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Sep 12, 2023

Wie regeneratives Bremsen bei Nutzfahrzeugen und Anhängern funktioniert

Da die Akzeptanzraten von Hybrid- und Elektro-Lkw weiter steigen, sind Händler und

Da die Einführungsraten von Hybrid- und Elektro-Lkw weiter steigen, werden Händler und Aftermarket-Betriebe bald mit vielen unbekannten Systemen und Technologien konfrontiert sein, die sie warten müssen. Eine dieser Innovationen ist das regenerative Bremsen.

Regeneratives Bremsen erfasst die kinetische Energie, die während eines Bremsvorgangs entsteht, und wandelt diese Energie in Elektrizität um, die dann über einen Elektromotor in die Batterien eines Fahrzeugs geleitet wird und so deren Reichweite erhöht. Regeneratives Bremsen ist bei Hybrid- und Elektroautos Standard, und da die OEMs mittelschwerer und schwerer Nutzfahrzeuge in Nordamerika weiterhin ihre Elektromodelle der ersten Generation auf den Markt bringen, beginnt sich die Technologie auch im Lkw-Bereich auszubreiten.

Zu wissen, wie regenerative Bremsanwendungen funktionieren, wird für Teile- und Servicebetreiber bald von entscheidender Bedeutung sein.

Ameya S. Jathar, Senior Director of Engineering bei Meritor, sagt, dass das Verständnis des regenerativen Bremsens bei den Grundbremsen eines Lkw beginnt. Bei dieselbetriebenen Lastkraftwagen mit Verbrennungsmotor (ICE), die heute in der Klasse-8-Landschaft vorherrschen, wird das Bremsen durch die Anwendung von Drehmoment auf die Radenden erreicht. Wenn ein Fahrer in einem Diesel-Lkw auf das Bremspedal tritt, betätigt er mit Reibmaterial ausgekleidete Bremsbacken oder -beläge, die auf die Grundbremse treffen, und wandelt die kinetische Energie am Radende in Wärme um, die vom Reibmaterial absorbiert wird, um den Lkw anzuhalten .

Hybrid- und Elektro-Lkw verfügen ebenfalls über Grundbremsen, sie dienen jedoch nicht als einzige Methode zum Anhalten eines Fahrzeugs. „Bei Elektrofahrzeugen wird das Bremsmoment über Antriebsumrichter an die Motoren geliefert“, sagt Jathar.

Regenerative Bremsanwendungen können auf unterschiedliche Aggressivitätsgrade eingestellt werden, wobei die aggressivsten Einstellungen die meiste Energie zurück in die Batterien eines Lkw liefern.Meritor

Jeremy Frenznick von Dana, Senior Director of Engineering, erläutert dies.

Im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, die sich mit der in einem Motor erzeugten und über einen Antriebsstrang und die Achsen auf die Radenden übertragenen Energie fortbewegen, werden Elektrofahrzeuge laut Frenznick von Elektromotoren angetrieben, die in einem Antriebsstrang oder einer Achse eingebaut sind und durch in den Batterien des Fahrzeugs gespeicherte Energie angetrieben werden . Wenn diese Motoren für regeneratives Bremsen ausgestattet sind, können sie Strom nicht nur nach außen schieben, sondern auch wieder hineinziehen.

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„In einem Elektrofahrzeug treibt die Batterie den Motor an, aber die Batterie kann auch als Stromabsorber fungieren“, sagt Frenznick. „Anstelle eines Verbrennungsmotors, bei dem Sie eine Reibungsbremse verwenden, um die Geschwindigkeit zu verringern und kinetische Energie in Wärme umzuwandeln, erfassen Sie in einem Elektrofahrzeug diese Energie und bringen sie zurück in die Batterien.“

„Wir nennen es manchmal ‚kostenloser Kraftstoff‘ oder ‚gefundener Kraftstoff‘“, sagt Andy Brown, Produktmarketingmanager für Elektromobilität bei Volvo Trucks North America. „Denn bei einer Regeneration passiert im Wesentlichen genau das: Sie kehren die Polarität im Elektromotor um, sodass dieser als Generator fungiert und diese Energie [als Elektrizität] zurück zur Batterie leitet.“

Bei richtiger Implementierung in optimalen Arbeitszyklen schätzt Volvo, dass sein VNR Electric laut Brown bis zu 15 Prozent der Energie durch regeneratives Bremsen zurückgewinnen kann. Und während regeneratives Bremsen kein wesentliches System in einem Elektrofahrzeug ist – ein Elektro-Lkw kann ausschließlich mit herkömmlichen Grundbremsen funktionieren – bieten viele Anwendungen, bei denen die Akzeptanzrate von Elektrofahrzeugen am höchsten ist, auch die meisten Möglichkeiten für regeneratives Bremsen. Dazu gehören Müll, Abholung und Zustellung, Stadtbusse und mehr.

