R&D

Die Hybrid-Revolution – Jahre der Forschung und Entwicklung

2013-06-28

Text: Nic Townsend Foto: Oscar Mattsson

Im Juni 2011 lieferte Volvo Trucks seinen ersten Hybrid-Lkw an einen Kunden aus. Heute sind über 50 Volvo FE Hybrid im Einsatz. Die Entwicklung dieser Fahrzeuge ist das Ergebnis jahrelanger Forschung und Entwicklung. Die Zukunftsaussichten der Hybridtechnologien von Volvo Trucks sind durchaus vielversprechend.

Volvo Trucks Hybridmotor. — Mit der Erforschung von Hybridantrieben beschäftigt sich die Volvo Group schon seit 1985, doch der Durchbruch gelang erst 2005.

Um die Bedeutung des neuen Volvo FE Hybrid ermessen zu können, muss man verstehen, welch immenser Forschungs- und Entwicklungsaufwand für das Projekt betrieben wurde. Anders als allgemein angenommen, ist die Nutzung elektrischer Motoren kein neues Konzept, und die Volvo Group begann bereits 1985 mit der Erforschung hybrider Antriebsstränge. Solche Projekte reichten jedoch nie über Prototypen und Vorführmodelle hinaus.

„Damals waren diese Projekte eher eine Art Versicherung für den Fall, dass es uns nicht vollständig gelingen sollte, die Emissionsanforderungen zu erfüllen“, berichtet Anders Kroon, Vice President Energy Efficiency & Environment bei Volvo Trucks, der über zehn Jahre lang stark in das Hybrid-Projekt involviert war. „Ihr Schwerpunkt lag nicht auf Markt- und Finanzaspekten oder der Herstellung eines wirtschaftlich realisierbaren Produkts.“

Das änderte sich 2001 völlig, als Kroon gebeten wurde, eine Studie über zukünftige Kraftstoffe zu initiieren, die zu verblüffenden Erkenntnissen führte.

„Es war klar, dass die Ära des billigen Öls zu Ende gehen und dieses Ende nicht mehr allzu fern sein würde“, erinnert er sich. „Wir wurden uns ziemlich schnell bewusst, dass wir Alternativen zu fossilen Kraftstoffen finden mussten und dass wir schnell etwas unternehmen mussten, um auf diese Situation vorbereitet zu sein.“

Vom Jahr 2002 an, als man sich für die Elektrizität als am besten realisierbare alternative Energiequelle entschieden hatte, da sie sich sehr effizient in mechanische Energie umwandeln lässt, begannen Anders Kroon und sein Team, verschiedene Kombinationen von elektrischen und durch Verbrennung angetriebenen Motoren zu untersuchen, was schließlich zur Entwicklung eines Parallelhybridantriebs führte. Unterstützt von der schwedischen Regierung und dem US-Verteidigungsministerium und mit Mitteln der Volvo Group konnte das Entwicklungsteam ein hybrides paralleles System konstruieren, das Ende 2005 vorführbereit war.

Im Grunde verfügen wir bereits über die Technologie – wir arbeiten lediglich an ihrer Perfektionierung.

Dann kam der große Wendepunkt: Nachdem ihm der Hybrid intern demonstriert worden war, gab Leif Johansson, der damalige CEO der Volvo Group, eine öffentliche Erklärung ab und versprach, dass die Volvo Group innerhalb von drei Jahren einen hybriden Antriebsstrang zur Serienreife bringen werde.

„Wir hatten nur drei Jahre lang daran gearbeitet und noch keine funktionierende Organisation“, erzählt Kroon. „Wir standen unter hohem Zeitdruck und waren auf der Jagd nach Kompetenz. Aber in zweieinhalb Jahren realisierten wir einen produktionsreifen Antriebsstrang.“

Für Volvo Trucks ist das Resultat dieser Bemühungen der Volvo FE Hybrid, der 2009 der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Im Juni 2011 wurde das erste Fahrzeug an einen Kunden ausgeliefert. Inzwischen sind mehr als 50 Hybrid-Lkw im Einsatz.

„Dies ist der größte zu kommerziellen Zwecken erhältliche serienmäßig produzierte Hybrid-Lkw“, verdeutlicht Miguel Hallgren, Product Requirement Manager, Volvo Trucks. „Vor Volvo Trucks hatte kein anderer Hersteller der Welt einen 26-Tonnen-Lkw mit hybridem Antriebsstrang produziert.“

Der Volvo FE Hybrid fährt außerordentlich leise, wenn nur der Elektromotor arbeitet. Sobald das Fahrzeug auf über 20 km/h beschleunigt, wird der Dieselmotor aktiviert, während das automatisierte Getriebe eine optimale Balance zwischen den beiden Triebwerken sicherstellt. Das trägt dazu bei, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Die Batterien werden durch Rückgewinnung der beim Bremsen erzeugten Energie aufgeladen, um so wenig Energie wie möglich zu vergeuden.

