Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Gesetze und Energiekosten zwingen die Automobilindustrie sich intensiv mit Hybridantrieben zu beschäftigen. Für die Automobilindustrie, für die Zulieferer, für die Forschung und für die Lehre ist dies ein relativ neues Thema. Die Autoindustrie muss in den nächsten Jahren Autos mit Hybridantrieb in den verschiedenen Fahrzeugtypen für alle wesentlichen Märkte anbieten. Das Buch behandelt die verschiedenen Möglichkeiten der Kombination von herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit elektrischen Maschinen (Elektromotor,Generator) und dem zusätzlichen Energiespeicher (der Batterie). Es beschreibt das Potential zur Kraftstoffeinsparung durch den Hybridantrieb. Die Hybridkomponenten werden mit ihren Eigenschaften beschrieben und erklärt sowie die technischen Besonderheiten eines solchen komplexen Antriebssystems ausführlich behandelt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Das lateinische Substantiv „hybrida“ stand für Mischling oder Bastard. Der Duden [Duden09] ordnet das Adjektiv „hybrid“ heute mit den Bedeutungen „aus Verschiedenartigem zusammengesetzt, von zweierlei Herkunft; gemischt; zwitterhaft“ in die deutsche Sprache ein. Ein Hybridfahrzeug, genauer ein Fahrzeug mit einem hybriden Antrieb, ist ein Fahrzeug, in dem unterschiedliche Energieformen durch entsprechende Wandler in die kinetische Energie zum Vortrieb umgesetzt werden. Ein konventioneller Fahrzeugantrieb verwendet einen Verbrennungsmotor, um die im Kraftstoff in Form chemischer Bindungen gespeicherte Energie zu einem möglichst großen Teil in Wärme und diese wiederum zu einem möglichst großen Teil in kinetische Energie umzusetzen. Andere Wärmekraftmaschinen wie z. B. Gasturbinen führen eine ähnliche Energiewandlung durch. Daher ist auch in modernen Hybridfahrzeugen der Verbrennungsmotor noch immer die Kernkomponente des Antriebs, er wird jedoch im Vergleich zu einem konventionellen Fahrzeug von mindestens einem zweiten Energiewandler unterstützt.
Konrad Reif, Karl E. Noreikat, Kai Borgeest

2. Hybride Antriebsstrukturen

Zusammenfassung
Der Wortstamm gibt bereits den entscheidenden Hinweis auf die Konstruktion eines Hybridantriebes. Nach der Festlegung in IEC/TC69 (International Electrotechnical Commission/Technical Committee 69) [IEC69] verfügt ein Hybridantrieb über mindestens zwei verschiedene (fahrzeugeigene) Energiewandler sowie zwei verschiedene Energiespeicher, die zu Traktionszwecken eingesetzt werden. Eine weitere Definition für Hybridfahrzeuge ist in der ECE-R83 beschrieben: ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen (fahrzeugeigenen) Energiewandlern und zwei verschiedenen (fahrzeugeigenen) Energiespeichern für den Antrieb des Fahrzeuges [ECE-R83]. Die SAE (Society of Automobile Engineers) [J1715] definiert: „Ein Hybridfahrzeug besteht aus zwei oder mehr Energiespeichern mit ihren dazugehörigen Energiewandlern, die wahlweise gemeinsam oder jeweils getrennt das Fahrzeug antreiben“.
Siegfried Saenger-Zetina, Markus Wagner

