Hybridbusse Basis für die Zukunft?! 5. VDV-Akademie Konferenz Elektrobusse

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1 5. VDV-Akademie Konferenz Elektrobusse

2 Source: Hybridbusse Basis für die Zukunft?! Studien & Schlüsselzielgruppen e-mobility for image - niche Probability: very low Key Drivers TCO / Produktivität e-mobility to reduce TCO e-mobility for green cities Probability: medium Probability: medium Fuel 29,2 % Lebensqualität e-mobility in co-existency with other concepts Probability: high CO 2 e-mobility is the solution Probability: very low Noise Die Herausforderungen in der Zukunft können nur mit einem anwenderspezifischen Technologie-Mix bewältigt werden (z.b. Optimierung Verbrennungsmotor, Erdgasantrieb, Hybridantrieb, elektrischer Antrieb, Brennstoffzelle) < 2 >

3 Triebstrang Technologie Based on: VW, Dr. Tobias Lösche-ter Horst, Leiter Konzernforschung Antriebe, Hybridbusse Basis für die Zukunft?! Koexistenz der Technologien ICE Hybrid HEV Diesel Gas Elektrifizierung Urban Plug-In Rex Battery FCEV PHEV BEV Zeit Koexistenz der verschiedene Antriebstechnologien Transport und Mobilität differenziert nach Anwendung < 3 >

4 Hybridstadtbus Vergleich Hybridsysteme Vergleich Hybridsysteme Wirkungsgrade / Energien HEV Serielles Hybridsystem (SHS) Gute Rekuperationswirkungsgrade Rekuperation mit hoher Leistung unterbrechungsfreie Rekuperation ES LE LE VM EM EM Stärken im Innenstadtbereich (Viele Bremsungen, Sort-1) Mögliche Basis für Elektrobus D Wirkungsgrade [%] 80% 60% 40% 20% Antrieb* Rekuperation* Mittlere Wirkungsgrade * 32% 30% 63% 34% 55% 0% Konv SHS PHS ** Paralleles Hybridsystem (PHS) Gute Antriebswirkungsgrade Rekuperation mit geringer Leistung Schaltunterbrechungen bei Rekuperation LE ES VM EM Getriebe Stärken am Stadtrand (Viele Konstantfahrten, Sort-3) D Antriebsenergie [kwh/km] 1,5 1,0 0,5 Aufteilung Antriebsenergie (Beispiel) Rekuperation VM Einsparung 0,0 Konv SHS PHS ** Die Systeme unterscheiden sich bezüglich Wirkungsgrade und Energiedurchsätze deutlich voneinander und haben somit unterschiedliche optimale Einsatzbereiche. VM: Verbrennungsmotor LE: Leistungselektronik ES: Energiespeicher EM: E-Maschine * eta_antrieb: Tank -> Rad eta_rekuperation: Rad -> ES -> Rad ** PHS mit AMT < 4 >

5 Hybridstadtbus Vergleich Einsparpotentiale Einsatzgebiete Mögliche Einsparpotentiale HEV Identifizierung der Einsatzgebiete ES LE ES Auswertung von MAN Stadtbus-Trenddaten LE LE VM EM Getriebe D Zuordnung zu Einsatzgebieten VM EM EM D 80% 60% 40% Verteilung Fahrzeuge nach Einsatz Serieller Hybrid (SHS) Paralleler Hybrid (PHS) 50% 40% Einsparpotential [%] SHS Referenz A37 20% 30% 20% 0% Innenstadt Gemischt Stadtrand 10% PHS -> 85% der ausgewerteten Stadtbusse werden auf Innenstadt- und Gemischt-Zyklen betrieben. 0% Innenstadt Gemischt Stadtrand Aufgrund der überwiegend im Innenstadt- und gemischten Betrieb eingesetzten Stadtbusse bietet der serielle Hybrid die größten Vorteile. < 5 >

