Für einen breiten Einsatz von Elektrofahrzeugen stellt der Trade-Off zwischen Reichweite und Batteriekosten bzw. Batteriegewicht die entscheidende Herausforderung dar. Je nach Betriebsbedingungen können die unter realen Fahrzuständen erzielbaren Reichweiten zum Teil drastisch von den unter idealisierten Bedingungen ermittelten nominalen Reichweiten abweichen. Im Extremfall (stark stockender Verkehr und extreme Klimatisierungserfordernisse) wird Reichweite nicht nur zu einer Frage der räumlich zurückgelegten Distanz sondern wird ganz wesentlich auch von der Betriebsdauer mitbestimmt. Während sich beim konventionellen Antrieb eine hohe Reichweitenflexibilität nahezu kostenneutral darstellen lässt, bedingt dies bei reinem Batterieantrieb extreme Kosten sowie hohes Gewicht des Energiespeichers. Damit gewinnt die Differenz zwischen der typischen täglichen Fahrstrecke (so liegen z. B. in der BRD 80 % bis 90 % der täglichen Fahrstrecke unter 50 km) und der für eine breite Akzeptanz von Batteriefahrzeugen vom Kunden geforderten Mindestreichweite (größer 200 km) eine ganz entscheidende Bedeutung. Ausgehend von der mittelfristig verfugbaren Batterietechnologie erweist es sich dabei als die attraktivste Lösung, die Batteriekapazität lediglich auf das Gros der täglichen Fahrleistungen (z.B.: 50 km) auszulegen und erhöhte Energieerfordernisse (größerer Leistungsbedarf oder längere Fahrstrecken) über einen verbrennungsmotorischen Range Extender abzudecken. Die für einen Range Extender sinnvollste technische Ausbildung wird dabei stark vom Einsatzprofil des Elektrofahrzeuges, insbesondere von der zu erwartenden Relation zwischen reinem Batteriebetrieb und verbrennungsmotorisch unterstützten Fahranteilen bestimmt. Ein überwiegender Batteriebetrieb führt dabei gegenüber dem konventionellen Antriebsstrang zu geänderten Prioritäten für den Verbrennungsmotor: NVH (Noise, Vibration Harshnes), Gewicht und Packaging stehen im Vordergrund, während der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch dessen geringe Einsatzhäufigkeit an Bedeutung verliert. Damit erweisen sich hier unkonventionelle Verbrennungsmotoren, die als rein verbrennungsmotorischer Antrieb nur begrenzt attraktiv sind wie z.B. Rotationskolbenmotoren, als ideales Antriebsaggregat für einen solchen Range Extender. Auf Basis einer hochintegrierten Kombination aus Wankelmotor und elektrischem Generator könnte ein Range Extender Konzept verwirklicht werden, das nicht nur konkurrenzlos günstige Bauraumerfordernisse und ein extrem niedriges Leistungsgewicht aufweist, sondern im Praxisbetrieb auch durch ein exzellentes NVH-Verhalten begeistert. Damit könnte der Range-Extender ohne signifikante Änderungen an einer existierenden Karosserie im ursprünglich für das Reserverad vorgesehenen Bauraum ohne Einschränkungen des Innen- und Gepäckraums untergebracht werden. Für Anwendungen mit höherem verbrennungsmotorischen Betriebsanteil bei denen der Schwerpunkt weniger auf Package und Verbrauch, sondern auf günstigem Verbrauch und Kosten liegt, wurde ein extrem reibungs- und kostengünstiges 2-Zylinder Hubkolbenkonzept dargestellt das im 2-Radbereich angewandte kostenoptimierte Detaillösungen auf den PKW-Bereich überträgt. Damit stellen die unterschiedlichen Ausprägungen von Range Extender Lösungen ganz wesentliche Enabler für eine bezahlbare Elektromobilität dar. Als Resultat dieser Optimierung ergeben sich Kraftstoffverbräuche, die trotz des kleinen Kammervolumens deutlich unterhalb bekannter Wankelmotoren liegen und bereits das Streuband leistungsgleicher Hubkolbenmotoren erreichen Durch die betriebsstrategisch vorgegebene geringe Einschaltdauer des Range Extenders sind die effektiven Laufzeiten des Verbrennungsmotors gegenüber der gesamten Fahrzeugbetriebszeit zum Teil um eine Größenordnung niedriger als beim konventionellen Antriebsstrang. Damit gewinnt sowohl der Einlaufvorgang des Motors, aber auch das Reibleistungsverhalten über der Motortemperatur an Bedeutung. In beiden Punkten weist der Wankelmotor Vorteile gegenüber dem Hubkolbenmotor auf. Ein Hauptnachteil des Wankelmotors - die hohen Kohlenwasserstoff-Rohemissionen - treten durch den fast ausschließlichen Hochlastbetrieb zwar weniger markant in Erscheinung, erfordern jedoch umfangreiche Detailoptimierung der Gemischbildung und Verbrennung nicht nur mittels Simulation, sondern auch mittels optischer Messtechnik am realen Motor. Dies gilt insbesondere auch für eine sichere Beherrschung der Partikelanzahl. Die vergleichsweise hohen Abgastemperaturen hingegen ergeben in Verbindung mit einer entsprechenden Hochschlepp- und Startstrategie ein sehr gutes Katalysator- Light-Off Verhalten. Durch die extrem kompakte Bauweise des AVL-Pure Range Extenders konnte eine 15 kW Einheit gemeinsam mit einer luftgekühlten 10 kWh Li-Ion-Batterie und einem 75 kW E-Fahrmotor sowie der gesamten Leistungselektronik in einem sehr kompakten Fahrzeug ohne Einschränkungen des Fahrgast- bzw. Kofferraumes untergebracht werden.


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    Titel :

    Herausforderungen und Lösungen für ottomotorische Range Extender - von Konzeptüberlegungen zur Praxiserfahrung


    Weitere Titelangaben:

    Challenges and solutions for a range extender of a spark ignition engine - from concept considerations to practice experience


    Beteiligte:

    Erschienen in:

    Erscheinungsdatum :

    2010


    Format / Umfang :

    18 Seiten, 18 Bilder, 7 Quellen



    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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