Abgasfreier Abfallsammler

Industrieelektronik

Batteriesysteme – Ein elektrisch betriebenes Abfallsammelfahrzeug arbeitet geräuscharm und ohne Emissionen. Optimierte Batteriesysteme gewährleisten einen hocheffizienten Betrieb.

27. August 2012

Ein Megatrend der Zukunft ist die Entwicklung von Megacities, demzufolge künftig immer mehr Menschen in Großstädten und Metropolregionen mit Millionen von Einwohnern leben und arbeiten werden. Parallel zu dem Bevölkerungszuwachs steigen jedoch auch die Ansprüche an die logistische Ver- und Entsorgung der Einwohner, von der Bereitstellung von Lebensmitteln bis zur Müllabfuhr. Zugleich stehen die Kommunen dabei vor wachsenden Anforderungen an Luftreinheit und Lärmreduzierung. Damit ist absehbar, dass immer mehr Ballungszentren so genannte Null-Emissionszonen einführen werden, in die nur noch solche Fahrzeuge einfahren dürfen, die eine definierte Fahrtstrecke emissionsfrei und geräuscharm zurücklegen können. Eine solche geräuscharme Logistik ermöglicht zudem eine Belieferung oder Müllentsorgung bei Nacht oder in den frühen Morgenstunden und trägt so zur Entzerrung des Stadtverkehrs bei.

Einen Weg zur Lärmminderung und Abgasreduzierung im städtischen Verkehr eröffnet das Abfallsammelfahrzeug »Metropolis«, das der Münchener Nutzfahrzeughersteller MAN vom 20. bis 27. September 2012 auf der Fachmesse IAA Nutzfahrzeuge in Hannover präsentiert. Das Hybridfahrzeug auf Basis des MAN TGS 6x2-4 fährt im Low-Noise-Modus rein elektrisch, der Antrieb zum Liften der Müllbehälter und zum Komprimieren des Abfalls erfolgt elektro-hydraulisch. Das Sonderfahrzeug besitzt dazu einen speziell für den vollelektrischen Betrieb entwickelten Kompressions-Hecklader mit Lifter und einem Fassungsvermögen von 22 Kubikmeter des niedersächsischen Umwelttechnikspezialisten Faun.

Flexibler Sammeleinsatz ohne Störung

Der elektrische Fahrt- und Sammelbetrieb verringert die Betriebsgeräusche bis weit unter die gängigen Normen zur Lärmbegrenzung in Innenstädten. Die Betreiber können deshalb die Ver- und Entsorgungsleistungen in den weniger verkehrsdichten Morgen- oder Abendstunden erbringen, ohne die Anwohner zu stören oder den übrigen Stadtverkehr zu behindern. Zudem lässt sich so eine bessere Auslastung der Müllsammler erreichen. Als Energiespeicher nutzt der »Metropolis« eine modular aufgebaute und an der Steckdose aufladbare Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie, die unterhalb des Fahrerhauses über der Vorderachse angebracht ist – dort, wo in einem konventionellen Lkw der Dieselmotor sitzt. Das Batteriegewicht liegt somit auf der Vorderachse, die Hinterachsen können wie bisher die Last von Aufbau und Transportgut tragen. Für den Hersteller gewährleistet diese Batterieplatzierung damit zugleich einen maximalen Bauraum für den Aufbau, eine optimale Gewichtsverteilung sowie maximale Sicherheit.

Für die Stromerzeugung an Bord sorgt bei Bedarf ein effizienter und geräuscharmer Pkw-Dieselmotor aus dem Volkswagen-Konzern, der so die Reichweite des schweren Lkw erweitert. Der Entfall eines konventionellen Lkw-Motors samt Getriebe kompensiert dabei das Mehrgewicht des Hybrid-Anstriebssystems und der Batterien. Die Kapazität des Elektrobetriebs ist auf eine komplette Tagesschicht ausgelegt, die aus zwei Zyklen mit je vier Stunden Sammeltätigkeit und 15 Kilometern Fahrstrecke im Stop-and-Go besteht. Das Dieselaggregat zur Erweiterung der Reichweite kommt dabei nur vereinzelt zum Einsatz.