6 Hybridstadtbus - MAN Lion s City Hybrid MAN Lion s City Hybrid Kundeneinsatz HEV Erfahrungen Kundeneinsatz Gute Kraftstoffeinsparung (z.b. MVG München) Hoher Motorstoppzeitanteil ~80% (Stand) ~45% (Gesamt) Durchschnittliche Strecke rein el. Anfahren ~30m Fahrdynamik und Fahrkomfort werden sehr gelobt Serieller Hybridstadtbus Optimiert auf Kraftstoffeinsparung Stopp-Start-Automatik 40% Kraftstoffeinsparung Hybridbus MVG * Technische Daten Dieselmotor MAN D0836 LOH 184 kw/250 PS 30% 20% Jahrsmittel 27% Generator E-Motor PM Synchron-Generator mit 145 kw 2 Asynchronmotoren à 75 kw 10% Energiespeicher Ultracaps: 0,5 kwh (optimale Rekuperation und hohe Lebensdauer) 0% Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Der MAN Lion's City Hybrid mit seriellem Hybridsystem erzielt im realen Einsatz gute Kraftstoffeinsparungen, hohe Motorstoppzeitanteile bei sehr guter Fahrdynamik. * Monatsmittelwerte 2011/12, Referenz MAN A21 < 6 >

7 Hybridstadtbus MAN Lion s City Hybrid Ausgabe 08/2012 Pressespiegel Kraftstoffeinsparung Lion s City Hybrid So muss ein Hybrid sein! Der MAN Lion's City hat seinen Test in Berlin mit Bravour bestanden. Die Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu den Bussen, die wir hier bereits getestet haben, liegt bei deutlich über 20%... Ausgabe 10/2012 Die Differenz (Anm.: zum Referenz- Kraftstoffverbrauch) beträgt satte 28,08% zugunsten des aktuellen Hybridbusses, womit dessen Effizienz aus unserer Sicht belegt ist Ausgabe 10/2012 Auch auf der 42er- Linie holt der MAN gegenüber einem vergleichbaren Dieselbus etwa 20 Prozent (Anm.: Kraftstoffeinsparung) heraus Ausgabe 05/2013 MAN hat nicht zu viel versprochen. Der Lion s City Hybrid spart mehr als 30 Prozent Treibstoff im stressigen Stadtverkehr und 17 Prozent im Umlandbetrieb Ausgabe 07/2013 Über einen Zeitraum von einem Jahr ( ) kam ein Durchschnittsverbrauch von 32l / 100km ( ) zu Tage. Das entspricht einer Einsparung von rund 10 Litern auf 100 km < 7 >

8 Life -Time Ucap Energy Storage, Alterungsverläufe Prinzipieller Alterungsverlauf hier Kapazitätsverlust Steiles Verhalten zu Beginn EOL-Kriterium: Kapazitätsverlust um ca. 20% vom Initialwert Verdopplung des Innenwiderstandes < 8 >

9 Life -Time Ucap Energy Storage, Alterungsverläufe Statisches Lebensdauermodell Firma Maxwell Lebensdauermodell MAXWELL 2012 Beispiele 1: 25 C & 2,7V LT ~ 20Jahre Beispiele 2: 35 C & 2,5V LT ~ 12Jahre < 9 >

10 Life -Time Ucap Energy Storage, Alterungsverläufe Dynamische Messung MAN BCAP 3000 F UC-Zellen Annahme LT-Ende nach 1000Tagen für die nachfolgende Berechnung LT-Ende nach statischem Modell Die dynamischen Tests der MAN sind nah an den statischen Testreihen von Maxwell -10K entsprechen einer Verdopplung der Lebensdauer Zyklus 3 vielfach härter als realer Einsatz < 10 >

11 Life -Time Ucap Energy Storage, Alterungsverläufe Dynamische Messung MAN BCAP 3000 F UC-Zellen Annahme LT-Ende nach 1000Tagen für die nachfolgende Berechnung Betriebsstunden Bus über LT: 18h/Tg., 300Tg./J, 10J = 54000h LT-Ende nach statischem Modell Einsatzdauer Bus kalendarisch: 10J über LT: 24h/Tg.x365Tg./J x10j = 87600h Zu erwartender Lebensdauer bei Annahme LT-Ende nach 1000 Tagen im Zyklus 3 (bei 2,5V) 55 C h 45 C h 35 C h (11 Jahre kalendarisch) Real: im Mittel <35 C und Spannung in Ruhephase (25%) < 2,5V < 11 >

