelleren en besturing.

1. H2-ICE

• Testen: schatting van modelparameters en toestand
• Testen: gezondheidsdiagnose
• Modellering: nabehandeling
• Modellering: verbrandingsmotor
• Besturing: adaptieve besturing
• Besturing: optimale besturing

2. Energie management

• Testen: schatting van modelparameters en toestand
• Testen: gezondheidsdiagnose
• Modellering: nabehandeling
• Modellering: batterij
• Modellering: verbrandingsmotor
• Besturing: adaptieve besturing
• Besturing: optimale besturing

3. Batterij monitoring en controle

• Testen: schatting van modelparameters en toestand
• Testen: gezondheidsdiagnose
• Modellering: batterij
• Besturing: adaptieve besturing
• Besturing: optimale besturing

4. Brandstofcel monitoring en controle

• Testen: schatting van modelparameters en toestand
• Testen: gezondheidsdiagnose
• Modellering: batterij
• Modellering: brandstofcel
• Besturing: adaptieve besturing
• Besturing: optimale besturing

Powertrains Test Centre

Om onze methoden voor duurzame aandrijflijnen te verifiëren en valideren, biedt TNO Powertrains unieke onderzoeks- en testfaciliteiten in het Powertrains Test Centre (PTC) in Helmond. Bij PTC kunnen zware en niet voor de weg bestemde mobiele machines worden getest, gevalideerd en gecertificeerd. Dit gebeurt door experimenteel onderzoek uit te voeren naar aandrijflijnen (volledige en gedeeltelijke samenstellen), waaronder verbrandingsmotoren (voornamelijk waterstof), batterijen (cellen, pakketten, modules) en brandstofcelsystemen.

Unieke testfaciliteiten

Het PTC beschikt over meerdere klimaatkamers, testfaciliteiten voor brandstof en emissies, elektrische testbanken en een grote verscheidenheid aan brandstoffen in vloeibare vorm (zoals methanol) en gasvorm (zoals waterstof) , allemaal bediend door deskundig personeel. Zes motortestcellen analyseren gereguleerde (NOx, CO2, THC, PM, PN) en ongereguleerde (NO, NO2, CH4) emissies. Deze cellen ondersteunen uitgebreide instrumentatie, besturing, veiligheid en brandstof- en koelingsbeheer. De zes cellen, elk met een dynamometer van 600 kW tot 1400 kW, zijn vrijwel identiek. Drie cellen omvatten een bidirectionele elektrische belastings-/voedingssimulator van 300 kW voor het testen van batterijen en brandstofcellen.

Faciliteiten voor veldtesten

Voor veldtesten gebruiken we ons Portable Emissions Measurement System (PEMS), waarmee we emissies (voornamelijk NOx en CO2) op de weg kunnen meten van zware voertuigen (vrachtwagens en bussen). De meetresultaten worden gebruikt voor ISC-testen (In-Service Conformity) en RDE (Real Driving Emissions). We gebruiken ook het Sensor-based Emission Monitoring System (SEMS), ontwikkeld door de TNO STL-groep, als een kostenefficiënt en effectief alternatief voor PEMS-testen en voor het monitoren van elektrische voertuigen.