パンタグラフ付トラック
アーヘン工科大学より
アーヘン工科大学の革新的な研究プロジェクト
アーヘン工科大学のPEMは、世界中の道路でのCO2排出量を持続的に削減するために、パンタグラフとWebastoコンポーネントを備えた電動トラックを開発しています。道路輸送は、交通状況の変換におけるCO2排出量の大幅かつ持続的な削減にも不可欠です。トラックは、世界のCO2排出量の約10%を占めています。同時に、エネルギー必要量が高く、移動距離が長いため、電化が困難です。
貨物輸送の競争力のあるソリューションを見つけるために、アーヘン工科大学のE-Mobility Components(PEM)生産技術講座は、この分野の研究を行っています。LiVePLuSプロジェクトの一環として、同講座のスペシャリストはパンタグラフとバッテリーを備えた電気ドライブトレインを開発し、エレクトロモビリティのシステムパートナーであるWebastoの支援を受けて、最初のプロトタイプに実装しました。
2014年に設立されたRWTHのPEM講座は、ドイツの優れた大学の1つであり、eモビリティのコアコンポーネントを研究する、世界のトップ大学です。4つの研究グループは、バリューチェーン全体にわたる電気駆動列車の中核コンポーネントの1つとしてバッテリーに焦点を当てています。「私たちの目標は、CO2排出量を積極的に節約する新しい方法を開発することです。道路交通は排出量の大部分を占めています。
詳しく見ていくと、電動化がCO2削減に大きく影響するのは、主に大型商用車であることがわかります。したがって、最大の効率と可能な限り最大の効果を得るために、これはまさに私たちが研究プロジェクトで焦点を当てたい分野です」と、PEMのバッテリーエンジニアリングおよび安全チームリーダーであるKonstantin Sasse氏は説明します。
WebastoとRWTHアーヘン大学の協働：トラック向けパンタグラフによる電動化実証プロジェクトと現場導入可能性
交通の転換を可能にする
主な目的は、アプリケーション分野に個別に適合できるドライブトレインビルディングブロックの適応可能なモジュールを開発することです。2017年9月に立ち上げられたLiVeプロジェクトは、バッテリー式電気自動車をベースに、燃料電池やパンタグラフ(車両に搭載される折り畳み式集電装置)などのさまざまな技術を研究しました。その後、2020年2月にバッテリーとパンタグラフを備えた大型トラックに焦点を当てた LiVePLuSプロジェクトが発足しました。
研究成果を検証し、パンタグラフ付きセミトレーラートラックの適合性を実証するために、トラックをプロトタイプとして改造することも予定されていました。これは、通常電気モーターと主電池で構成され、架線システムへのインターフェースとしてパンタグラフが追加されます。センサーシステムは、車両が架線のある車線を走行しているかどうかを検出し、トラックのパンタグラフが伸びて架線にドッキングします。これにより、電気モーターに電力が供給され、同時にバッテリーが充電されます。
どちらのプロジェクトも、VDI/VDE Innovation + Technik GmbHがスポンサーとなり、ドイツ連邦環境・自然保護・原子力安全・消費者保護省(BMUV)が資金提供しています。「パンタグラフの技術は、インフラをかなり迅速に実装できるため、特に興味深いものです。架空送電トラックを使用することで、従来のトラックと比較して、2030年までにCO2排出量を約50%削減できます。この計算をさらに進めて、架空送電システムを再生可能エネルギー源のみで運用すれば、これらのトラックの純粋な運用は、CO2ニュートラルになります」と、PEMのE-モビリティ生産エンジニアリングチームリーダーであるSimon Dünnwald氏は述べています。
パンタグラフの供給エネルギーは、総合効率が高いため効率が良いだけでなく、デメリットがほとんどありません。インフラへの影響も同様に低く、架空線のある車線は、他の車両も制限なく使用できます。このような架空送電線は、現在、アウトバーンA1とA9の区間に試験ルートとして設置されています。「シミュレーションと研究によると、ドイツのアウトバーンネットワークの約30%(約3,200〜4,000キロメートル)に架空送電システムを改造するだけで、大型トラックの80%を電化できます。ここには大きな可能性が秘められています」とDünnwald氏は言います。
