Hybridfahrzeuge bei der MAN Nutzfahrzeuge AG - TU Berlin

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Hybridfahrzeuge bei der MAN Nutzfahrzeuge AG - TU Berlin

Hybridfahrzeuge bei der

MAN Nutzfahrzeuge AG

Fahrzeug- und Motorentechnisches Seminar

TU Berlin – 28. Januar 2010

Dr.-Ing. Rolf Döbereiner

Division Research

MAN Nutzfahrzeuge AG, München

MAN Nutzfahrzeuge AG Verfasser ERT / Dr. Döbereiner Titel Kfz-Seminar der Präsentation TU Berlin TT. Monat 28. JJJJ Januar 2010

1


Megatrends der

Mobilitäts- und Verkehrsentwicklung

� Erhaltung der Mobilität

� Individualisierung des Güterverkehrs

� Aufspaltung des Marktes für Kraftfahrzeuge

� Nachhaltigkeit des Verkehrs

� Zunahme der Technisierung, Automatisierung und des

Datenaufkommens

� Der Fahrer rückt mehr in den Mittelpunkt

� Einzug der Consumer-Elektronik ins Fahrzeug

� Steigende Erwartungen an die Sicherheit

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Mobilitätskonzepte 2020

Logistik

Betrieb

Sicherheit

Forschungsinitiativen

SIM-TD, Ko-FAS,

CVIS, Cooper, …

Vernetzte

Verkehrssysteme

Randbedingungen

Der Mensch

in seinen

unterschiedlichen Rollen

im Verkehrsgeschehen

Kognitive

Assistenzsysteme

Mobilitätskonzepte 2020

für Stadtregionen

Mobilität

Umwelt

Effizienz

Markt

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Nachhaltigkeit und Umweltschonung

Forderungen und Maßnahmen

gesellschaftliche /

politische Forderung

Reduzierung des

Kraftstoffverbrauchs

Reduzierung

der Emissionen

(Abgase, Geräusch)

Reduzierung der

Klimagase (CO 2 )

Substitution

fossiler Kraftstoffe

Entwicklungsschwerpunkte

Effizienzsteigerung

des

Verkehrssystems

Steigerung der

Umweltverträglichkeit

Maßnahmen

� Effizienzsteigerung des

Antriebsstranges

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� Einsatz von Kraftstoffen mit

Potenzial zur CO2-Reduktion � BTL Technologie

� Verringerung der

Fahrwiderstände und des

Fahrzeuggewichts

� Verbrauchsoptimierte

Fahrweise

� Transportlogistik / Verkehrsmanagement

/ Infrastruktur

� Fahrerschulung für eine

energiesparende Fahrweise

� Nutzung der Bremsenergie


Alternative Antriebe im Nutzfahrzeug

Chancen je nach Anwendungsfall

Fernverkehrs-Lkw / Reisebus

Verbrennungsmotor

Optimierung des

konventionellen

Antriebsstrangs

Micro- bis Mild-

Hybrid-Auslegung

Lieferverkehr

V-Motor

oder

VM – Hybrid

Parallelhybrid in

Mild- oder Full-

Hybrid-Auslegung

Stadtbus

V-Motor

oder

VM – Hybrid

Seriell- oder Parallel-

Hybrid in

Full-Hybrid-Auslegung

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Entwicklungshistorie

MAN - Hybrid - Stadtbusse

DG-Hybrid (Gyrospeicher)

DH-Hybrid (Hydrospeicher)

DE-Hybrid (NiMH-Batterie)

Trolley-Hybrid

(MD-Schwungrad)

DE-Hybrid (MD-Schwungrad)

BZ-Hybrid

(NiMH-Batterie)

2004

DE-Hybrid

(Ultracap-Speicher)

2001

DE-Hybrid

(Projekt IDEAS)

2005 - 2008

DE-Hybrid optimiert

(Ultracap-Speicher)

2005

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Hybridantriebe für Stadtbusse

Auswahl des Antriebssystems

Einsatzprofil Stadtbus

� Niedrige bis mittlere durchschnittliche

Leistungsanforderung

� Häufiges Bremsen und Beschleunigen

� Hohe Anzahl Haltestellen

… ist ideal für Hybridantriebssysteme!