Robuste Hochleistungssysteme

Die Lithium-Ionen-Batterien für das 40 Tonnen schwere Fahrzeug liefert die Akasol GmbH aus Darmstadt. Das 2008 gegründete Unternehmen ist spezialisiert auf die Entwicklung von Hochleistungs-Batteriesystemen für die Elektromobilität sowie von Lösungen zur stationären Speicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie. Im Fokus steht dabei die Entwicklung robuster Systeme, die den Anforderungen im industriellen und gewerblichen Umfeld gewachsen sind, erklärt Akasol-Geschäftsführer Felix von Borck: »In der Vergangenheit waren Li-Ion-Speicher hauptsächlich bei Gebrauchsgütern wie Mobiltelefonen oder Laptops zu finden, nicht aber im Maschinen- und Fahrzeugbau. Kriterien wie Robustheit und Langlebigkeit, die im Maschinenbau gang und gäbe sind, waren von derartigen Batterien deshalb nie gefordert.«

Da die Lithium-Ionen-Technologie permanent weiterentwickelt wird, wählt Akasol für jedes Projekt individuell die bestmöglichen Batteriezellen aus dem weltweiten Angebot der qualitativ hochwertigsten Produzenten von Li-Ion-Batterien. Dazu unterziehen die Darmstädter jede Zelle im firmeneigenen Testcenter umfassenden Prüfungen. Diese reichen von extremen Belastungs- und Lebensdauertests über Klima- und Temperaturtests bis hin zur Analyse der Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung und Missbrauch. Dieses Vorgehen stellt sicher, dass stets diejenigen Zellen in die Batterie-Architektur integriert werden, die den spezifischen Nutzeranforderungen bestmöglich entsprechen.

Die Zellen kombiniert Aksaol zu hochintegrierten, leistungsstarken Bausteinen mit der Bezeichnung Akamodules, aus denen das Unternehmen standardisierte, skalierbare Li-Ion-Batteriesysteme für die Fahrzeugindustrie fertigt, die auch in der Wind-, Wasser- und Solarstromindustrie oder im Schiffbau eingesetzt werden. Diese sogenannten Akasystems erreichen eine Energiedichte von bis zu 122 Wattstunden pro Kilogramm und sind damit nach Aussage des Akasol-Geschäftsführers das derzeit effizienteste Batteriesystem auf dem Markt. Für von Borck steht deshalb fest: »Unser Lithium-Ionen-Batteriesystem ist ein wahres Energiepaket für Stadtbusse, Sportwagen sowie Nutz- und Hochleistungs-Fahrzeuge mit Hybrid- oder Elektroantrieb.«

Besonders stolz ist von Borck dabei auf die extreme mechanische Belastbarkeit der Systeme: »Akasystem-Module haben einen Crashtest mit einer Belastung von 50g und einer Pulsdauer von 15 Millisekunden in allen sechs Richtungen bestanden. Gleiches gilt für einen Shakertest, der entsprechend den für Pkw und Nutzfahrzeuge geltenden Anforderungen durchgeführt wurde.«

Zuverlässiges Batteriemanagement

Hohe Betriebssicherheit gewährleistet zudem das redundante Batteriemanagementsystem, das permanent Stromstärke, Spannungen, Temperaturen, Innenwiderstand der Zellen sowie deren Ladezustand auswertet, so dass sich das System im Fehlerfall wieder in einen sicheren Zustand versetzen lässt. Das System verfügt über ein passives und aktives Temperaturmanagement mittels Flüssigkühlung. Dabei werden die einzelnen Module mit einer integrierten Wasser-Glykol-Flüssigkeit gekühlt, während sich das gesamte Akasystem an übliche fahrzeugseitige Kühlsysteme anschließen lässt. Diese kompakte und leichtgewichtige Kombination von Gehäuse- und Kühlstruktur gewährleistet, dass sich die Temperaturen der Zellen selbst bei hoher Beanspruchung stets im empfohlenen Bereich bewegen.

Die Stromversorgung des »Metropolis« übernimmt ein Akasystem 45M aus drei für Nutzfahrzeuge standardisierten 15M Akamodules mit einer Speicherkapazität von jeweils 35,25 Kilowattstunden. Das System bietet eine Nennspannung von 600 Volt und liefert eine Spitzenleistung bis zu dreimal 270 Kilowatt. Trotz dieser hohen Leistungsdichte wiegt das gesamte System einschließlich Batterietrog, Wärmeisolation, Batteriemanagementsystem, Schutzbox und Kühlmittel lediglich dreimal 290 Kilogramm.

Der Fahrzeugbauer verspricht sich von dem Fahrzeug einen großen Fortschritt bei der Verbesserung der Luftqualität und erwartet, dass sich die CO2-Emissionen mit dem Metropolis gegenüber einem konventionellen Dieselfahrzeug um 60 Prozent reduzieren lassen. Das neue Abfallsammelfahrzeug startet deshalb ab Ende dieses Jahres in einen zweijährigen Praxiseinsatz beim international tätigen Umweltdienstleister Suez Environnement in der Region Antwerpen-Brüssel. Die Komplexität der Aufgabe ist dem Fahrzeugbauer MAN bewusst, wie eine Presseverlautbarung des Unternehmens zeigt: »Mit der Aufgabe der Müllentsorgung haben wir einen der härtesten Einsatzfälle für schwere Lkw im urbanen Umfeld ausgewählt, um unser neues Fahrzeugkonzept auf seine Alltagstauglichkeit und wirtschaftliche Machbarkeit zu untersuchen.«

Erschienen in Ausgabe: 02/2012