Schweizer Start-up will mit ambitionierter E-Antriebstechnik geländegängige schwere Nutzfahrzeuge CO2-neutral machen

Seine Robustheit hat das Fahrzeug auch verschiedenen Bauteilen von HUBER+SUHNER zu verdanken. Diese häufig nicht auf den ersten Blick zu sehenden, aber entscheidenden Komponenten sind von grösster Wichtigkeit für eine funktionierende Kommunikation und wurden als Sachspende für das TERREN Projekt offeriert: 

• RADOX® Hochspannungskabel für Elektrofahrzeuge gewährleisten äusserst zuverlässige und stabile Stromübertragung im gesamten TERREN vom Ladeanschluss bis zur Batterie und leiten Strom von der Batterie zum Elektromotor – frei von elektromagnetischen Störungen.
• RADOX® EV-C Verbindungssysteme für eine stabile Verbindung mit Schutz vor elektromagnetischen Störungen – vom Kabel bis hin zu den elektronischen Bordgeräten des TERREN
• Zwei modulare Hochleistungs-Stromverteilungseinheiten (mHVDUs) schützen die Batterie vor Überlast im Falle von Störungen bei der Leistungsbereitstellung oder Unfällen im Gelände.

„Diese Verbindungstechniken waren sehr wichtig, weil sie den gesamten Leistungsstrang des Fahrzeugs verbinden. Hätte eines der Kabel versagt, hätte das Fahrzeug einfach angehalten», sagt Koller. „Gleichzeitig kann ein Kabelschaden angesichts der 300-Volt-Baterien ein echtes Sicherheitsrisiko darstellen.“

Die Hochleistungskabel von HUBER+SUHNER enttäuschten nicht.

„Die Kabel sind harschen Umweltbedingungen wie dem Wetter und Vibrationen viel stärker ausgesetzt als etwa Batterien und Wechselrichter, die gut geschützt im Fahrzeug sitzen", erklärt Koller“. “Die Kabel sind stellenweise direkt den Umgebungsbedingungen ausgesetzt und müssen ihre Leistung unter allen Bedingungen erbringen.“

Koller, der alle von HUBER+SUHNER stammenden Bauteile selbst installierte, weist auch auf deren integrieren Schutz vor elektromagnetischen Störungen hin, der eine wichtige Voraussetzung dafür war, dass der TERREN vor dem Rekordversuch in Chile seine Strassenzulassung bekam.

Für die Strassenzulassung war eine EMV-Prüfung vorgeschrieben, die das Fahrzeug ohne weiteres bestand. Das spricht für die Qualität der Produkte sowie der Kabel.“

Koller stattete die mHVDUs zudem mit widerstandsfähigen Sicherungen aus, die sämtliche elektrischen Elemente im Fahrzeug vor Überlast schützen, etwa die Batterie.

„Die mHVDUs sind sehr gut konzipiert und ausgeführt, überaus modular und erfüllten alle unsere Anforderungen für dieses Projekt. Beim TERREN haben wir es mit einem ziemlich ungewöhnlichen Fahrzeug zu tun, und genau wegen der Modularität der mHVDUs, mussten wir keine Bauteile eigens dafür entwickeln", so Koller. "Bevor ich mit HUBER+SUHNER Kontakt aufgenommen habe, dachte ich, wir würden mit Sonderanfertigungen arbeiten, was immer mit einem Risiko verbunden ist. Viel verlässlicher sind serienmässig hergestellte Lösungen, die sich bereits unter extremen Bedingungen bewährt haben.“

Das TERREN-Team profitierte ausserdem von der technischen Beratung durch die Experten von HUBER+SUHNER.