Hybrid – Struktur

� Paralleler Hybrid

� Serieller Hybrid

� Leistungsverzweigter Hybrid

Hybrid – Layout

� Micro - Hybrid

� Mild - Hybrid

� Full - Hybrid

Energiespeicher

� Batterie (NiMH, Li-Ion, …)

� Ultracaps

� Schwungrad

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Abstimmung für Linieneinsatz

Erprobungseinsatz in Nürnberg (VAG Nürnberg)

Fahrerarbeitsplatz

Instrumentierung

Antriebssystemverhalten

Fahrer-Zusatz-

Display

Fahrgast-

Informations-

Displays

Hybridfunktionen

Fahrzeug-

Diagnose

Nebenaggregate-

Funktionen

Einweisung /

Fahrerschulung

Fern-Diagnose /

-Wartung

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Forschungsprogramm IDEAS

Innovativer Diesel-Elektrischer Antrieb für Stadtbusse

IDEAS

Innovativer DE-Hybrid-Antrieb für Stadtbusse

A&D

Large Drives

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MAN DE-Hybrid-Stadtbus IDEAS 1

Schematischer Aufbau des Antriebsystems

Leistungselektronik

EEV-Dieselmotor 191 kW

mit Anpassgetriebe

Ultracap-Module

PSM-Generator 150 kW

Elektrische

Klimaanlage

E-Motoren 2x75 kW

mit Summiergetriebe

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Optimierung und Verbrauchsmessungen

auf dem Rollenprüfstand

Verbrauch [l/100 km]

60

50

40

30

20

10

0

NA

Rollenprüfstand (Teilbeladung)

Verbrauch konventionell (m = 13,02 t)

Verbrauch Hybrid (m = 14,26 t)

Innenstadt Gemischt Zubringer

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- 30%

13%

- 25%

- 21%

Verbrauchsanteile a. d. Rolle

(ohne Klimaanlage)

87%

Antrieb


Streckenspezifische Analyse

Verbrauchsanteile für Antrieb und Nebenaggregate (Linie 36)

Verbrauchsanteile ohne Klimaanlage

(Linie36)

30 %

13 %

87 %

70 %

Verbrauchsanteile mit Klimaanlage

(Linie36)

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36 %

Streuung Streuung

Anteil Antrieb

Anteil Nebenaggregate

Anteil Klima

32 %

8 %

20 %

56 %

47 %


MAN Hybrid – Stadtbus

Erprobungseinsatz bei VAG Nürnberg Linie 36

� Rekuperation von Bremsenergie

� Stopp-Start-Automatik

� bedarfsgerechter Betrieb der Nebenaggregate

� elektrisches Anfahren an der Haltestelle

� Kraftstoffeinsparung Linie 36: bis zu 25 %

im Vergleich zum besten Standard-Bus (Einsparpotential linienabhängig)

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Technische Daten

� Fahrzeug MAN Niederflurbus Lion´s City

� Dieselmotor MAN-Motor D0836LOH 191 kW,

EEV mit CRTec

� Generator Synchrongenerator 150 kW

� Fahrmotoren Asynchron-Fahrmotoren 2 x 75 kW

� Speichersystem Supercap-Hochleistungsspeicher

200 kW; 0,4 kWh

� Wechselrichter Pulswechselrichter in IGBT-Technik

� Nebenaggregate - elektrische Lenkhilfpumpe

- DC/DC – Bordnetzwandler

- elektrischer Klimakompressor

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Einsparung Kraftstoffverbrauch [ % ]

Einsparpotential

Abhängigkeit der Kraftstoffeinsparung vom Einsatzprofil

35

30

25

20

15

10

5

0

Innenstadt Überland

Andere Einflussgrößen.