12 SOC [%] Hybridbusse Basis für die Zukunft?! Plug-In-Hybridbus - Konzept Konzept Plug-In-Hybrid PHEV Mögliche Weiterentwicklungen PS Mögliche Systemauslegung Batterieladung im Depot (Nacht, ggfs. Mittag) und optional an einer Endhaltestelle Batteriegröße z.b. 30 kwh (nutzbar), DOD groß Ladeeinheit für Langsam-Ladung (< 22 kw) Elektrische Reichweite bis zu 20 km Mögliche Energiequellen Diesel (Downsizing) CNG Brennstoffzelle Stromnetz -> Elektrobus Beispiel Betrieb Energiespeicher 100 rein el. Fahren 80 Blockschaltbild ES 60 Laden über Nacht LE PS EM 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Uhrzeit SOC: State of Charge DOD: Depth of Discharge PS: Power Source LE: Leistungselektronik ES: Energiespeicher EM: E-Maschine < 12 >

13 SOC [%] SOC [%] Hybridbusse Basis für die Zukunft?! Elektrobus - Konzepte Konzept Nachtladung BEV Konzept Schnellladung BEV Mögliche Systemauslegung Batterieladung über Nacht Batteriegröße z.b. 300 kwh und DOD groß Ladeeinheit für Nachladung (z.b. ~ kw) Ladetechnik: Konduktiv (Stecker) Reichweite bis zu 200 km Beispiel Betrieb Energiespeicher 100 Mögliche Systemauslegung Batterieladung nach jeder Linienfahrt Batteriegröße z.b. 100 kwh und DOD klein Ladeeinheit für Schnellladung (~ kw) Ladetechnik: Konduktiv (Pantograph) / Induktiv Reichweite unbegrenzt (mit Laden) / ~ 20 km (ohne Laden) Beispiel Betrieb Energiespeicher Laden nach Linienfahrt Laden über Nacht :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Uhrzeit :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Uhrzeit SOC: State of Charge DOD: Depth of Discharge < 13 >

14 Quellen (v.l.n.r.): Porsche, Konduktix Wampfler, Bosch, Siemens Ladesysteme Allgemeiner Überblick Konduktives Laden (DC) Induktives Laden Pantografisches Laden Beschreibung Kabelgebunden Stationäre Ladesäule inkl. Ladegerät Kabellos Primärschleife in Straße Sekundärschleife am Fahrzeugboden Oberleitung Stromabnehmer für Energiezuführung Ladegerät stationär mobil + stationär mobil + stationär Investitionskosten moderat hoch hoch Ladeleistung Standard 140A, 70kW demnächst 200A, 170kW Standard 200kW, demnächst 300kW Standard kW an StraBa-Netz < 14 >

15 Hybridstadtbus - Weiterentwicklung MAN Roadmap Quantity E-Bus Hybrid bus Articulated bus Battery Plug-In E-Bus Efficiency Step Lion s City Hybrid Parameter Update UC-Speicher Update Time Einführung des Parameteroptimierung: UC Update: Effizienzsteigerung: Neue Hybridgeneration ersten MAN Hybridstadtbusses: Lion's City Hybrid Phlegmatisierung Start / Stopp Para. Lenkhilfpumpe Systemoptimierung Reduzierung auf 5 Module Gewichtsreduzierung 1 PSM Motor (Wegfall Summiergetriebe) Neuer Generator (Wegfall Hochsetzgetriebe) Solo- und Gelenkbus HEV + Plug-In Batterie EP +3 %-Punkte EP +7 %-Punkte EP +x %-Punkte EP: Kraftstoffeinsparpotential < 15 >

16 Zusammenfassung Summary MAN sieht eine Koexistenz der verschiedenen Antriebstechnologien mit jeweils unterschiedlichen optimalen Einsatzbereichen (Diesel, Gas, HEV, PHEV, BEV) Für den Innenstadt- und gemischten Betrieb bietet der serielle Hybrid die größeren Vorteile und kann dort hohe Kraftstoffeinsparungen erzielen Weitere Optimierung des Lion's City Hybrid hinsichtlich Einsparpotentiale. Er ist die ideale Basis für zukünftige Antriebstechnologien wie den Plug-In- Hybrid- und den Elektro-Stadtbus Der Lion's City Hybrid Basis für die Zukunft! < 16 >

17 Vielen Dank! MAN Truck & Bus AG Center of Competence Hybrid enutzfahrzeuge < 17 >