„Diese Beratung war vor allem bei der Wahl und Konfiguration der EV-C Steckverbindungen wertvoll, die zum gewählten Kabel passen mussten. HUBER+SUHNER unterstütze uns dabei, die für uns ideale Lösung zu finden. Wir haben angegeben, welche Spannung wir erwarten, und sie konfigurierten alle Teile für uns.“

TERREN Electric Drive Systems

 

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Laut Copernicus, dem Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union, war 2023 das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen. Die gemäss Pariser Klimaabkommen bestimmte Obergrenze der Erderwärmung von 1,5 °C war fast erreicht. Besonders alarmierend war das Ergebnis einer Studie im Magazin Nature, wonach der Sommer 2023 der wärmste war in der nördlichen Hemisphäre seit 2'000 Jahren. Angesichts dieser Entwicklungen ist es nicht überraschend, dass die Internationale Energieagentur (IEA) von einer steigenden Nachfrage nach E-Fahrzeugen in den nächsten zehn Jahren ausgeht, was den Ölverbrauch senken soll.

Laut dem IEA Energie-Modellierer Apostolos Petropoulos zeichne sich in Schlüsselmärkten wie China und Europa ab, dass die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen auf dem Vormarsch sei.

„Zum einen werden Batterien immer günstiger, zum andern gibt es in der EU, den USA und China signifikante Infrastruktur-Projekte», berichtet Petropoulos. «Es liegt daher nahe, dass der Trend zur Elektrifizierung, den wir im Personenverkehr beobachten konnten, auch bei schweren Nutzfahrzeugen Einzug hält.“

Trucks and buses account for fewer than 8 % of vehicles (excluding two- and three-wheelers) but are responsible for 35 % of direct CO2 emissions from road transports as claimed by the IEA. Heavy-duty vehicle emissions, the agency said, must rapidly peak and must begin to decline in the next decade in order to reach net-zero milestones. While the TERREN’s solar charging capability was developed exclusively for the Nevado Ojos del Salado expedition, Petropoulos was intrigued by its potential.

 

›Sehr innovativ‹

„Es ist ein sehr innovativer und interessanter Ansatz, denn der Strombedarf von E-Schwerlastfahrzeugen und die Belastung für das Stromnetz beim Laden ist eine Schlüsselfrage für solche Systeme. Für mich ist die Kostenfrage zentral, wobei die Preise für Solarpaneele schon stark gefallen sind. Wie lässt sich also diese Innovation in einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt umwandeln?“, fragt Petropoulos.

Steigende Nachfrage für elektrische Fahrzeuge

 

„Ich kann mir Anwendungsfälle vorstellen, bei denen ein bestimmtes schweres Nutzfahrzeug für bestimmte Routen und bestimmte Einsätze genutzt wird. Es könnte einen Markt für solarbetriebene schwere Nutzfahrzeuge in Regionen ohne Ladeinfrastruktur geben. Dass diese Art von Antrieb in Zukunft jedoch die Regel sein wird, ist aktuell eher schwer vorstellbar. In Frage kommen könnten Anwendungen im Bergbau, in der Zementindustrie oder sogar bei einigen Lieferfirmen, die feste Routen mit hohen CO2-Emissionen bedienen.“

Ob sich vollelektrische schwere Nutzfahrzeuge durchsetzen können, hängt zu einem gewissen Grad von den Kosten für Batterien und dem Vorhandensein von Ladeinfrastruktur ab. Prinzipiell führe in Zukunft jedoch kein Weg an der Elektrifizierung vorbei, ergänzt Petropoulos.

„Sie wird in Branchen mit hohem CO2-Ausstoss ein Schlüsselelement sein. Insbesondere für die Bergbauindustrie ist es wichtig, dass Regierungen die Gesamt-Lebensdauer und die Gesamtemissionen von Batterien regulieren, um Unternehmen und Produzenten irgendwann zu einer saubereren Herstellung von Batterien zu zwingen. Damit hätte man einen Hebel, um die Verbreitung von umweltfreundlichen Technologien zu fördern.“

Internationale Energieagentur (IEA)

 

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Professor Kari Tammi, D.Sc. und Dekan der Aalto University School of Engineering in Espoo in Finnland und Co-Autor der Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Entwicklung von schweren E-Nutzfahrzeugen Heavy-Duty Electric Vehicles: From Concept to Reality, sieht die Zukunft in der Elektrifikation von schweren Nutzfahrzeugen. Neben der Reduktion der klimaschädlichen CO2-Emissionen und deren Auswirkungen auf die Umwelt, nennt er noch weitere überraschende Vorteile.

