Optimierte Gestaltung hybrider Nutzfahrzeuge (ORCA)

Entwicklung effizienter und emissionsarmer Busse und LKW mit Hybrid-Antrieben

Effiziente und umweltschonende kommerzielle Hybrid-Lastwagen: die ORCA-Forschungsergebnisse werden im realen Betrieb validiert.

Die vollständige Elektrifizierung des kommerziellen Straßenverkehrs gestaltet sich aufgrund der hohen Reichweitenanforderungen deutlich schwerer als im Individualverkehr. Mittelfristig bieten in diesem Bereich vor allem Hybridfahrzeuge die Möglichkeit, ökonomische und ökologische Anforderungen zu vereinen. Das von der EU geförderte Forschungsprojekt ORCA (Optimised Real-world Cost-competitive modular hybrid Architecture) widmet sich daher der Entwicklung besonders effizienter und schadstoffarmer Hybridkonzepte für Nutzfahrzeuge.

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Im ORCA-Projekt (Optimised Real-world Cost-competitive modular hybrid Architecture) werden Technologien und Werkzeuge für hybride Nutzfahrzeuge erarbeitet. Neben Emissionsreduktion werden die Erhöhung der Reichweite im elektrischen Modus sowie niedrigere Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, kurz TCO) im Vergleich zu aktuellen Konzepten angestrebt. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt dabei auf der gesamtheitlichen Analyse des Energiemanagements des Fahrzeugs. Dies erfordert die Modellierung aller daran beteiligten Systeme einschließlich möglicher Wechselwirkungen.

Als Demonstrationsträger dienen ein hybrider Bus und ein hybrider Lastkraftwagen (LKW). Die konkreten Ziele des Projektes sind wie folgt definiert:

  • Erhöhung der Effizienz des Hybridantriebes um 5 % im Vergleich zu Referenz-Hybridfahrzeugen (LKW und Bus) durch eine optimierte Auswahl und Dimensionierung des wiederaufladbaren Energiespeichersystems sowie eines verbesserten Energiemanagementsystems,
  • Downsizing vom Verbrennungsmotor um 50 % im Vergleich zu Referenz-Fahrzeugen.

Dabei wurden neben CO2 auch weitere Emissionen, z.B. NOx , in die Analysen einbezogen. Auch spezielle Anforderungen aus Betriebsszenarien mit Umweltzonen in Innenstadtbereichen, in denen ein vollelektrischer Betrieb des Fahrzeugs möglich sein muss, wurden in dem Projekt simulativ bewertet. Das Fraunhofer LBF hat in dem Projekt in der Entwicklung einer multi-skalierbaren Simulationsplattform mitgewirkt. Es wurde ein Modell für thermisches Management des gesamten Fahrzeugs entwickelt, welches die Kühlkreisläufe der Antriebsmaschinen sowie der Energiespeicherung und Nebenverbraucher sowie die Kabinenheizung umfasst. In den Simulationen konnte der Nutzen von Wärmerückgewinnungs- und Speicherungstechnologien für die Energieeffizienz demonstriert und im Kontext der unterschiedlichen Nutzungsszenarien quantifiziert werden.

Weiterhin wurde virtuell der Einsatz eines CNG (Compressed Natural Gas) – Motors anstatt aktuell bevorzugt eingesetzten Dieselmotoren in Bezug auf Emissionen ausgewertet. Der Vergleich hybrider Antriebssysteme mit unterschiedlichen Verbrennungsmotoren fand für spezifische Fahrzeugmissionen wie städtischer Verkehr oder Verkehr in der städtischen Peripherie statt. Für alle betrachteten Szenarien wurde die Reduktion von CO2-Emissionen um mehr als 10 % und NOx-Emissionen um mehr als 50 % für den CNG-Motor im Vergleich zum Dieselmotor erzielt.

 

Auf Basis der Ergebnisse der Modelle und Analysen wurden im Projekt zwei reale Demonstratorfahrzeuge gebaut, ein Hybrid-Lastwagen von VOLVO und ein Hybrid-Bus von IVECO. Die Projektergebnisse können so im Betrieb validiert werden. So schafft dieses Projekt wichtige Grundlagen für die Entwicklung effizienterer und umweltschonenderer kommerzieller Hybridfahrzeuge.