Eine elektrische APU-Grundlage: Unterstützung von Hotelladungen im Lkw-Verkehr ohne Verbrennungsmotoren

Zu den verschiedenen Herausforderungen hinsichtlich Kosten und Kraftstoffeffizienz für Lkw-Flotten auf Autobahnen gehört die Reduzierung des Leerlaufs. Der North American Council for Freight Efficiency (NACFE) erklärte auf seiner Website, dass Lkw mit Schlafkabinen traditionell einen Großteil der Betriebszeit – 45 Prozent oder mehr – im Leerlauf verbringen. Dies geschieht häufig, um den Stromverbrauch zu decken – also den Stromverbrauch, der in Zeiten benötigt wird, in denen der Fahrer den Lkw nicht fährt. Dazu gehört auch die Klimaanlage, die zu den stromhungrigsten Verbrauchern zählt, aber oft für den Komfort des Fahrers unerlässlich ist.

Der Trend zur Nachhaltigkeit hat jedoch dazu geführt, dass der Leerlauf von Motoren in vielen US-Bundesstaaten reguliert wird. Im März 2023 veröffentlichte das American Transport Research Institute (ATRI) ein Kompendium von Leerlaufvorschriften. Demnach gelten diese in 30 Bundesstaaten des amerikanischen Kontinents – sowie im District of Columbia – und werden mit Bußgeldern von unter 100 bis zu mehreren tausend Dollar belegt.

Um Nachhaltigkeit, Kosten und Kraftstoffeffizienz zu gewährleisten, setzen einige Flotten auf batteriebetriebene alternative Antriebseinheiten (APU). Diese liefern den für die Hotellasten benötigten Strom.

Drei Taktiken zur Leerlaufminderung

Wade Seaburg, Chief Revenue Officer bei Dragonfly Energy mit Sitz in Reno im Bundesstaat Nevada, das unter seiner Marke Battle Born Batteries Lithium-Ionen-Antriebssysteme für Nutzfahrzeuge herstellt, sagte, wenn das Unternehmen mit Flotten über seine elektrischen APUs spreche, würden im Gespräch die drei derzeit im Einsatz befindlichen Ansätze zur Leerlaufminderung behandelt.

Ein Hilfsaggregat (APU) von Battle Born Batteries, installiert auf einem Schwerlast-LKW. (Foto: Dragonfly Energy/Battle Born Batteries)

„Eine Möglichkeit besteht darin, einfach eine Start-Stopp-Automatik einzuführen“, sagte er. „Wir haben eine Umgebungstemperatur in der Kabine oder im Schlafwagen eingestellt, und der Hauptdieselmotor, der für den Gütertransport verwendet wird, startet und stoppt automatisch, abhängig von bestimmten Temperaturvorgaben plus oder minus einem bestimmten Bereich.“

Seaburg stellte klar, dass bei einer voreingestellten Kabinentemperatur von 21 °C der Motor startet, sobald die Temperatur über 23 °C steigt, und die Klimaanlage eingeschaltet wird, bis die Temperatur unter 19 °C fällt. Anschließend schaltet der Motor ab.

Er fügte hinzu, dass der Dieselmotor des Lkws bei einer automatischen Start-Stopp-Situation etwa eine Gallone Diesel pro Stunde verbraucht und gleichzeitig den Verschleiß anderer Motorkomponenten erhöht.

„Der nächste Schritt ist eine Diesel-APU“, sagte Seaburg. „Sie wird Dieselkraftstoff verbrauchen. Sie wird also etwa eine Viertelgallone pro Stunde verbrauchen.“

Obwohl eine Diesel-APU eine Verbesserung gegenüber der Start-Stopp-Automatik darstellt, gibt es auch Nachteile, sagte er.

„Wie bei jedem kleinen Dieselmotor kommt es nach etwa zwei Jahren häufig zu mechanischen Ausfällen, sodass die Wartung zu einem ziemlichen Problem wird.“

Der dritte Ansatz, so Seaburg, sei die batterieelektrische APU. Er erklärte, der Fahrer schalte die APU ein, und sie versorge die Klimaanlage und andere Hotelverbraucher im Reisebus mit Strom, „bis die Batteriespannung oder der Ladezustand einen bestimmten Punkt erreicht. Anschließend starte ich den Motor neu“, um die Batterie wieder aufzuladen.

Eine Ausnahme, die Seaburg feststellte, waren extreme Temperaturen.

„Flotten lassen den Motor immer laufen, wenn die Außentemperatur über 32 °C liegt“, sagte er, „weil die 12-Volt-Klimaanlage nicht in der Lage ist, die Temperatur von 32 °C oder 38 °C auf angenehme 21 °C für den Fahrer herunterzukühlen. Daher laufen beide Systeme bei diesen extrem hohen Temperaturen im Leerlauf und laufen auch dann noch, wenn die Temperaturen unter dem Gefrierpunkt liegen, um den reibungslosen Betrieb aller Motorflüssigkeiten zu gewährleisten.“

Viele Bundesstaaten mit Leerlaufregelungen haben Ausnahmen von ihren Regelungen veröffentlicht. In Atlanta, Georgia, beispielsweise ist die Leerlaufzeit auf 15 Minuten begrenzt, bei Temperaturen unter 0 °C kann sie jedoch auf 25 Minuten verlängert werden.