„Der Kampf gegen den Klimawandel ist vielleicht der grösste Treiber für die Elektrifizierung, es gibt jedoch auch noch andere Emissionen wie Stickoxide, die in Verbrennungsmotoren entstehen und die Arbeiter vor Ort belasten wenn sie eingeatmet werden,“ meint er.

Zwar sind solarbetriebene schwere Nutzfahrzeuge wie das von der TERREN-Expedition angesichts des hohen Leistungsbedarfs und der Schwierigkeiten in Verbindung mit der direkten Nutzung von Sonnenenergie noch weit davon entfernt, in der Breite eingesetzt zu werden. Dennoch ebnen Vordenker wie das Team von TERREN mit ihrer Forschung den Weg für neue Durchbrüche auf dem Gebiet.

„Man nehme das Beispiel von Tesla. Was anfangs nur nach einer Spielerei von einem reichen Mann aussah, wurde zu einer echten Instanz und einem Innovationstreiber für die gesamte E-Mobilität, sodass andere Firmen begannen, Tesla zu imitieren“, erklärt Tammi. „Ganz oft kommen die besten Erfindungen von ausserhalb der etablierten Branche.“

Tammi hat für das TERREN-Team einen ganz einfachen Rat.

„Das richtige Timing ist ziemlich wichtig: nicht zu früh sein, aber früh genug, um Kunden mit der Innovation zu begeistern. Mir scheint es, dass TERREN Electric Drive Systems wirklich die perfekte Technologie hat,“ so Tammi. Er betont zudem, dass der unternehmerische Aspekt der Markteinführung einer neuen Technologie – Themen wie Finanzierung, Marketing und Kundenakzeptanz – die eigentliche Herausforderung sein könnte.

Ingenieurschule, Aalto Universität

 

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Peter Affolter, Professor für Fahrzeugelektronik im Departement für Automobil- und Fahrzeugtechnik an der Berner Fachhochschule in Biel und Vauffelin und Leiter des Instituts für Energie- und Mobilitätsforschung IEM, ist überzeugt, dass die Zukunft der schweren Nutzfahrzeuge elektrisch ist – unter bestimmten Voraussetzungen.

„E-Mobilität ohne Abgase bei Offroad-Nutzfahrzeugen könnte einen entscheidenden Vorteil bieten: Aufgrund der hohen Effizienz des Antriebsstrangs gibt es nur sehr geringe oder gar keine Wärmeemissionen. Ausserdem gibt es ein grosses Potenzial für Rekuperation, da Nutzfahrzeuge viel Energie beim häufigen Bremsen verlieren.“ Dabei sei die Rückgewinnung von Energie beim regenerativen Bremsen eine einzigartige Technik von Elektrofahrzeugen, so der Professor.

Affolter nannte Energiedichte als eine weitere Herausforderung. Hochspannungsbatterien sind essentiell in der Elektrifizierung und Dekarbonisierung von E-Fahrzeuge. Die spezifische Energie und die begrenzte Energiedichten der derzeitigen Batterietechnologie stellen jedoch eine Herausforderung dar. So müssen elektrisch betriebene Schwerlastkraftwagen und andere Langstreckenfahrzeuge hunderte Kilowattstunden an gespeicherter Energie mit sich führen, während die meisten Lithium-Ionen-Batterien nicht mehr als 400 Wh/kg speichern können.

Ein weiterer Knackpunkt für die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen ist die Wirtschaftlichkeit für die Kunden. Damit Bewegung in die Bemühungen zur Elektrifizierung kommt, ist oft der Eingriff und die Unterstützung von staatlicher Seite nötig. Doch Start-ups wie TERREN Electric Drive Systems und Partnerschaften wie die von Volvo und Designwerk Technologies können es sich erlauben, mit neuen Technologien Risiken einzugehen, wie er sagt.

"Das Fahrzeug von TERREN ist eine „Art Proof of Concept“. Ich bin gespannt zu erfahren, wer ihr erster Kunde sein wird, welche Erwartungen er hat. Dann werden sie sicherlich flexibel sein müssen, um die Anforderungen und Wünsche des Kunden zu erfüllen.“

Department of Automotive Engineering, Bern University of Applied Sciences

 

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