Antriebs- und Batterietechnik

  • Die Gewichtsbilanz des Urban eTruck stimmt
  • Vorteil Elektroantrieb: der Einsatz von Verteiler-Lkw in der Stadt
  • Innovativer Antrieb mit Elektromotoren nahe den Radnaben
  • Batterie im Serienfahrzeug sichert bis zu 200 km Reichweite

Er läutet eine neue Ära der Elektromobilität für schwere Lkw im Verteiler­verkehr ein: Der Urban eTruck von Mercedes-Benz ist batterieelektrisch angetrieben und fährt vor Ort emissionsfrei sowie flüsterleise. Gleichzeitig erreicht er mit seinem innovativen und durchdachten Konzept in Nutzlast und Performance das Niveau von Lkw mit herkömmlichem Antriebsstrang.

Die Gewichtsbilanz des Urban eTruck stimmt

Einer der entscheidenden Faktoren für den Erfolg von Elektroantrieben auf der technischen Seite ist neben der Reichweite die Gewichtsbilanz – im gewerblichen Einsatz müssen elektrisch angetriebene Fahrzeuge auch in diesem Punkt die Performance eines Lkw mit Dieselmotor erreichen.

Der Urban eTruck muss sich vor seinen Kollegen mit Verbrennungsmotor nicht verstecken. Die elektrisch angetriebene Achse wiegt rund 1000 kg, die notwendigen weiteren elektrischen Bauteile summieren sich auf weitere 900 kg. Schwerste Komponenten sind die Batterien inklusive der Befesti­gungen mit 2500 kg. Dem steht der Entfall von Motor, Getriebe, Kardan­welle, Differenzial und Kraftstofftank mit zusammen ca. 2700 kg gegenüber. Daraus resultiert ein Mehrgewicht des Urban eTruck in der beschriebenen Konfiguration von lediglich etwa 1700 kg.

Da die EU-Kommission eine Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichts für Lkw mit Alternativantrieb um maximal eine Tonne befürwortet, wird der Gewichtsnachteil des Elektroantriebs größtenteils ausgeglichen. Das zuläs­sige Gesamtgewicht des dreiachsigen Solofahrzeugs wird mit diesem Schritt von 25 auf 26 Tonnen steigen, der ursprüngliche Nachteil reduziert sich auf 700 kg im Vergleich zu einem unmittelbar vergleichbaren Lkw mit Verbrennungsmotor.

Vorteil Elektroantrieb: der Einsatz von Verteiler-Lkw in der Stadt

Verteiler-Lkw sind prädestiniert für den Elektroantrieb, vor allem im Flotten­einsatz. Die Belieferung – zum Beispiel von Supermärkten in Städten – erfolgt zu früher Stunde und verlangt nach Rücksicht auf Anwohner. Das betrifft gleichermaßen Abgasemissionen in hochbelasteten Ballungsge­bieten als auch Geräuschemissionen. Großes Plus: Die Routen liegen entweder fest oder sind zumindest weitestgehend im Voraus planbar.

Dreiachsige Solofahrzeuge mit 26 Tonnen zGG übernehmen vor allem in städtischen und stadtnahen Gebieten die Belieferung von Einkaufszentren oder großen Supermärkten. Sie sind tragfähig und wendig zugleich. Entsprechend ist der Urban eTruck auf der Basis eines dreiachsigen Verteiler-Lkw konzipiert. Seine Premiere erlebt er als Fahrgestell mit Fahrerhaus.

Innovativer Antrieb mit Elektromotoren nahe den Radnaben

Zu den herausragenden Merkmalen des Urban eTruck gehört sein Antrieb mit elektrisch angetriebener Hinterachse und Elektromotoren unmittelbar neben den Radnaben. Die Achse basiert auf dem Typ ZF AVE 130 und hat sich in ihrer Basisausführung als Niederflur-Portalachse bereits in Hybrid- und Brennstoffzellen-Omnibussen von Mercedes-Benz bewährt.

Für den Einsatz im Urban eTruck wurde die Achse jedoch umfassend überarbeitet. So findet ein neuer, deutlich höher liegender Achskörper Verwendung, zugunsten einer Bodenfreiheit von mehr als 200 mm. Ebenso wurde wegen der für Lkw typischen Rahmenbauweise die Achsanbindung neu konstruiert.

Weiteres Kennzeichen der Achse in der hier verwendeten Spezifikation ist eine Supersingle-Bereifung der Größe 495/45 R 22,5. Hintergrund ist die Rahmenbreite des Fahrgestells in Kombination mit den radnabennahen elektrischen Antriebsmotoren. Gleichzeitig sparen Supersingles im Ver­gleich zu herkömmlichen Zwillingsbereifungen spürbar Gewicht – dies erhöht die Nutzlast. Die maximal zulässige Achslast der Antriebsachse beläuft sich auf 11,5 t und liegt damit auf gewohntem Niveau.

Vorder- und Nachlaufachse des Urban eTruck sind bekannte und vielfach bewährte Komponenten von Mercedes-Benz Lkw. Sie tragen jeweils eine Einzelbereifung im Format 315/70 R 22,5. Die Nachlaufachse ist gelenkt. Aus Gründen des Gewichts rollt der Urban eTruck auf Aluminiumrädern.