3. Komponenten des Hybridantriebs

Zusammenfassung
Der Verbrennungsmotor liefert die gesamte in einem Hybridfahrzeug umgesetzte Energie (außer beim Plug-in-Hybrid), weshalb seine optimale Auslegung bei Hybridkonzepten eine wesentliche Rolle spielt. Die Leistung, die der Verbrennungsmotor liefern soll, hängt von dem gewählten Hybridkonzept ab. Parallelhybride als Vollhybridvariante haben meist einen stärkeren Elektromotor und können deshalb mit einem relativ kleinen Verbrennungsmotor kombiniert werden, wohingegen beim Mild- oder Mikrohybrid der Antrieb maßgeblich vom Verbrennungsmotor erfolgt. Bei einem seriellen Hybrid wird die vom Verbrennungsmotor abgegebene Bewegungsenergie in der Regel nicht direkt zum Vortrieb verwendet, sondern in elektrische Energie umgewandelt, die gegebenenfalls in der Batterie zwischengespeichert wird und den Elektromotor für den Antrieb versorgt. Die Auslegung des Verbrennungsmotors richtet sich also sehr stark nach dem Einsatzzweck des Fahrzeugs und nach der Antriebsstruktur.
Notker Amann, Matthias Beck, Otmar Bitsche, Pedro Casals, Bernd Cebulski, Christine Ehret, Jochen Faßnacht, Andreas Greff, Franz Gretzmeier, Günter Gutmann, Frank Hentschel, Markus van Heyden, Markus G. Kliffken, Dieter Kraft, Axel Müller, Roland Norden, Robert Stawiarski, Markus Wagner, Toni Viscido, Harald Weiler

4. Betriebsstrategien

Zusammenfassung
Die für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs erforderliche Energie wird bei konventionellen Fahrzeugantrieben ausschließlich vom Verbrennungsmotor bereitgestellt. Hierzu wird die im Kraftstoff enthaltene Energie in mechanische Energie umgewandelt und dann über Getriebe, Differential und Seitenwellen an die Antriebsräder des Fahrzeugs übertragen. Durch Schalten der verschiedenen Übersetzungsstufen können Drehmoment und Drehzahl des Motors dem jeweiligen Wunsch des Fahrers angepasst werden. Lediglich bei stufenlosen Getrieben (Continuously Variable Transmissions CVT) geschieht dies nicht in vorgegebenen Übersetzungsstufen, sondern stufenlos. Abgesehen von dieser Energie- und Kennungswandlung besteht kein weiterer Freiheitsgrad hinsichtlich der Energiebereitstellung und -übertragung bei konventionell mit Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugen.
Bei Hybridantrieben hingegen eröffnet die Kombination von Verbrennungs- und elektrischer Maschine prinzipbedingt die drei Möglichkeiten, das Fahrzeug nur mit dem Verbrennungsmotor, nur mit der elektrischen Maschine oder mit beiden gemeinsam anzutreiben. Um das Fahrzeug beispielsweise mit möglichst niedrigem Kraftstoff- und Energieverbrauch einsetzen zu können, ist die Frage, welcher Energiewandler wann und wie zu betreiben ist, unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade kontinuierlich neu zu beantworten. Diese Optimierung leistet das sogenannte Energiemanagement nach einer während der Entwicklung festzulegenden Betriebsstrategie.
Jan-Welm Biermann, Christian Renner

5. Simulation und Auslegung

Zusammenfassung
Die komplexe Entwicklungsaufgabe der Auslegung eines Hybridantriebes mit einer Vielzahl von Wechselwirkungen und Abhängigkeiten kann mit modellgestützten Entwicklungsmethoden beherrscht werden. Abbildung 5.1 zeigt die unterschiedlichen Komponenten des Hybridantriebsstranges und verdeutlicht die Abhängigkeiten. Spannungslage und Maximalstrom der Batterie beeinflussen direkt die mögliche mechanische Abgabeleistung der elektrischen Maschine. Für eine optimale Leistung müssen diese beiden Komponenten aufeinander abgestimmt werden. Die Größe der elektrischen Maschine wiederum entscheidet über ein mögliches Downsizing des Verbrennungsmotors. Nicht zuletzt bestimmen die einzelnen Komponenten und deren aktueller Zustand über den möglichen Einsatz im Fahrbetrieb.
Eine übergeordnete Steuerung entscheidet aus den an sie gemeldeten aktuellen Zuständen und den Betriebsgrenzen der Komponenten, wie diese zum aktuellen Zeitpunkt eingesetzt werden. Die optimale Auslegung der Komponenten und deren bestmögliche Ausnutzung im Betrieb bestimmen damit letztlich das nutzbare Verbrauchseinsparpotential eines Hybridfahrzeugs.
Dieter Kraft, Thomas Huber, Sandra Sterzing-Oppel

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

    Bildnachweise