Da er bei niedrigen Geschwindigkeiten keinen Kraftstoff verbraucht, eignet sich der Volvo FE Hybrid am besten für den Stop-and-Go-Verkehr mit vielen Haltepunkten. Folglich wurden die größten Einsparungen bei Entsorgungsfahrzeugen erreicht, die dadurch bis zu 20 Prozent weniger Kraftstoff benötigen. Wenn zusätzlich ein elektrifizierter Verdichter genutzt wird, können die Einsparungen für das komplette Fahrzeug sogar bis zu 30 Prozent betragen. Auch im städtischen Verteilerverkehr können Lkw bis zu 15 Prozent einsparen.

Vor Volvo Trucks hatte kein anderer Hersteller der Welt einen 26-Tonnen-Lkw mit hybridem Antriebsstrang produziert.

Bislang sind die Kundenreaktionen zum Volvo FE Hybrid überwältigend positiv. Er ist nicht nur wie versprochen sparsamer und leiser, sondern sorgt auch für höchste Verfügbarkeit und Produktivität.

„Der große Unterschied zwischen dem Volvo FE Hybrid und anderen Hybrid-Lkw besteht darin, dass es sich um ein optimiertes Volvo System handelt“, fügt Hallgren hinzu. „Wir haben das gesamte System von Anfang an integriert und sämtliche Bauteile optimiert, damit sie zusammenarbeiten, so dass ein hohes Maß an Qualität und zusätzlicher Leistung gegeben ist.“

Sogar das Entwicklungsteam ist überrascht, wie glänzend die Leistungen des Volvo FE Hybrid sind.

„Das Ergebnis ist ein sehr zuverlässiges Fahrzeug“, freut sich Mats Alaküla, Global Advanced Engineering, Volvo Trucks. „Beim Einsatz in Londoner Bussen lag die Verfügbarkeit über der von nicht hybriden Versionen desselben Fahrzeugtyps, was ich bemerkenswert finde. Das ist ein sehr guter Beleg für die Qualität der geleisteten Arbeit.“

„Technologie ist wie Leistungssport – wer Erster wird, wird gehört und gesehen“, fügt Anders Kroon hinzu. „Wenn Sie sich in zwei oder drei Jahren den Markt anschauen, werden Sie faktisch Kopien dessen sehen, was wir jetzt schon haben.“

Was also kommt als Nächstes? Ist der Volvo FE Hybrid vielleicht erst der Anfang? „Die Hybridisierung ist ein guter erster Schritt, da sie den Kraftstoffverbrauch verringert. Aber wir verwenden immer noch Kraftstoff, also löst sie nicht das ganze Problem“, meint Alaküla. „Der nächste Schritt besteht darin, von Diesel zu einer alternativen Hauptenergiequelle überzugehen, in diesem Fall Elektrizität.“

Kurzfristig liegt der Fokus auf der Verbesserung des Hybridmotors durch das Erhöhen der Batteriekapazität, so dass der hybride Antriebsstrang in mehr Einsatzfeldern und Lkw-Modellen genutzt werden kann. Doch eine Energierückgewinnung durch Bremsen allein reicht nicht aus. Für den Übergang zum vollständig elektrischen Betrieb wird es nötig sein, mit Plug-in-Lösungen zu arbeiten. Deshalb wird künftig vorrangig nach Anschlussmethoden an ein Stromnetz gesucht, bei denen der Fahrzyklus eines Fahrzeugs nicht geändert werden muss, zum Beispiel indem man die Batterien auflädt, wenn das Fahrzeug ohnehin parkt. Wenn sich schnelle, bequeme Anschlussmethoden finden lassen, bieten Busse das größte Potenzial, da sie regelmäßig an vorgegebenen Punkten halten. Aber auch Lkw im städtischen Verteilerverkehr könnten profitieren.

Im Grunde verfügen wir bereits über die Technologie – wir arbeiten lediglich an ihrer Perfektionierung.

„Wenn ein Verteiler-Lkw zehnmal am Tag jeweils fünf bis zehn Minuten lang anhält und Zugang zu einer ausreichend starken Steckdose hat, wird das in vielen Fällen ausreichen“, erklärt Alaküla. „Diese Lkw werden den Großteil der täglichen Arbeit im elektrischen Modus ausführen können, was der Umwelt und der Wirtschaftlichkeit zugute kommt. Im Grunde verfügen wir bereits über die Technologie – wir arbeiten lediglich an ihrer Perfektionierung.“

Das klingt zwar sehr spannend, hat aber dennoch Grenzen, da man sich hier auf das häufige Anhalten des Fahrzeugs stützt, was für Zwecke wie Ferntransporte natürlich völlig unpraktikabel ist. Doch was, wenn es möglich wäre, die Batterien während des Fahrens aufzuladen? Das Konzept der elektrifizierten Straßen, auf denen Fahrzeuge ständig an ein Stromnetz angeschlossen sind, klingt zwar noch unrealistisch, ist aber ein Gedanke, der ernsthaft erwogen wird. „Schon jetzt werden Teststrecken in den USA, Asien und Europa gebaut“, berichtet Anders Kroon.

„Das Aufladen ist der Schlüssel“, sagt Mats Alaküla abschließend. „Wenn wir auf robuste, sichere und bequeme Weise billige elektrische Energie bereitstellen könnten, würde das alles vollständig ändern. Wenn uns das gelingt, gibt es keine Grenzen.“