Elektromotoren: volle Durchzugskraft bereits vom Start weg

Die Entwickler haben von der ursprünglichen Niederflurachse für den Urban eTruck die Antriebsmodule mit je einem flüssigkeitsgekühlten hochtourigen Asynchron-Dreiphasenmotor pro Seite übernommen. Die Nennspannung beläuft sich auf 400 V, die Maximalleistung auf 2 x 125 kW. Die Motoren erreichen ein maximales Drehmoment von 2 x 500 Nm. In Verbindung mit der Übersetzung erreicht das Drehmoment am Rad 11 000 Nm.

Ein entscheidender Vorteil von Elektromotoren: Während das Drehmoment bei Verbrennungsmaschinen allmählich über die Drehzahl aufgebaut wird, steht die volle Durchzugskraft bei Elektromotoren technisch bedingt bereits aus dem Stand voll zur Verfügung. Damit liegt die Fahrdynamik des Urban eTruck mindestens auf dem Niveau vergleichbar starker Diesel­motoren.

Aufgrund des elektrischen Fahrzeugantriebs werden beim Urban eTruck sämtliche Nebenaggregate elektrisch betrieben. Das betrifft den Druckluft­kompressor der Bremsanlage oder die Lenkhelfpumpe für die Servo-Unterstützung der Lenkung, sowie den Kompressor der Klimaanlage.

Batterie im Serienfahrzeug sichert bis zu 200 km Reichweite

Wichtig für die Praxistauglichkeit eines Nutzfahrzeugs mit Elektroantrieb ist natürlich die Reichweite, definiert vor allem durch die Batteriekapazität. Der Urban eTruck liefert darauf eine verblüffende Antwort über den aktuellsten Stand dieser Technik. Seine Batteriekapazität ist modular aufgebaut und trägt damit den unterschiedlichsten Ansprüchen Rechnung.

Als Basisbestückung des Urban eTruck dient ein Batteriepaket aus drei Modulen mit einer Gesamtkapazität von 212 kWh. Daraus resultiert eine Reichweite von bis zu 200 km. Das ist üblicherweise ausreichend für eine Tagestour im Verteilerverkehr.

Reichweite nach Maß: Batteriekapazität je nach Einsatzprofil

Die durchdachte Konstruktion des Urban eTruck ermöglicht auch andere Varianten der Batteriebestückung, ähnlich der unterschiedlichen Tankaus­führung beim Lkw mit Verbrennungsmotor. Der modulare Aufbau ermöglicht eine Anpassung an die benötigte Reichweite beziehungsweise Nutzlast. Weiterhin optimiert ein intelligentes Batterie-Management die Balance zwischen Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batterie. Somit kann jeder Nutzer den Urban eTruck auf das individuelle Einsatzprofil auslegen und sein passendes Gleichgewicht aus Reichweite, Nutzlast und Anschaf­fungskosten definieren. Verwendet werden Lithium-Ionen-Akkus. Sie sind gleichermaßen leistungsstark wie langlebig und haben sich bei Mercedes-Benz bereits in zahlreichen Fahrzeugen vom Pkw bis zum Omnibus bewährt.

Batterien sicher im Rahmen gelagert

Die Basiskonstruktion der Antriebsachse mit radnabennahen Motoren hat zahlreiche Vorzüge. Zum Beispiel entfällt die Kraftübertragung zur ange­triebenen Hinterachse. Vor allem aber bleibt aufgrund der gewählten An­ordnung innerhalb des Rahmens genug Platz für die Batterien. Daraus resultiert neben einer guten Raumausnutzung maximale Sicherheit: Die Batterien sind in dieser Position bei einem eventuellen Unfall bestmöglich geschützt.

Der Urban eTruck verzichtet auf eine aufwendige und schwere bordeigene Ladetechnik. Geladen werden die Batterien ausschließlich an stationsfesten Ladegeräten im Fuhrpark mit einer Ladeleistung bis zu 150 kW. Die stationsfeste Ladestation sichert außerdem die Vorkonditionierung des Fahrzeugs, damit der Urban eTruck eine maximale Reichweite erzielt. Die Verbindung mit der Station wird über den Ladestandard Combined Charging System (CCS) Typ 2 hergestellt. Er beinhaltet einen europaweit vereinheit­lichten Stecker und ist damit kompatibel zu der aktuell verbreiteten Infra­struktur. Komplett leere Batterien lassen sich bei einer derzeit realistisch möglichen Stationsleistung von 100 kW innerhalb von zwei bis drei Stunden vollständig aufladen.

Hinzu kommt im Fahrbetrieb als Aufladung Rekuperation, also die Umwandlung von Bremsenergie in Strom. Beim Bremsen dienen die Elektromotoren des Urban eTruck als Generatoren und können so die Batterien nachladen. Durch dieses Verfahren werden gleichzeitig die Betriebsbremsen geschont.

Urban eTruck – das Fahrzeug

Basis des Versuchsfahrzeugs ist ein Mercedes-Benz Fahrgestell für den schweren Verteilerverkehr. Beim Urban eTruck kommt ein dreiachsiges Fahrgestell mit 4900 mm Radstand zum Einsatz.

Die Beheizung des Fahrerhauses erfolgt über den Kühlkreislauf des Trieb­strangs, dessen Abwärme genutzt wird. Die Klimatisierung des Fahrer­hauses erfolgt durch einen elektrisch angetriebenen Klimakompressor.

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