� Hybridstruktur

� Topografie

� Kraftstoffverbrauch durch

Nebenaggregate

� Fahrereinfluss

� Passagierbelegung

� Verkehrsfluss und

Verkehrsführung

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Vom Prototypen zur Serienproduktion

Serien-Fahrzeug:

MAN Lion‘s City Hybrid

Prototyp:

IDEAS Hybrid City Bus

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MAN Verteiler – Lkw

MAN TGL

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MAN Hybrid – Verteiler – Lkw

Entwicklungshistorie

Seit mehr als 20 Jahren wird die Hybridtechnik bereits in MAN Verteiler-

Fahrzeugen eingesetzt:

1983 G90 Hybrid

2008 TGL Hybrid

1997 L2000 Dual-Mode-Hybrid

2001 TGL mit KSG*

2004 TGL mit EDA**

*KSG: Kurbelwellen-Starter-Generator

**EDA: Elektrodynamisches Anfahrelement

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MAN Hybrid Technologie

ISG Hybrid – Antriebssystem für Verteiler – Lkw

MAN

Hybridmanagement

Dieselmotor Kupplung

Batterie

Inverter

E-Maschine

24V Bordnetz

Bordnetzladewandler

Automatisiertes

Schaltgetriebe

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MAN TGL 12.220 Hybrid

Komponentenintegration

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Verteilerverkehr

TGL 12.220 Hybrid

VM

Energiespeicher

EM

Getriebe

VM: Verbrennungsmotor EM: Elektromotormotor D: Differenzial mit Hypoidstufe

D

Bremsenergie – Rückgewinnung

Vollelektrisches Fahren

auf kurzen Strecken

Kraftstoffeinsparung 5 … 15%

je nach Einsatzweise

Minderung von CO2- und

Geräuschemissionen

Befahren von Umweltzonen

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Wirtschaftlichkeit von Hybridfahrzeugen

MAN Lion's City Hybrid-Bus:

Kraftstoffeinsparung: bis 25 %

� Amortisationszeit: ca. 5 Jahre

� Hybridtechnik rechnet sich

MAN TGL Hybrid-Lkw:

Kraftstoffeinsparung: 5 … 15 %

� Business Case grenzwertig

� politisch gefordert ?

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CO 2 – Effizienz im Fernverkehr

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Transportleistung 2007 in D

Zahlen, Daten, Fakten

Schiene:

358 Mio Tonnen

= 8 %

Binnen- und

Seeschiff:

559 Mio Tonnen

= 13 %

Pipeline (Rohöl): 91 Mio Tonnen = 2 %

Luftfahrt: 3 Mio Tonnen = 0,07 %

Lkw:

3 430 Mio Tonnen

= 77 %

Heute: Bis 2050 Anstieg auf

4 440 Mio Tonnen 5 500 Mio Tonnen erwartet

Quelle: http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Presse/pm/2008/01/PD08__018__46.psml

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Anteil der CO 2 – Emissionen in D

2004

übriger Verkehr:

2%

Lkw-Verkehr: 5%

Pkw-Verkehr: 11%

sonst.:

7%

Gebäude: 33%

Energieerzeugung und

-umwandlung: 5%

Industrie:

37%

Quelle: UBA, Studie „Kosten und Potentiale zur Vermeidung von Treibhausgasemissionen in Deutschland“, 2007

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egenerativ fossil

CO 2 - und Transport- Effizienz

Well – to – Wheel

Primärenergie Energieträger Fahrzeug / Verkehr / Infrastruktur

Rohöl

Erdgas

Kohle

Uranerz

Wasser

Wind

Sonne

Biomasse

S

T

R

O

M

Benzin

Diesel

LPG

GTL

CTL

CNG/LNG

CGH 2 /LH 2

DME

Methanol

Ethanol

FAME/RME

BTL

Fahrzeug

� Aerodynamik

� Rollwiderstand, Leichtbau

� Motor / Abgasnachbehandlung

� wirkungsgradoptimierter Antriebstrang

� Energiemanagement / bedarfsgerechter Betrieb NA

� Energiespeicher

� Energiewandler

� Bremsenergie – Rekuperation

� Start/Stopp – Systeme

� (Micro-) Hybridisierung

Verkehr / Infrastruktur

� Assistenzsysteme / vorausschauendes Fahren

� Car2X – Kommunikation

� „elektronische Deichsel“

� Eurokombi

� Fahrerschulungen

� v = const.

