Umrüstung von Diesel-Lkw auf E-Lkw
Industrietaugliches Konzept für individuellen E-Truck-Antrieb
Für die Umrüstung von Diesel-Lkw auf E-Trucks kann ein modularer Antriebsstrang-Baukausten dienen, der gemäß individueller Fahrzeuganforderungen konfigurierbar ist. Aufgebaut ist er nach dem Range-Extender-Prinzip – mit groß dimensionierten HV-Batterien bei relativ geringer Brennstoffzellenleistung.
Der Lehrstuhl »Production Engineering of E-Mobility Components« (PEM) der RWTH Aachen hat das vom Bundesministerium für Verkehr geförderte Forschungsprojekt SeLv nach mehr als fünf Jahren erfolgreich beendet. Zum Abschluss präsentierte das PEM-Team einen dritten Prototypen-Lkw und den zweiten mit offizieller Straßenzulassung.
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines adaptierbaren, modularen Antriebsstrang-Baukastens für schwere Nutzfahrzeuge, der eine wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle mit einer Hochvolt-Antriebsbatterie verbindet und über eine hohe Produktreife für eine schnelle Industrialisierung verfügt.
Für die Umrüstung von Diesel-Lkw auf E-Trucks
Das modulare System soll die Umrüstung von bestehenden Diesel-Lkw auf Elektro-Trucks ermöglichen. Es eignet sich gleichermaßen für entsprechende OEMs sowie Fahrzeug-Umrüster und soll künftig auch Nischenbereichen wie dem Baumaschinen-Sektor zur Verfügung stehen.
»Vielen Zulieferern wird es sehr schwer gemacht, neue Ideen in den Markt zu bringen«, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. »Aus der Automobilindustrie kommen dann häufig Fragen wie ‚Läuft das denn schon?‘ oder ‚Wie sicher ist das überhaupt?«
Unterschiedliche Technologien integrierbar
Beim SeLv-Lkw handelt es sich um »eine reale Plattform mit Straßenzulassung«, auf deren Basis künftige Interessenten ihre unterschiedlichen Batterie-, Wasserstoff- und Thermomanagement-Technologien oder Software-Applikationen integrieren und Unterstützung bei der Entwicklung zum Serienprodukt erhalten könnten.
E-Truck-Reichweite bis 1.000 km möglich
Je nach Dimensionierung der hinter der Fahrzeugkabine sitzenden Wasserstofftanks soll der Elektro-Truck eine Reichweite von 750 bis mehr als 1.000 Kilometern erlauben. An Bord des Lkw mit einer Spitzenleistung von knapp 640 PS und einer Dauerleistung von rund 544 PS befindet sich auch ein Navigationssystem, das die beste Route auf Basis der vorhandenen Wasserstoff- und Batterielade-Infrastruktur mit entsprechenden Tankstopps errechnet.
Ein intelligentes Energiemanagement sorgt außerdem für eine gemäß dem Fahrprofil verteilte Batterie- und Brennstoffzellenleistung, um den bestmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen. »Eine große Hürde während der Entwicklung bestand darin, dass sich viele Komponenten zur Elektrifizierung in der Klasse der schweren Nutzfahrzeuge erst im prototypischen Stadium befanden und deshalb nicht auf dem Markt verfügbar waren«, betont PEM-Experte und Homologationsverantwortlicher Michael Betz.
Geringere Entwicklungs- und Systemkomplexität
»Ein junges Forschungs-Team und erfahrene Fachkräfte aus der Entwicklung haben auf einzigartige Weise industrielle Standards mit neuen wissenschaftlichen Ansätzen kombiniert«, sagt PEM-Projektverantwortlicher Michael Demming.
»Herausgekommen sind innovative Ideen, mit denen sich die Entwicklungs- und die Systemkomplexität innerhalb der hochregulierten und relativ trägen Fahrzeug-Branche deutlich verringern lassen.“ Das Projekt wurde im Rahmen der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie (MKS) der Bundesregierung mit insgesamt fast 17 Millionen Euro gefördert.«
Die technischen Daten der Prototypen SeLv 2 und SeLv 3
- Nutzleistung (Spitzenleistung): 470 kW (640 PS)
- Kontinuierliche Leistung (Dauerleistung): 400 kW (544 PS)
- Automatisches Dreiganggetriebe für maximale Steigfähigkeit und optimierte Autobahn-Effizienz
- Batteriekapazität: 368 kWh nutzbar (netto)
- Ladeleistung: 250 kW
- Zellchemie: Lithium-Eisenphosphat (LFP)
- Batterieleistung: 489 kW
- Brennstoffzellenleistung: 170 kW
- Wasserstofftank-Kapazität: 35 kg bei 350 bar, 70 kg bei 700 bar
- Reichweite: mit 350 bar: 750 km; mit 700 bar: >1.000 km
Konfiguration des modularen Antriebsstrangs
- Modularer Antriebsstrang, konfigurierbar gemäß individueller Fahrzeuganforderungen
- Aufbau nach dem Range-Extender-Prinzip mit groß dimensionierten Hochvoltbatterien bei relativ geringer Brennstoffzellenleistung
- Brennstoffzellen bewegen sich konstant im optimalen Wirkungsgrad und müssen dadurch keine großen Leistungsschwankungen regeln: signifikante Erhöhung der Brennstoffzellen-Lebensdauer; Batterie kann mehr Rekuperationsenergie aufnehmen, was eine Umsetzung der Dauerbremse allein durch die Rekuperation ermöglicht (zahlreiche Akteure verbauen einen Bremswiderstand, der die Energie in Wärme wandelt, da vergleichsweise kleine Batterien diese Energiemengen nicht aufnehmen können); intelligentes Energiemanagement regelt Batterieladung abhängig von der vorausliegenden Strecke und Höhenlage
- Baukastenkonzept erlaubt umfangreiche Vormontage außerhalb des Fahrzeugs
- Vier unterschiedliche Module:
1. Antriebseinheit: zwei Zentralmotoren inklusive Dreiganggetriebe und Hochvolt-Leistungsverteilung im Modul, um die Kabelwege so kurz wie möglich zu halten; Aufhängung mittig im Rahmen, wirkt auf serienmäßiges Differential
2. Hochvolt-Batterieeinheiten: jeweils drei Packs pro Seite; Anbringung seitlich zwischen den Rädern; zusätzliche Unterbringung der Niederspannungsbatterien
3. Brennstoffzellen- und Hilfsaggregate-Einheit: zwei Brennstoffzellen und alle Hilfsaggregate inkl. elektrifizierter Luftpresser und Lenkhilfepumpe; Anbringung im ursprünglichen Motorraum.
4. Tankbrücke: sechs Wasserstofftanks inklusive großer Brennstoffzellen-Kühler; Unterbringung hinter dem Führerhaus - Kabel und Leitungen fast allesamt in die Module integriert und durch Übergabestellen miteinander verbunden, um die Umbauarbeiten am Spenderfahrzeug minimal zu halten
- Antriebsstrang in schweren Nutzfahrzeugen erprobt, aber auch für weitere Anwendungen skalierbar (andere Antriebs- und Brennstoffzellenleistung, Batteriekapazität, Wasserstofftank-Volumen)
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