„Wenn Sie häufig anhalten und starten, haben Sie mehr Möglichkeiten, eine Regeneration durchzuführen“, sagt Richard Beyer, Vizepräsident für Technik und Forschung und Entwicklung bei Bendix.

Bei einem regenerativen Bremsszenario wird die kinetische Energie des Fahrzeugs über die Reifen in die Antriebsachse, durch die Antriebswelle und in den Motor übertragen, wodurch Strom erzeugt wird, der über Hochspannungskabel zum Anschlusskasten und zum Wechselrichter geleitet wird Batterie-Controller und letztendlich in die Fahrzeugbatterien.Dana

„Ich gehe davon aus, dass mit zunehmender Verbreitung von Elektrofahrzeugen jeder Lkw über regeneratives Bremsen verfügen wird“, sagt Frenznick. „Sie werden es nicht alle auf die gleiche Weise nutzen – der Wert ist nicht für jede Anwendung gleich – aber die Technologie wird vorhanden sein.“

Und da sich die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zwar verbessert, landesweit jedoch immer noch nicht verfügbar ist, ist die Möglichkeit, Energie zu finden und die Reichweite der Fahrzeuge zu erreichen oder zu übertreffen, von unschätzbarem Wert.

In Anlehnung an Brown sagt Jathar, dass Meritor 1,7 Millionen Meilen mit seiner Testflotte aus 200 Elektrofahrzeugen zurückgelegt hat und 12 bis 15 Prozent Energiegewinn durch regeneratives Bremsen meldet. „Je mehr Energie wir zurückgewinnen können, desto besser ist das für einen Fahrer“, sagt er.

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Beyer sagt, dass Regional- und Langstreckenanwendungen, insbesondere in unebenem Gelände, wahrscheinlich das letzte Segment des Lkw-Sektors sein werden, das auf Elektrofahrzeuge umsteigt, und dass die Optimierung der regenerativen Bremsreichweite die geringsten Vorteile bringen wird.

Als einen Grund nennt er Routen. Ein LKW, der selten anhält, hat nur begrenzte Regenerationsmöglichkeiten. Beyer weist aber auch darauf hin, dass die meisten Elektromotoren die Leistung schneller verteilen als sie aufnehmen, was bedeutet, dass in hochgelegenen Bergregionen das regenerative Bremsen allein möglicherweise nicht ausreicht, um ein Fahrzeug sicher zu verlangsamen. In diesen Fällen müssen die Grundbremsen weiterhin mit regenerativem Bremsen zusammenarbeiten, um ein Fahrzeug sicher abzubremsen.

Beyer fügt hinzu, dass Bendix für diese Anwendungen eine Bremsmischungstechnologie entwickelt hat, die Bremslösungen nahtlos miteinander verbindet, sodass Fahrer unabhängig davon, wann und wo sie bremsen müssen, ein gleichmäßiges, gleichmäßiges Bremsereignis erhalten.

Bendix sagt, dass seine Bremsmischungstechnologie es Fahrzeugen mit regenerativen Bremsfunktionen ermöglichen wird, Rekuperation- und Grundbremsvorgänge nahtlos zu kombinieren, um ein Fahrzeug anzuhalten.Bendix Commercial Vehicle Systems

„Wenn Sie ein Fahrer sind, sollte es Ihnen egal sein, woher die Verzögerung kommt“, sagt er.

Frenznick weist außerdem darauf hin, dass regeneratives Bremsen nicht bei allen Anwendungen gleichermaßen durchgeführt werden muss. Elektromotoren können je nach Arbeitszyklusoptimierung oder Kundenwunsch so eingestellt werden, dass sie verschiedene Stufen der regenerativen Bremsleistung bieten.

„Es gibt einen großen Unterschied zwischen 30 Prozent regenerativem Bremsen und 100 Prozent“, sagt er und fügt hinzu, dass Dana Kunden, die neu in der Technologie sind, eine Probefahrt mit seinen Trainingsfahrzeugen empfiehlt, um die Unterschiede in der Bremsleistung und dem Fahrerlebnis bei den verschiedenen Regenerationseinstellungen zu verstehen.