� Steigung / Gefälle

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CO 2 – Emissionen nach Verursacher

Well – to – Wheel – Analyse, Beispiel: Diesel

Well-to-Tank: 12%

Verkehr / Infrastruktur: 50%

Fahrzeug: 38%

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Durchschnittlicher Testverbrauch [l/100 km]

Kraftstoffverbrauch Fernverkehr

Trendlinie inkl. Biokraftstoffanteilen bzgl. Nutzlast

60

55

50

45

40

35

30

25

Geänderte

Streckenführung

EURO I EURO II EURO III EURO IV EURO V

20

20

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Jahr Fern - Lkw heute:

Verbrauch Saugmotoren

Verbrauch Ladermotoren

Verbrauch Ladeluftkühlung

33 g CO CO2-Emissionen g/Tonnenkilometer

2 / tkm

Durchschnittlicher Testverbrauch [l/100 km]

Quelle: Lastauto Omnibus u. eigene Berechnungen; GG = 38 / 40 t � Nutzlast 25 t

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100

90

80

70

60

50

40

30

Durchschnittliche CO 2-Emissionen [g/tkm]


Sauberer Transport

Lkw werden kontinuierlich sauberer, leiser und zuverlässiger

MAN F90

Truck of the Year

1987

� minus 15 % CO 2

� minus 86 % NO X

� minus 95 % Partikel

� minus 84 % Geräusch

� minus 75% Wartungsstunden

MAN TGX / TGS

Truck of the Year

2008

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Kraftstoffverbrauch: MAN Strategie

� Verwendung von Leichtlaufreifen

� Überwachung des Reifenluftdrucks

� Verwendung von Leichtlaufölen

� Verringerung des Luftwiderstands

� vermehrter Einsatz von Leichtbau

� innermotorische Maßnahmen

� Einsatz von Hybrid-Stadtbussen und Verteiler-Lkw

� Start-Stopp-Automatik für Stadtbusse und Verteiler-Lkw

� Elektrifizierung und bedarfsgerechter Betrieb von NA

� rekuperatives Bremsen

� Assistenzsysteme, vorausschauendes Fahren

� Kommunikation, Fahrzeug-Fahrzeug, Fzg.- Infrastruktur

� Fahrerschulungen

� Energie- und Wärmemangement

� Einsatz von Biokraftstoffen der 2. Generation

Konstruktion

Hybrid

Assistenz

Energie

Kraftstoff

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Reisebus oder Fahrradfahrer –

wer reist klimafreundlicher ?

1 Person mit 20 km/h

Energieverbrauch zum Radfahren

(ohne Grundumsatz)

= 460 kcal / h = 96,3 kJ / km

61 Personen

25 Liter Diesel / 100 km

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CO 2 – Emissionen

Well-to-Wheel Betrachtung Buspassagier vs. Radfahrer

Rind

Pommes frites

Hartkäse

Gemüse

Schwein

Suppenhuhn

Eier

Joghurt (10% Fett)

Nudeln

Roggen-Mischbrot

Kartoffeln

Weißbrot, Semmeln

Reisebus: 15 gCO 2 /km

Fahrradfahrer,

konventionelle Ernährung: 34,5 gCO2 /km

Fahrradfahrer,

ökologische Ernährung: 32 gCO2 /km

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

CO 2 – Emissionen in CO 2äq / pkm

ökologischer Anbau

konventioneller Anbau

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

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