Mehr Effizienz mit Doppel-E-Antrieb

21.11.2018

Mehr Effizienz mit Doppel-E-Antrieb

etit-Wissenschaftler optimieren Hybridtechnik für PKWs

Elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind eine umweltfreundliche und zukunftsweisende Alternative für die herkömmlichen Verbrennungsmaschinen. Trotzdem setzt sich die Technik bislang nur sehr zögerlich durch. Ein Grund ist die unzureichende Reichweite. etit-Wissenschaftler haben hier in einem interdisziplinären Projekt mit Maschinenbauern eine vielversprechende Lösung entwickelt. Diese stellten sie beim diesjährigen internationalen E-Motive Expertenforum in Stuttgart vor.

Elektrofahrzeuge gelten als umweltfreundliche Alternative für die in die Jahre gekommenen Ottomotoren. Ziel der Bundesregierung ist es, dass bis 2020 eine Millionen solcher Fahrzeuge auf deutschen Straßen unterwegs sind. Doch die Sache hat bisher einen Haken: Gegenüber dem Verbrennungsmotor hat der E-Antrieb eine deutlich geringere Reichweite. Hinzu kommt, dass die Energiespeicher sich nur langsam wieder aufladen lassen.

Die begrenzte Reichweite ist einer der Hauptgründe, weshalb sich der E-Antrieb bisher nicht durchsetzen konnte. Denn damit ist ein Elektrofahrzeug für das zurücklegen längerer Strecken schlichtweg ungeeignet. Aus diesem Grund gelten die Hybridfahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschine und E-Motor als Brückentechnologie.

In einem interdisziplinären Gemeinschaftsprojekt haben Wissenschaftler vom Fachgebiet für Elektrische Energiewandlung am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik sowie vom Institut für Mechatronische Systeme des Fachbereichs Maschinenbau eine neue Generation des elektrifizierten Antriebsstrangs entwickelt: den Doppel-E-Antrieb mit Range-Extender. Dieses Konzept ordnet sich zwischen den reinen Elektrofahrzeugen und den aktuell verfügbaren Hybridantriebskonzepten ein. Daher wird die notwendige Traktionsleistung zumeist über die E-Maschinen erbracht.

Das innovative parallel-serielle Hybrid-Antriebskonzept ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl zwei vergleichsweise kleine Elektromotoren als auch ein kleiner Verbrennungsmotor über ein Getriebe mit den Antriebsachsen des Fahrzeugs verbunden werden können. Das Getriebe wird als automatisiertes Schaltgetriebe bestehend aus zwei Teilgetrieben mit jeweils zwei Gängen für die E-Maschinen umgesetzt. Dieses Antriebskonzept zeichnet sich dabei insbesondere durch hohe Effizienz und zugkraftunterbrechungsfreie Schaltvorgänge aus.

Spitzenwirkungsgrad bei geringem Bauraum

Bei der Entwicklung wurde der elektrische Antriebsstrang zunächst in einem Simulationsmodell untersucht und dann in ein Versuchsfahrzeug eingebaut. Tests mit der E-Maschine haben einen Spitzenwirkungsgrad von 96,3 Prozent ergeben. Als Vergleich: mit einem Ottomotor erreicht man ca. 37 Prozent. Gegenüber dem auf dem Markt erhältlichen Opel Ampera konnte mit dem DE-REX-Konzept bei einer Reduzierung der elektrischen Leistung um mehr als 40 Prozent die Reichweite um mehr als 10 Prozent erhöht werden.

Neben der Optimierung des Antriebssystems im Hinblick auf Reichweite und Energieeffizienz legten die Forscher den Fokus auch auf einen möglichst geringen Bauraum. Denn: der Bauraum für einen Antriebsstrang im Fahrzeug ist begrenzt. Und gerade bei Hybridsystemen müssen aufgrund der beiden Antriebsarten deutlich mehr Komponenten verbaut werden.

Das Verbundvorhaben wurde im Rahmen der „ATEM – Antriebstechnologien für die Elektromobilität“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Träger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Des Weiteren wird die Umsetzung der Antriebseinheit von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) begleitet.

Die Ergebnisse stellen ein Proof-on-Concept dar. Erkenntnisse aus dem Projekt werden nun genutzt, um das Antriebskonzept weiterzuentwickeln. Ziele sind, die Effizienz noch mehr zu steigern, ein noch kompakteres Design, die Reduktion der Komplexität und insbesondere die Optimierung der Kosten.

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