02. Juni 2009

Totale Elektrifizierung?

1000 Motoreningenieure aus der ganzen Welt besuchten dieses Jahr das 30. Motorensymposium, welches unter der fachkompetenten Leitung von Prof. Dr. Hans Peter Lenz in der Wiener Hofburg durchgeführt wurde. «Ist die Wirtschaftskrise die grosse Chance für die Powertrain-Entwicklung im Auto?» oder «Liegt die Wahrheit wirklich in der totalen Elektrifizierung des Antriebsstrangs?» Diese Kernfragen wurden in Wien vielfach diskutiert, doch als Antwort kristallisierte sich erneut die ernüchternde Tatsache heraus, dass das eine Konzept ohne das andere noch nicht oder kaum mehr leben kann.

Totale Elektrifizierung?

Ein riemengetriebener Starter-Generator von Continental. Dieses leistungsfähige Aggregat liefert bei einer Spannung von 150 Volt eine Spitzenleistung von 20 kW (Peak).

Erneut bot Wien den Hybridantrieben zwei grosse Vortragssektionen, während die Abgasentgiftung im Moment etwas nebenher laufen muss. Ganz genau gesehen stimmt dies natürlich nicht, denn die kommenden Abgasgesetze werden wieder deutlich strenger sein; doch im Moment ist die CO2-Emission das zentrale Thema und wenn sich BMW und Mercedes-Benz zum Hybrid bekennen, darf und muss dies in Wien thematisiert werden.

 

Two-Mode-System

Während Toyota den Hybridantrieb mit dem Leistungssplit seit mehr als zehn Jahren anbietet, haben sich die Firmen GM, Chrysler, Mercedes- Benz und BMW zusammengeschlossen, um mit dem Two-Mode- System ein vielleicht noch besseres Full-Hybrid-System auf den Markt zu bringen. Dieses Jahr wurden von Mercedes-Benz das Model ML 450 Hybrid und von BMW das Modell X6 Active Hybrid vorgestellt. Gleichzeitig informierte GM über das gleiche System, welches bereits für Frontantrieb und quereingebauten Motor adaptiert worden ist.

 

Mild-Hybrid

Neben den beiden Full-Hybrid Varianten stellten BMW und Mercedes- Benz auch Mild-Hybride mit der Paralleltechnologie vor. Bei BMW gehört das System zusammen mitdem ZF-Getriebeautomaten in die 7-er-Modellreihe und Mercedes verbaut ein ähnliches System in das Modell S400 BlueHybrid. Bei Mercedes-Benz ist man besonders stolz, dass es gelungen ist, für dieses Modell erstmals eine Li-Ionen Batterie einzusetzen. Alle anderen Hybridmodelle arbeiten zurzeit mit Nickel-Metall-Hydrid-Batterien.

 

Terminologie

Früher war die Hybrid-Technologie noch einfach und überschaubar. Man kannte die parallelen Hybridsysteme, bei welchen ein Elektromotor/ Generator parallel zum Verbrennungsmotor geschalten wurde und bei Bedarf Energie in den Antriebsstrang einspeisen oder diesem Energie zur Rekuperation entnehmen konnte. Daneben gab es den seriellen Hybrid: ein Verbrennungsmotor (betrieben in einem guten Betriebspunkt) trieb einen Generator an und dieser lieferte die Energie für die elektrischen Traktionsmotoren. Die Zwischenspeicher (Batterien) waren klein und ohne den laufenden Verbrennungsmotor konnten nur kurze Strecken zurückgelegt werden. Heute sind die Hybridsysteme differenzierter aufgebaut, zeigen aber auch dementsprechende Eigenschaften.

 

Mikrohybrid

Unter den Begriff Mikrohybrid fallen kleine Start/Stopp-Systeme, welche z.B. mittels riemengetriebenen Starter-Generatoren betrieben werden. In Schubphasen können diese Systeme durch Vollerregung des Generators etwas Energie zurückgewinnen und bei Bedarf können sie motorisch wirken und den Verbrennungsmotor in drehmomentschwachen Betriebspunkten boosten.

 

Mild- oder Parallelhybrid

Unter dem Mildhybrid werden heute Systeme verstanden, welche eine E-Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe eingesetzt haben. Diese elektrischen Drehstrommaschinen können ebenso motorisch wie generatorisch betrieben werden und geben ihre Kraft direkt auf die Getriebeeingangswelle. Diese Maschinen werden heute mit Spannungen > 150 V betrieben und leisten im Durchschnitt zwischen 15 und 20 kW. Mit Mildhybriden kann bereits elektrisch angefahren und rangiert werden.

 

Fullhybrid mit Powersplit

Der Ausdruck Powersplit sagt deutlich, dass bei diesen Systemen das Drehmoment aufgeteilt werden kann. Durch ein Planetengetriebe können Drehmomente vom Verbrennungsmotor und Drehmomente vom Elektromotor zusammengeleitet und auf den Achsantrieb gezogen werden. Es kann auch ein Teil der verbrennungsmotorischen Kraft auf den Generator und der andere auf den Achsantrieb geleitet werden. Mit den aufgeteilten Kräften kann «gespielt» werden, so dass der Verbrennungsmotor immer in einem guten Verbrauchs- und Emissionspunkt betrieben wird und die Batterie sich nie entleert.

 

Range Extender

Der Range Extender ist der heutige serielle Hybrid. Vom Aufbau her unterscheidet er sich kaum, aber von der Auslegung um so mehr. Statistische Auswertungen von Fahrten in Mitteleuropa haben ergeben, dass eine Fahrzeugstrecke kaum länger als 60 km misst, bevor das Auto wieder abgestellt wird. Das bedeutet, dass die Reichweite der Batterie 60 km betragen muss. Sollte es trotzdem einmal weiter gehen, bleibt das Fahrzeug nicht stehen, denn ein kleiner, verbrennungsmotorisch betriebener Generator beginnt beim Unterschreiten eines gewissen Ladezustandes die Batterie zu laden und verhindert so die Tiefentladung.

 

Visionen

Die österreichische Forschungsanstalt AVL hat ein Range Extender Modell für einen Kleinwagen vorgestellt. Mit einem raumopitmierten Wankelmotor wird ein kleiner Generator betrieben. Die ganze – auf extreme Geräuscharmut ausgelegte – Einheit kann problemlos quer im Auto eingebaut werden. Gemäss den Diagrammlinien geben die österreichischen Forscher diesem System einen grossen Stellenwert, soll es doch den ganzen Powersplit in 15 Jahren vom Markt vertrieben haben. Ob dem so sein wird, muss die Zukunft weisen.

 

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