Seaburg fügte hinzu, dass aufgrund dieser temperaturbedingten Gegebenheiten die optimale Temperatur für batterieelektrische APUs bei -6 bis 32 °C liege und es während dieser Zeit „absolut nicht nötig sei, den Motor laufen zu lassen“.

Die richtigen Batterien

Einige batterieelektrische APUs verwenden AGM-Batterien (Absorbed Glass Mat), sagte Seaburg und fügte hinzu, dass diese nicht immer die beste Wahl seien.

„AGMs sind für zwei Aufgaben gut geeignet“, sagte er. „Sie sind gut beim Anlassen und gut bei tiefen Zyklen, aber in keinem von beiden sind sie besonders gut. Sie sind wartungsarm – das hat einige Vorteile. Allerdings werden sie aufgrund ihres schnellen Verschleißes nach 18 bis 24 Monaten ausgetauscht.“

Bundesstaaten der kontinentalen USA mit Leerlaufregelungen für Dieselmotoren, rot hervorgehoben. (Daten: American Transportation Research Institute. Grafik: Mapchart.net)

Laut Seaburg werden nur etwa 15 Prozent der Lkw mit einer elektrischen APU bestellt, da viele, die sie ausprobiert haben, von der Betriebszeit aufgrund der Verwendung von AGM-Batterien nicht überzeugt waren.

„Ihnen werden zehn Stunden versprochen“, sagte er. „Sie bekommen nur vier, und dann werden es immer weniger.“

Nasse Blei-Säure-Batterien seien zwar keine Option für elektrische Hilfsaggregate (APUs), eigneten sich aber besser zum Anlassen von Motoren als AGM-Batterien, so Seaburg. Zudem seien sie günstiger.

Seaburg sagte, Dragonfly nutze bei der Implementierung der Battle Born APU-Lösung sein Wissen über das Laden von Batterien, um sowohl die Verwendung von Batteriechemikalien im Lkw als auch von Lithium-Ionen-Batterien zu ermöglichen und gleichzeitig sicherzustellen, dass sie alle mit einem einzigen Generator geladen werden können.

„Wir verwenden die vordere Batteriebank mit beispielsweise drei Nassbatterien zum Anlassen des Motors“, sagte Seaburg. „Wir haben einen Isolator eingebaut, der die beiden Batterien voneinander trennt und gleichzeitig das ordnungsgemäße Laden unseres Systems ermöglicht. Anschließend haben wir ein Lithiumsystem eingebaut, um die gleiche Klimaanlage, den Wechselrichter und die gleichen Geräte zu betreiben, die man heute in den elektrischen APUs findet.“

Laut Seaburg kann die Lithium-Ionen-Lösung von Dragonfly während einer zehnstündigen Ruhepause konstant Strom liefern.

„Wir haben 34-stündige Neustarts bei angemessenen Umgebungstemperaturen überstanden, wie zum Beispiel im Oktober in Texas, und wir haben den Energiefresser – die Klimaanlage – nicht so oft laufen lassen“, sagte er. „Kein AGM-Batteriespeicher schafft einen 34-stündigen Neustart.“

Dieselfreundlicher Wert

In Bezug auf Nachhaltigkeit und geringeren Verschleiß sagte Seaburg, dass die Battle Born APU ein „Freund des Dieselmotors“ sei.

„Wir sind der Meinung, dass der Dieselmotor laufen sollte, um Güter zu transportieren, wo es nötig ist, und in allen anderen Fällen ausgeschaltet sein sollte“, sagte er. „Er muss nicht mehr im Leerlauf laufen, um den Komfort des Fahrers zu gewährleisten.“

Und während dies der Branche dabei helfen kann, regulatorische Hürden zu überwinden, sagte Seaburg, dass die Batterie-APUs des Unternehmens einen zusätzlichen Mehrwert bieten.

„Selbst die gesetzliche Hürde ‚kein Leerlauf‘ bedeutet, den größtenteils Dieselmotor nicht im Leerlauf laufen zu lassen“, sagte Seaburg. „Und in manchen Ländern darf man die kleine Diesel-APU immer noch im Leerlauf laufen lassen. Aber unsere Botschaft lautet: Nicht einmal das! Schalten wir den Motor einfach ganz aus. Beseitigen wir die Abgase, die der Fahrer möglicherweise einatmet. Stoppen wir das Brummen – schaffen wir eine ruhige Umgebung, in der die Fahrer schlafen können und nicht geweckt werden.“

Eine elektrische APU trägt laut Seaburg auch dazu bei, den Wartungsaufwand für Dieselmotoren zu verringern, denn wenn der Motor im Leerlauf läuft, „betreiben wir alle anderen angeschlossenen Geräte“, darunter die Wasserpumpe, die Kraftstoffpumpe und die zugehörigen Dichtungen, die einem übermäßigen Verschleiß unterliegen.

Schließlich stellte Seaburg durch den Einsatz der Battle Born APU erhebliche Verbesserungen der Treibstoffeffizienz fest.

„Wir beobachten in Flotten, die dieses System einsetzen, eine Steigerung des Kraftstoffverbrauchs um 10 bis 15 Prozent“, sagte er und fügte hinzu, dass andere Methoden zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs, wie etwa Seitenschweller, nur einen Bruchteil dieser Einsparungen bringen.

„Nehmen wir an, Sie stehen vier bis fünf Stunden pro Nacht im Leerlauf“, sagte Seaburg. „Wenn Sie 15 bis 19 Liter pro Nacht sparen, weil Sie nicht mehr verbrauchen müssen, ist das echtes Geld.“