Entwicklung neuer Energien für schwere Lkw

Entwicklung neuer Energien für schwere Lkw – Cheersonic

In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Nutzfahrzeugen mit neuen Antrieben, insbesondere im Segment der Lkw mit höheren Anforderungen an alternative Antriebssysteme, kontinuierlich an Bedeutung gewonnen. Hybrid-, rein elektrische und Brennstoffzellentechnologien wurden stetig weiterentwickelt, neue Anwendungsszenarien erschlossen und die Nachfrage entsprechend gesteigert. Nutzfahrzeuge mit neuen Antrieben haben bereits ihr Entwicklungspotenzial unter Beweis gestellt.

1 Technischer Status von Hybrid-Schwerlastwagen

Bislang ist die Hybridtechnologie im Bereich der neuen Antriebstechnologien am weitesten entwickelt und verursacht die geringsten Mehrkosten. Aktuell gibt es drei Arten von Hybridantriebssystemen: serielle, parallele und hybride.

Das parallele Hybridantriebssystem besteht aus einem herkömmlichen Verbrennungsmotor und einem Elektromotor. Motor, Elektromotor und Getriebe bilden zusammen verschiedene Leistungsmodi, die sich für unterschiedliche Fahrbedingungen eignen und eine hohe Energieausnutzung ermöglichen.

Aktuell nutzen Hybrid-Nutzfahrzeuge im Wesentlichen ein Parallelhybridsystem. Dieses System zeichnet sich durch einen hohen technologischen Reifegrad aus und erhält die ursprüngliche Antriebsstruktur weitestgehend bei. Es bietet eine einfache Bauweise, ein geringeres Gewicht, niedrigere Kosten und eine höhere Systemstabilität.

2 Technischer Status rein elektrischer Schwerlastwagen

Die technischen Möglichkeiten für rein elektrische Schwerlastwagen sind flexibel und vielfältig. Sie umfassen im Wesentlichen Lösungen wie Zentralmotorantrieb, Zentralmotor-Antriebsachse und Radmotor-Antriebsachse. Das Zentralmotorantriebskonzept entspricht im Wesentlichen dem Aufbau herkömmlicher Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Motor und Kupplung entfallen, und der Antriebsmotor ist mit dem Getriebe verbunden. Die bestehende Fahrzeugplattform wird dabei weitgehend wiederverwendet. Bei der Zentralmotor-Antriebsachse sind Antriebsmotor (üblicherweise horizontal), Getriebe und weitere Komponenten an der Stelle des ursprünglichen Hauptgetriebes der Antriebsachse integriert. Dies ermöglicht eine hohe Integration und einen geringen Platzbedarf. Die Radmotor-Antriebsachse integriert jeweils zwei Antriebsmotoren und Getriebe auf der linken und rechten Seite der Achse. Die beiden Motoren treiben jeweils die Räder auf dieser Seite an. Derzeit werden alle drei Konzepte von den Herstellern eingesetzt.

Da die Reichweite rein elektrischer Schwerlastwagen noch verbessert werden muss, die Ladezeit lang ist und die Anforderungen an die Infrastruktur, wie z. B. Ladestationen, hoch sind, eignen sie sich derzeit eher für Bereiche mit einer festen Reichweite und einer festen Fahrzeit, wie z. B. Feldfahrzeuge und stationärer Linienbetrieb.

3 Technischer Status von Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugen

Für Brennstoffzellen-Lkw gibt es derzeit drei Hauptbetriebsarten: Reichweitenerweiterung, Mischbetrieb und Volllastbetrieb.

Der erweiterte Reichweitenmodus wird hauptsächlich in Situationen eingesetzt, in denen eine große Diskrepanz zwischen der Brennstoffzellenleistung und den Leistungsanforderungen des Fahrzeugs besteht; der Volllastmodus stellt die höchsten Anforderungen an die Brennstoffzellen, und die Nennleistung der Brennstoffzelle ist im Grunde größer oder nahe an der maximalen Leistung des Fahrzeugs; der Hybridleistungsmodus beschreibt… Unter den beiden ist der Hybridleistungsmodus der am weitesten verbreitete, bevor die Brennstoffzellenleistung weiter verbessert wird.

Brennstoffzellenfahrzeuge haben die Integration und Leistungsentwicklung von Brennstoffzellensystemen, Antriebssystemen und Fahrzeugen weitgehend abgeschlossen und befinden sich in der Phase der kommerziellen Demonstration. Aufgrund der geringen Leistung des Brennstoffzellensystems ist die bordeigene Wasserstoffspeicherkapazität noch unzureichend, und die Entwicklung von Brennstoffzellen-Lkw ist weiterhin begrenzt. Die zukünftige Entwicklung konzentriert sich auf die Verbesserung wichtiger Technologien, den Aufbau der Wasserstofftankstelleninfrastruktur und die Förderung von Demonstrationsprojekten.

4. Schlussfolgerung

Chinas neue Energie-Lkw stecken insgesamt noch in den Kinderschuhen. Ihr Entwicklungsstand zeigt, dass sie je nach Anwendungsbereich unterschiedliche technische Ansätze verfolgen. Rein elektrische Antriebe eignen sich für Kurzstrecken, insbesondere in Gebieten mit hohen Umweltschutzauflagen. Hybridantriebe sind für mittlere Strecken geeignet und eignen sich für die komplexen Einsatzbedingungen im Stadtverkehr (häufiges Anfahren und Anhalten, Beschleunigen und Bremsen usw.). Unter Berücksichtigung von Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit und anderen Faktoren zeigt sich der höhere technologische Reifegrad von Hybridantrieben gegenüber anderen neuen Energieformen als Vorteil. Brennstoffzellenantriebe eignen sich für lange Strecken und schwere Lasten und werden, sobald die Schlüsseltechnologien entwickelt sind, die optimale Lösung für neue Energie-Lkw darstellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass rein elektrische, hybride, Brennstoffzellen- und andere technische Ansätze jeweils ihre eigenen Charakteristika und Anwendungsbereiche aufweisen. Auf der Grundlage von Industrieallianzen sollte ein durchdachter und detaillierter Entwicklungsplan erstellt werden, der die technologische Entwicklung fördert und den Aufbau der entsprechenden Infrastruktur vorantreibt. Ziel ist es, die Entwicklung von Nutzfahrzeugen mit alternativen Antrieben zu unterstützen.

Anwendung einer Ultraschall-Sprühanlage auf die Membranelektrode einer Wasserstoff-Brennstoffzelle für schwere Lkw

Wasserstoff-Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge erfordern Membranelektroden mit hoher Leistung, langer Lebensdauer und starker Anpassungsfähigkeit an die Betriebsbedingungen. Ultraschall-Sprühanlagen sind Schlüsselkomponenten für die Herstellung katalytischer Schichten auf diesen Membranelektroden. Die Anlagen nutzen hochfrequente Ultraschallschwingungen, um die Platin-Kohlenstoff-Katalysator-Suspension in mikrometergroße, gleichmäßige Tröpfchen zu zerstäuben. Diese werden unter niedrigem Druck schonend auf die Oberfläche der Protonenaustauschmembran aufgebracht, um die CCM-Katalysatorschicht zu bilden und eine stabile Dreiphasen-Reaktionsgrenzfläche zu erzeugen.

Im Gegensatz zum herkömmlichen pneumatischen Sprühen zeichnet sich die Ultraschall-Sprühbeschichtung durch hohe Gleichmäßigkeit, geringe Dickenschwankungen, keine Poren oder Streifenfehler aus. Dies gewährleistet eine stabile Leistungsabgabe von Lkw-Elektroden unter hoher Stromdichte, reduziert lokale Hotspots und verbessert die Haltbarkeit unter Vibrationsbelastung sowie wechselnden hohen und niedrigen Temperaturen. Die Ausnutzung der Beschichtungssuspension kann über 90 % erreichen, wodurch der Verlust des Edelmetalls Platin deutlich reduziert und die Herstellungskosten von Lkw-Membranelektroden effektiv gesenkt werden.

Das Sprühverfahren arbeitet ohne Hochdruckeinwirkung und schont die Protonenaustauschmembran, wodurch Membranquellungsprobleme vermieden werden. Die Katalysatorschicht haftet gut und löst sich nicht leicht ab. Die Prozessparameter der Anlage lassen sich digital einstellen, und die Produktkonsistenz ist hoch. Das Verfahren eignet sich sowohl für die Mustererstellung in Forschung und Entwicklung als auch für die Serienfertigung mit mehreren Düsen. Die hergestellten Membranelektroden können in Hochleistungs-Brennstoffzellenstapeln von Nutzfahrzeugen eingesetzt werden und tragen so zur Kommerzialisierung von wasserstoffbetriebenen Nutzfahrzeugen mit hoher Reichweite und Zuverlässigkeit bei.

Über Cheersonic

Cheersonic  ist der führende Entwickler und Hersteller von  Ultraschallbeschichtungssystemen  zum Aufbringen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, zur Verstärkung oder zur Glättung von Oberflächen an Teilen und Komponenten für die Märkte Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energien, Medizin und Industrie, einschließlich spezieller Glasanwendungen im Bauwesen und in der Automobilindustrie.

Unsere  Beschichtungslösungen  sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung von Sprühnebel, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch sowie eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Übertragungseffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.

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