So kommt die Elektrifizierung des Antriebs voran

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Trotz Förderung sind in Deutschland die Absatzzahlen für E-Fahrzeuge mehr als bescheiden. Elektromobilität wird in den kommenden Jahrzehnten deutlich zunehmen – und das ist gut so –, aber eben überwiegend in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor. Batterieelektrische Fahrzeuge können und werden urbane und stadtnahe Bereiche abdecken, aber darüber hinaus sind Hybridfahrzeuge, vom 48-V-Mildhybrid bis hin zum Plug-in-Hybrid, das zukünftige Fortbewegungsmittel der Wahl. Dieses Fazit zieht Alexander Heintzel in seinem Editorial Clever Elektrifizieren für die MTZ 5/2017. Zu den wichtigen Fragen aus technischer Sicht zählt Heintzel in diesem Zusammenhang, welcher Grad an Hybridisierung für welchen Fahrzeugtyp zielführend ist und welchen Preis Kunden bereit sind, für ihr Hybridfahrzeug zu bezahlen. 

Hintergrund für diese Fragestellung ist die schier unüberschaubare Zahl von Hybridisierungslösungen, die im Laufe der vergangenen Jahre präsentiert wurden. Zahlreiche weitere Ideen befinden sich in der Pipeline. So stellen Johannes Höflinger, Peter Hofmann, Helfried Müller und Manfred Limbrunner in ihrem Beitrag FCREEV – Ein batterieelektrisches Fahrzeug mit Brennstoffzellen-Range-Extender aus der MTZ 5/2017 ein Brennstoffzellen-Range-Extender-System in einem Kleintransporter mit batterieelektrischem Antrieb vor. Das Gemeinschaftsprojekt von Magna Steyr, Proton Motor, Hycenta und dem Institut der Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der Technischen Universität Wien basiert auf einer Li-Ionen-Batterie mit 16 kWh, einem PEM-Brennstoffzellen-Range-Extender-System mit 25 kW und zwei elektrischen Traktionsmotoren mit einer Leistung von 75 kW an der Vorderachse und 50 kW an der Hinterachse. 

Brennstoffzelle zu- und abschalten

Das Fahrzeug weist eine elektrische Reichweite im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) von etwa 70 km auf – durch die zusätzliche Nutzung der Wasserstoffenergie mittels Brennstoffzelle werden etwa 350 km erreicht. Auf Basis umfangreicher Simulationen und Messfahrten empfehlen die Autoren, dass das Brennstoffzellensystem möglichst bei bestem Systemwirkungsgrad betrieben oder abgeschaltet werden sollte. Werden höhere Lasten benötigt, sollte das Brennstoffzellensystem nur jene Leistung liefern, die auch tatsächlich benötigt wird, da bei höheren Leistungen der Wirkungsgrad sinkt. Des Weiteren können durch die gleichmäßige Nutzung der Brennstoffzellenabwärme der elektrische Heizenergieaufwand und damit der Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Umgebungstemperaturen reduziert werden, sodass das Fahrzeug insgesamt effizient betrieben wird.

Mit Plug-in-Hybriden für den Volumenmarkt setzen sich Sebastian Fischer, Christian Beidl, Andreas Viehmann und Stephan Rinderknecht von der TU Darmstadt in ihrem gleichnamigen Beitrag für die MTZ 5/2017 auseinander. Der Schlüssel zur Volumentauglichkeit liegt dabei für die Autoren in der konsequenten funktionalen Integration mit einer geeigneten Betriebsstrategie auf Gesamtsystemebene, woraus vereinfachte Teilsysteme auf Komponentenebene resultieren. Die in dem Aufsatz vorgestellten Konzepte zeigen das Potenzial zukünftiger Plug-in-Antriebe für den Volumenmarkt auf. 

TU Darmstadt bereitet Demonstrator vor

Dazu wurden einige wesentliche Merkmale herausgearbeitet. Elektro- und Verbrennungsmotor sind mit moderater Leistung gleicher Größenordnung dimensioniert, auf eine Anfahrkupplung wird konsequent verzichtet, vorausschauende Betriebsstrategien stellen gute Fahrbarkeit und niedrige Emissionen sicher. Je nach Konzept gibt es den Autoren zufolge weitere interessante Optionen. Dazu gehören kostenoptimierte Getriebe mit flexiblen parallelen und seriellen Betriebsmodi. Eine weitere Besonderheit stelle die aktive Drehschwingungsberuhigung für verschiedene Topologien dar, die einen komfortablen und effizienten Übergang zwischen elektrischem und kombiniertem Betrieb ermöglicht. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten werden konsequent fortgesetzt und Demonstratorfahrzeuge sind in Vorbereitung, kündigen die Autoren an.

Mit einem weltweiten Marktanteil von 60 Prozent ist Toyota der größte Produzent von Hybrid-Pkw. Im Interview "Unsere Philosophie ist, Kerntechnologie im Haus zu entwickeln" aus der MTZ 5/2017 erklärt Gerald Killmann, Vice President R&D, warum der japanische OEM auf Vollhybride statt auf 48-V-Mildhybride setzt und diese als effektiven Schritt auf dem Weg zur Elektromobilität sieht. Killmann spricht von einem eindeutigen Kunden-Feedback zu einem 2001 in Japan auf den Markt gebrachten Mildhybrid: "Das ist kein Hybrid, das fährt sich nicht wie ein Hybrid." Auch waren den Aussagen zufolge die Kraftstoffeinsparungen in der Praxis nicht so hoch, wie es die Käufer erwartet haben. 

Killmann: "Das Kosten-Nutzen-Verhältnis war letztlich bei den Vollhybriden besser als beim Mildhybrid. Deshalb haben wir seitdem unser Augenmerk auf Vollhybride gelegt – und werden es auch weiterhin tun."