HyperHybrid – Hocheffizienter und kostengünstiger Seriell-Hybrid-Antrieb für PKW

Ausgangssituation/Motivation

Auf Grund der EU Regulation EC 443/2009 sind die europäischen Automobilhersteller gezwungen neue Standards für die Emissionen von Personenkraftwagen einzuhalten. Dieser Standard sieht aktuell eine durchschnittliche Flottenemission von 130g/km ab 2015, und 95g/km ab 2020 vor. Überschreitungen dieser Flottenemissionen werden mit Strafzahlungen geahndet, wodurch die europäischen Automobilhersteller gezwungen sind, neue Antriebstechnologien zu entwickeln und einzusetzen, da alleine mit Optimierungsmaßnahmen am Verbrennungsmotor die Emissionsziele vermutlich nicht erreicht werden können.

Inhalte und Zielsetzungen

Hybridantriebssysteme sind aktuell die vielversprechendsten Lösungen zur Reduktion der Fahrzeugemissionen. Wobei hier unterschiedliche Systeme untersucht werden von Micro-Hybrid bis Voll-Hybrid und hier wiederum zwischen Parallel-Hybrid und Seriell-Hybrid unterschieden werden kann.

Um langfristig erfolgreich zu agieren muss das zukünftige Antriebssystem nicht nur die Emissionsvorgaben erfüllen sondern auch kostengünstig herstellbar sein (vergleichbar beziehungsweise geringfügig teurer als aktuelle Antriebssysteme) und eine mit aktuellen Antriebssystemen vergleichbare Betriebszuverlässigkeit aufweisen.

Der innovative und eigenständige Ansatz liegt hier in der Optimierung des Systems und dessen Komponenten hinsichtlich:

• Wirkungsgrad
• Leistungsfähigkeit
• Baugröße
• Geräusch und Kosten
• einer zukunftsweisenden Regelungsstrategie und Fahrzeugdynamik

Methodische Vorgehensweise

Das Hybridsystem (HyperHybrid) soll auf Grund seiner kompakten Bauweise im vorhandenen Motorraum von aktuellen Fahrzeugtypen - ohne Designänderungen - untergebracht werden können.

Durch die anwendungsorientierten und leistungsoptimierten Komponenten sollen das Gewicht sowie die Kosten des Hybridantriebsstranges im Bereich eines Dieselmotors (inklusive Getriebe) liegen. Das Laden des Akkus erfolgt primär als Plug-In System über das Versorgungsnetz. Bei Erreichen der minimalen Akkuladung erfolgt die Energieversorgung über einen eigens für diese Anwendung entwickelten (wurde vom FFG über ein Basisprogramm gefördert) hocheffizienten Verbrennungsmotor mit integriertem Generator (HICE-High Efficient Internal Comubstion Engine).

Auf Grund der fahrzyklusunabhängigen Leistungsregelung beim Seriell-Hybrid kann ein Betrieb im Teillastbereich vermieden werden, wodurch die HICE mit einem durchschnittlichen spezifischen Verbrauch von 220g/kWh betrieben werden können soll. Die Antriebsleistung wird über einen Elektromotor mit integriertem Übersetzungsgetriebe und Differenzial an die Antriebsachse geleitet.

Ergebnisse und Ausblick

Basierend auf einer innovativen Hybridreglerstrategie soll das System einen rein elektrischen Betrieb des Fahrzeuges bis zu 50 km bei einer Geschwindigkeit von 60-80 km/h ermöglichen. Oberhalb dieser Geschwindigkeit wird das System vom hocheffizienten Verbrennungsmotor mit Energie versorgt.

Ziel des Projektes ist:

• die Darstellung eines Versuchsträgers mit vergleichbarem Gesamtgewicht (zum Benchmark-Fahrzeug)
• einer besseren Fahrdynamik (Beschleunigung 0-100 km/h)
• einer elektrischen Reichweite von ca. 50 km
• einer Gesamtreichweite vergleichbar mit dem Originalsystem (Fahrzeug mit Dieselmotor)
• dramatisch reduzierte Verbräuche (bis zu 30%) speziell im Bereich von Fahrgeschwindigkeiten unter 100km/h

Des Weiteren soll innerhalb des Projektes ein effizientes Simulationstool entwickelt werden über das das Seriell-Hybridsystem in verschiedenen Fahrzeugen simuliert werden kann und Werte für die

• Fahrzeuglängsdynamik
• Verbrauchswerte
• Thermomanagement

ermittelt werden können. Zudem bietet das Simulationstool die Basis zur Entwicklung, Optimierung und Verifizierung einer effizienten Hybridreglerstrategie.

• Ing. Martin Graz - Obrist Powertrain (Projektleitung)
• Dr. Anton Fuchs - Kompetenzzentrum - Das virtuelle Fahrzeug, Forschungsgesellschaft mbH
• Dr. Stephan Schmidt - Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik mbH

Obrist Powertrain
Ing. Martin Graz
Tel.: +43 (0) 5577-62370-2
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