Jathar weist darauf hin, dass die Tests von Meritor darauf hindeuten, dass viele Fahrer die aggressivste Regenerationseinstellung bevorzugen, weil sie mit der Zeit die Ermüdung des Fahrers verringert, räumt aber auch ein, dass es etwas gewöhnungsbedürftig ist.

„Es ist ein anderes Bremserlebnis als ein ICE“, sagt er.

Regeneratives Bremsen bietet auch Wartungsvorteile, vor allem durch die Verlängerung der Wartungsintervalle. Jathar sagt, dass die Technologie nicht die Anzahl der Komponenten in einem Radende reduziert, aber sie reduziert die Anzahl der beteiligten Komponenten und die Schwere ihrer Anwendung. Regeneratives Bremsen macht das Fahren mit nur einem Pedal möglich.

„Wir können es ermöglichen, dass ein Fahrzeug allein durch eine Rekuperationsbremsung von der Autobahngeschwindigkeit auf fast zum Stehen kommt“, sagt Jathar. „Fundamentbremsen sind nur für die letzten paar Meilen pro Stunde erforderlich, um zum Stillstand zu kommen.“

„Was die guten von den großartigen Fahrern unterscheidet, ist die Art und Weise, wie sie mit regenerativem Bremsen umgehen“, sagt Brown. „Die Fahrer, die es wirklich verstehen, müssen ihre Betriebsbremsen möglicherweise selten oder nie benutzen.“

Regeneratives Bremsen kann auch den Antrieb von Anhängeranwendungen unterstützen. Carrier und ConMet gaben im Januar eine strategische Partnerschaft bekannt, um regeneratives Bremsen mit dem elektrischen Radende eHub von ConMet zur Unterstützung von Anhängerkühleinheiten zu nutzen.

ConMet und Carrier haben sich zusammengetan, um eine regenerative Bremslösung zu entwickeln, die den Antrieb von Anhängerkühleinheiten unterstützt.ConMet

Marc Trahand, ConMet-Vizepräsident und General Manager der Geschäftseinheit eMobility, sagt, dass das eHub-System von ConMet wie regenerative Bremsanwendungen von Traktoren funktioniert, wobei ein Elektromotor in das Radende eingebaut ist, um die beim Ausrollen und Bremsen erfasste Energie in Strom umzuwandeln, der direkt weitergeleitet werden kann in eine Kühleinheit. Bei Kühlcontainern, die auch mit Landstrom-Lademöglichkeiten ausgestattet sind (die während eines Ladevorgangs an eine Anlage angeschlossen werden), ist die Radendelektrifizierung laut Trahand ein weiterer Schritt, um die Abhängigkeit eines Anhängers von der Stromversorgung des Traktors zu verringern.

„Wir versuchen, durch Elektrifizierung einen emissionsfreien Anhänger herzustellen“, sagt er.

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Das Stromerzeugungspotenzial elektrifizierter Anhängerradköpfe hängt auch vom Arbeitszyklus ab, obwohl Anhänger wesentlich weniger Bremsvorgänge benötigen, um genügend Energie für den Antrieb einer Kühleinheit zu gewinnen. In Fällen, in denen die am Radende erzeugte Elektrizität den Bedarf eines Kühlcontainers übersteigt, kann zusätzlicher Strom genutzt werden, um den Anhänger voranzutreiben. Laut Trahand könnten solche Innovationen von entscheidender Bedeutung sein, da Kommunen weltweit Null-Emissions-Anforderungen für Fahrzeuge vorschlagen.

„Zukünftige Anwendungen könnten intelligenter werden und in der Lage sein, ihren Modus auf der Grundlage von Telematik- und GPS-Standorten zu ändern. Wenn Sie also eine Stadt betreten, wechselt das Gerät in einen rein emissionsfreien Modus“, sagt er.

Brown fügt hinzu, dass die Fähigkeit des regenerativen Bremsens, Emissionen zu reduzieren, nicht übersehen werden sollte. Da sich in den kommenden Jahrzehnten immer mehr OEMs und ihre Kunden zu CO2-Nulligkeitszielen verpflichten, werden regeneratives Bremsen und ähnliche Technologien zu unverzichtbaren Lösungen für alle Nutzfahrzeuge.

„Damit wir unsere Ziele erreichen können, müssen wir uns zu einer Weiterentwicklung unserer Produktlinie verpflichten“, sagt er.