LADOG – Brennstoffzelle und Batterie als Dieselersatz

LADOG
Der ELAAN-LADOG, © Fraunhofer ISE

Um die Lebensqualität in Städten und Ballungsräumen zu verbessern, werden immer häufiger Umwelt- und Lärmschutzzonen eingerichtet oder Fahrverbote für abgasintensive Fahrzeuge diskutiert. Dadurch verschärfen sich auch die Anforderungen an den Maschinen- und Fuhrpark von Kommunen und kommunalen Dienstleistern. Das Projekt „Elektrischer Antriebsstrang für Arbeits- und Nutzfahrzeuge“ (ELAAN) hat diese Herausforderung angenommen, indem es ein vollständig elektrisches Antriebssystem basierend auf Brennstoffzellen- und Batteriemodulen entwickelt hat. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten in diesem Projekt umfassten die Analyse der Leistungsanforderung, die Entwicklung des Fahrantriebes, des Brennstoffzellensystems und der Batteriemodule, die Integration der Komponenten in das Fahrzeug sowie eine simulationsgestützte Auslegung und Betriebsweise des Antriebssystems.

Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor unterliegen immer strenger werdenden Anforderungen hinsichtlich der Abgasgrenzwerte. Gleichzeitig stellt die Lärmbelästigung vor allem in Ballungsräumen häufig eine erhebliche Einschränkung dar, verursacht zum Beispiel durch die Straßenreinigung oder die Müllabfuhr am frühen Morgen. Eine Lösung für dieses Problem stellt das im Projekt ELAAN entwickelte elektrische Antriebssystem basierend auf Brennstoffzellen und Batterien dar.

Hierbei werden Lärmemissionen nahezu vollständig eliminiert. Zudem ist Wasser die einzige Abgasemission. Durch den Einsatz von Wasserstoff als Energieträger kann eine hohe Energiemenge im Fahrzeug gespeichert werden, während die Betankung nur wenige Minuten dauert. Die Batterien sorgen für die nötige Dynamik und verbessern den Gesamtwirkungsgrad durch Rekuperation.

Um die Kosten eines solchen Antriebssystems auf ein wettbewerbsfähiges Niveau zu senken, ist indes eine möglichst hohe Stückzahl erforderlich. Deshalb wurde das ELAAN-Antriebssystem so entwickelt, dass es in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann, zum Beispiel auch bei Flurförderzeugen. Für diese Anwendungen bieten wasserstoffbetriebene Fahrzeuge erhebliche Vorteile gegenüber batteriebetriebenen Fahrzeugen, insbesondere beim Einsatz im Dreischichtbetrieb, da ihre Betankungszeit sehr kurz ist. Deshalb sind brennstoffzellenbetriebene Flurförderzeuge besonders in den USA mit mehr als 16.000 Bestellungen und Auslieferungen seit 2009 äußerst beliebt [1].

Anforderungsanalyse

Zur Dimensionierung von Elektromotor und Energieversorgungssystem wurden zunächst die Maximalleistung, Dauerleistung und Energiemenge anwendungsorientiert bestimmt. Hierzu absolvierte ein konventioneller LADOG T-1250 eine definierte Teststrecke. Er wurde von einem Vierzylinder-Dieselmotor mit 74 kW angetrieben. Die Kraftübertragung erfolgte durch einen Hydrostaten auf alle vier Räder. Aus den aufgezeichneten Messdaten des Momentanverbrauchs und der Drehzahl wurde mithilfe des spezifischen Verbrauchs des Motors und des Hydrostat-Wirkungsgrades die abgegebene mechanische Leistung ermittelt.

 

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Autoren: Stefan Keller M. Sc., Kläre Christmann M.Sc., Adrian Heuer M.Sc.

alle vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

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