Intelligenter Algorithmus sorgt für mehr Reichweite bei Hybrid-Lkw

Wie wäre es, wenn das eigene Auto nach einem Softwareupdate plötzlich spürbar mehr Reichweite hat als zuvor? Die meisten Autofahrer - egal ob von E-Autos oder Verbrennern - würden sich darüber wohl freuen.

Christoph Hametner vom Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien macht das im “Christian Doppler Labor für innovative Regelung und Überwachung von Antriebssystemen” möglich. Allerdings konzentrieren er und sein Team sich nicht auf E-Autos oder Verbrenner, sondern auf Brennstoffzellen-Batterie-Hybridfahrzeuge.

Effiziente Kombination von Brennstoffzelle und Batterie

Diese Fahrzeuge tanken Wasserstoff, der durch die Brennstoffzelle in elektrischen Strom umgewandelt wird. Dieser Strom treibt entweder direkt den Elektromotor an oder wird in der Batterie zwischengespeichert. 

Der Vorteil der Batterie: Die Brennstoffzelle kann möglichst konstant und somit effizient betrieben werden, während die Batterie Leistungsspitzen während der Fahrt abdeckt. Zudem ist die Tankzeit ähnlich lang wie bei Verbrennern, Reichweitenangst gibt es also keine.

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“Wir haben uns in unserem Christian Doppler Labor auf 3 große Themen konzentriert: virtuelle Sensorik, Alterungsmodelle für Batterie und Brennstoffzelle sowie prädiktive Algorithmen in der Regelungstechnik”, sagt Hametner zur futurezone.

Forschungsschwerpunkte

Sogenannte virtuelle Sensoren sind bei Batterien und Brennstoffzellen nötig, weil man nicht in die Zellen “hineinschauen” kann. Stattdessen misst man Werte wie Temperatur, Spannung und Strom, um etwa auf den Gesundheitszustand einer Batterie zu schließen. Bei Batterien funktionierte das bereits sehr gut, “bei einer Brennstoffzelle ist die Komplexität aber deutlich höher”, so Hametner. “Hier gibt es etwa örtlich begrenzte Alterungsphänomene und man kann generell nicht so viele Messungen vornehmen.”

Ein weiterer Schwerpunkt der Christian Doppler Labors war vorherzusagen, wie Batterie und Brennstoffzelle möglichst effizient zusammenspielen können. “Da werden Daten zu Strecke, Wetter und Verkehr mit eingerechnet”, sagt Hametner. “Das Höhenprofil der Route hat zum Beispiel große Auswirkungen auf die Reichweite.” Nicht nur, dass bei Steigungen mehr Leistung benötigt wird, auch die Rekuperation ist bei Talfahrten entsprechend größer.

Spürbare Treibstoffeinsparung bei Demonstrations-Pkw

Bei einem Demonstrations-Pkw des Mobilitätstechnologieunternehmens AVL List, Unternehmenspartner des SD Labors, konnten durch diese intelligenten Vorhersagen und entsprechende Anpassungen 5 bis 6 Prozent Wasserstoff pro Strecke eingespart werden. “Das ist ein sehr guter Wert und mehr, als wir uns erhofft hatten”, sagt Hametner.

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Brennstoffzellen-Batterie-Hybridfahrzeuge sind allerdings vor allem für den Waren- und Personentransport interessant, denn die Technologie verspricht große Reichweiten, schnelles Tanken und keine CO2-Emissionen, wenn Wasserstoff verwendet wird, der mit erneuerbaren Energien hergestellt wurde. In Computersimulationen konnte auch hier eine 3- bis 5-prozentige Verbesserung beim Verbrauch erzielt werden. 

Demonstrations-Lkw soll 2025 geprüft werden

Im kommenden Jahr soll der Optimierungsalgorithmus aus dem CD-Labor dann in einem realen Lkw zum Einsatz kommen. Das 40-Tonnen-Demonstrationsfahrzeug stammt ebenfalls von AVL List. In Zukunft soll es auch möglich sein, die Forschungsergebnisse auf ganze Flotten auszuweiten. Mit all den Daten könnte man etwa Alterungsprozesse von E-Auto-Batterien besser vorhersagen und entsprechend darauf reagieren.

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Optimales Geschwindigkeitsprofil errechnen

Den größten Einfluss auf die Effizienz und somit auf die Reichweite, den Treibstoffverbrauch oder die Batteriegesundheit, habe laut Hametner allerdings der Fahrer und seine Fahrweise. “Wir haben auch sogenannte Eco-Driving-Funktionen untersucht, die ein optimales Geschwindigkeitsprofil für eine Route berechnen - auch da gibt es noch viel Optimierungspotenzial”, so der Experte.  

Das CD-Labor läuft mit Ende des Jahres aus, die Kooperation mit AVL List wird allerdings weiterlaufen. Für seine Forschung wurde der Forscher kürzlich auch mit dem CDG-Preis der Christian Doppler Forschungsgesellschaft ausgezeichnet.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation mit der Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG).