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Hybridantrieb

Geo-SOL 2011

Gymnasium Immensee

Denis Kohli & Fabrizio Gügler

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Hybridantrieb  Inhalt

- Einleitung

- Der bivalente Antrieb

- Die Antriebs-Hybridtechnik

- Argumente für den Hybridantrieb

- Der VW Touareg Hybrid

- Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb

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Einleitung

In unserer Gesellschaft nimmt die das Umweltbewusstsein einen immer wichtigeren Platz und

ist nicht mehr nur das Thema einer Randgruppe sondern beginnt langsam aber sicher immer

mehr unser Leben zu beeinflussen. Eine Erscheinung davon ist das neue, umweltfreundliche

Technologien einen Aufschwung erleben eine davon ist der Hybridmotor, doch was ist ein

Hybridmotor und wie funktioniert dieser. Diese und weiter Fragen sollen in diesem Text

weitestgehend beantwortet werden.

Der bivalente Antrieb

Unter einem bivalenten Antrieb versteht

man Fahrzeuge, bei denen ein

Verbrennungsmotor verschiedene

Kraftstoffarten verbrennen kann, um

Antriebsenergie zur Verfügung zu stellen.

Systeme, die gleichzeitig fossile und

erneuerbare Kraftstoffe (Diesel/Biodiesel)

oder flüssige und gasförmige Kraftstoffe (Benzin/Erdgas) verwenden, sind entwickelt und

zunehmend auf dem Markt vertreten.

Die Antriebs-Hybridtechnik

Bei Antriebshybriden spricht man von

einer Kombination von zwei

verschiedenen Antriebsaggregaten, die

nach unterschiedlichen

Funktionsprinzipen arbeiten. Zur Zeit

wird der Begriff Hybridtechnik am

häufigsten dazu verwendet, die

Kombination von Verbrennungsmotor

und einer Elektromaschine zu beschreiben. Die E-Maschine kann als Generator zum Erzeugen

von elektrischer Energie, als Motor zum Fahren des Fahrzeugs und als Starter für den

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Verbrennungsmotor verwendet werden. Je nach Ausrichtung dieses Grundaufbaus werden

drei Arten von Hybridantrieben unterschieden:

-der Micro-Hybridantrieb

-der Mild-Hybridantrieb,

-der Voll-Hybridantrieb.

Der Micro-Hybridantrieb

Bei diesem Antriebskonzept dient die Elektronische Komponente (E-Starter/Generator) nur

für die Umsetzung einer Start-Stopp-Funktion. Ein Teil der Bewegungsenergie lässt sich beim

Abbremsen wieder als elektrische Energie nutzbar machen (sog. Rekuperation). Ein rein

elektrisches Fahren ist nicht möglich. Die Eigenschaften der Batterie sind auf die häufigen

Motorstarts angepasst.

Der Mild-Hybridantrieb

Der Elektroantrieb unterstützt hier den Verbrennungsmotor. Ein rein elektrisches Fahren mit

dem Fahrzeug ist nicht möglich. Beim Mild-Hybridantrieb wird ein grösserer Teil der

Bewegungsenergie beim Bremsen zurück gewonnen und als elektrische Energie in der

Batterie gespeichert. Diese Hochvoltbatterie sowie die elektrischen Komponenten sind für

eine höhere Spannung und somit für eine höhere Leistung ausgelegt als bei herkömmlichen

Batterien. Durch die Unterstützung der E-Maschine kann der Betriebspunkt (Drehzahl) des

Verbrennungsmotors in den optimalen Wirkungsbereich gelegt werden.

Der Voll-Hybridantrieb

Hier ist eine leistungsstärkere E-Maschine mit einem Verbrennungsmotor kombiniert. Ein

rein elektrisch angetriebenes Fahren ist möglich. Die E-Maschine unterstützt, sobald es die

Bedingungen zulassen, den Verbrennungsmotor. Langsame Fahrten werden rein elektrisch

zurückgelegt. Eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors ist ebenfalls eingebaut. Die

Rekuperation wird genutzt, um die Batterie aufzuladen. Durch eine Kupplung zwischen dem

Verbrennungsmotor und der E-Maschine kann eine Entkopplung der beiden Systeme erreicht

werden, sie können also auch einzeln laufen. Der Verbrennungsmotor wird nur bei Bedarf

zugeschaltet.

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Der Voll-Hybridantrieb wird in drei weitere Unterkategorien aufgeteilt:

-­‐ Der Parallel-Hybridantrieb

-­‐ Der Leistungsverzweigte Hybridantrieb

-­‐ Der serielle Hybridantrieb

Der Parallel-Hybridantrieb

Diese Bauweise zeichnet sich durch ihre

Einfachheit aus. Sie kommt zum Einsatz,

wenn ein Hybridantrieb in ein bestehendes

Fahrzeug eingesetzt werden soll. Der

Parallelhybrid hat üblicherweise eine E-

Maschine. Die Summe der Einzelleistung

der Verbrennungsmotors und der E-

Maschine entspricht der Gesamtleistung.

Der leistungsverzweigte Hybridantrieb

Der leistungsverzweigte Hybridantrieb

hat neben einem Verbrennungsmotor

eine Elektromaschine. Beide sind auf

der Vorderradachse angebracht. Im

Gegensatz zur Parallelhybridbauweise

kann die Gesamtleistung nicht einfach

aus der Einzelleistung der beiden

Getriebe ermittelt werden. Die erzeugte

Leistung wird zum einen Teil zum

Fahren des Fahrzeuges verwendet und

zum anderen als elektrische Energie in

der Batterie gespeichert.

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Der serielle Hybridantrieb

Das Fahrzeug hat einen Verbrennungsmotor,

eine E-Maschine und zusätzlich einen

Generator. Die Leistung des

Verbrennungsmotors kommt hier jedoch nicht

direkt über eine Welle am Rad an. Den

Antrieb des Fahrzeuges übernimmt die E-

Maschine. Ist die Kapazität der Batterie zu

gering, wird der Verbrennungsmotor gestartet.

Über einen Generator lädt der

Verbrennungsmotor die Batterie auf und die

E-Maschine kann wieder Energie aus der

Batterie entnehmen.

Argumente für den Hybridantrieb

Leistungsoptimierung

Der Verbrennungsmotor benötigt zur Abgabe eines Drehmoments eine Leerlaufdrehzahl. Der

Motor kann kein Drehmoment beim Stillstand abgeben. Bei Anhebung der Drehzahl des

Verbrennungsmotors steigt das Drehmoment. Die E-Maschine hat ab der ersten Umdrehung

ihr maximales Drehmoment. Sie benötigt keine Leerlaufdrehzahl. Ei steigender Drehzahl

sinkt ihr Drehmoment. Die E-Maschine unterstützt den Verbrennungsmotor dort, wo seine

konzeptionellen Schwächen liegen nämlich under der Leerlaufdrehzahl.

Gesetzliche CO2-Begrenzung

Der CO2 Ausstoss und der Verbrauch eines Fahrzeuges bilden einen fast proportionalen

Zusammenhang. Je höher der Kraftstoff Verbrauch desto mehr CO2 Wird in die

Umweltabgegeben. Daher zielen die gesetzlichen Vorgaben zur Begrenzung des CO2-

Ausstosses vor allem auf grosse Fahrzeuge mit hoher Leistung. Die Hybrid-Technologie

bietet eine Möglichkeit, auch mit hoher Leistung unter den gesetzlichen Grenzwerten zu

bleiben, da der Wert für das abgegebene CO2als Durchschnittswert in Gramm CO2pro

gefahrenen Kilometer gebildet wird.

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Der VW Touareg Hybrid

Der Touareg Hybrid gehört zu SUV- Klasse und verfügt neben einem 3,0 l-V6-TSI-Motor mit

Kompressoraufladung mit 245kW Leistung zusätzlich noch über einen Elektrischen 3-Phasen-

Drehstrohm-Motor mit 34kW Leistung. Dadurch verbessert der seine Beschleunigung

0-100km/h im Vergleich zu Schwestermodel mit reinem Verbrennungsmotor von 7.8s auf

6.5s.

Das von Volkswagen entwickelte Hybridkonzept, das erstmals beim Touareg zum Einsatz

kommt, basiert auf dem Parallel-Hybridantrieb. E-Maschine und Verbrennungsmotor werden

also für den mechanischen Antrieb über einen gemeinsamen Antriebsstrang genutzt. Beide

Antriebsarten sitzen auf einer Welle. Damit kommt das Hybridkonzept von Volkswagen mit

wesentlich weniger Hybridkomponenten aus als beim leistungsverzweigten oder Seriellen

Hybridsystem.

Durch die Verwendungsmöglichkeit der E-Maschine sowohl als Antrieb, Generator und

Starter konnten Anlasser und Lichtmaschine weggelassen werden. Das Elektrische Fahren mit

der E-Maschine macht es notwendig, Komponenten, die bei herkömmlichen

Fahrzeugkonzepten durch den drehenden Verbrennungsmotor versorgt wurden Bsp.

Kühlmittelpumpe und Lenkunterstützung , mit elektrischen Antrieben auszustatten.

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Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb

Wir sehen im Hybridantrieb eine grosse Zukunft auf dem Markt, da er die Vorteile eines

Elektroantriebes mit der Zuverlässigkeit eines Verbrennungsmotors verbindet. Er ist aber

noch ziemlich teuer und für die Produktion fallen weit mehr Schadstoffe an als für einen

herkömmlichen Motor. Deshalb wird irgendwann der reine Elektroantrieb den Hybridantrieb

wahrscheinlich ablösen, sobald die Technologie soweit entwickelt ist.

Quellen:

Elitegarage AG

Bildquellen:

über Elitegarage AG

Titelbild:

http://alternative-antriebstechniken.de/wp-content/uploads/2009/03/hybrid-motor.jpg

Bild Touareg Hybrid:

http://www.yosax.com/car_images/volkswagen-touareg-hybrid-car.jpg