Webastoのコンポーネントとハイクラスサポート
現在、ドイツの道路を走行する純粋な電力のパンタグラフトラックはなく、技術も非常に新しいため、すぐに稼働できるシステムに頼ることができず、代わりに革新的なソリューションを見つける必要がありました。また、部品の納入も困難であることが判明しました。「研究プロジェクトのために、少量のプロトタイプを構築しています。サプライヤーにとって十分な状況とは言えません。また、個々のコンポーネントの技術的な可用性と納期も適切である必要があります。
大型商用車の応用分野は、すでに独占されていますが、コンポーネントに関していくつかの要件がありました。たとえば、プロトタイプのバッテリーの代わりに、他の高電圧オンボード電源と互換性のある連続生産が認定されたバッテリーをインストールしたいと考えていました」とSasse氏は説明します。トラックのスペースは限られているため、バッテリーのサイズも適切である必要がありました。市場を徹底的に精査し、綿密な調査を行った結果、最終的にWebastoの商用車用標準バッテリーが選ばれました。
同社は、必要な部品を短期間で供給できただけでなく、専門知識を活かした積極的なサポートをしてくれました。「Webastoと緊密に意見交換し、すべての部門と直接連絡を取り合っています。プロトタイプを開発するということは、常に非常に具体的な質問が出てくるということでありその際は、専門家の意見が必要になります。私たちはWebastoと緊密に連携し、迅速なフィードバックや、すべての関連データを受け取り、現場での個々のコンポーネントの試運転中もサポートを受けました」とSasse氏は説明します。
Webastoのバッテリーシステムに加えて、車両インターフェースゲートウェイ(VIG)も製品側で使用されました。非常にコンパクトで、車両とバッテリー間のインターフェースとして機能し、最大16個のバッテリーを制御できます。研究グループは、VIGに基づいて、いわゆる配電ユニット(PDU)を開発しました。このコンパクトなユニットには、バッテリー、パンタグラフ、モーターのすべての主要な接続と、必要な配電とその他の機能が含まれています。
EV Battery Pack Module in Aluminum Housing - Webasto Battery System
理論から実践へ
コンポーネント固有の個別試運転や未構築状態でのシステム全体の試運転など、多数のテストを経て、プロトタイプの実際のテストランが行われる予定です。この車両は、RWTHのテストコースですでにいくつかのテストを受けています。次のステップとして、パンタグラフを別のテストトラックでテストし、架線へのドッキングプロセスがスムーズに実行されるかどうかを確認します。
その後、試作機を公共の交通で走行させ、研究グループが総合的な測定を行う予定です。「目標は、システムをさらに最適化し、より高い成熟度を達成することです。私たちは、モジュール・ドライブ・トレインのビルディング・ブロックの完璧な開発だけでなく、真の経済的利益にもなるところに到達したいと考えています。コストが適切でない限り、システムは利用されません。このプロジェクトは社会的関連性も高く、ここまでは順調に進んでいます。
すでに多くの大手サプライヤーから視察があり、試作品を見ていい感触を得ています。このプロジェクトの将来がどうなるかはまだわかりませんが、すでに達成したことを非常に誇りに思っています。そして、Webastoという、包括的なサポートを提供し、貨物輸送の脱炭素化を推進するために協力してくれるパートナーを見つけました」とDünnwald氏は締めくくりました。Webastoも熱心に協力します。「道路輸送におけるCO2排出量を大幅に削減する可能性を秘めたこのような革新的なプロジェクトのパートナーであることを誇りに思います。今後もこのプロジェクトをさらにサポートすることを楽しみにしており、製品や理論的なインプットを提供していきます」と、Webastoのエネルギー管理ビジネスラインバイスプレジデントであるMichael Bauerは付け加えます。
