K u rzfassu n g sb an d - Graz University of Technology

Energieinnovation 2006 93
4.3.3 „Der optimierte Antriebsstrang für PKW“
Motivation
Jens Schlurmann*, Dierk Schröder (TU-München/Lehrstuhl für
Elektrische Antriebssysteme) 1
Derzeit wird der ganz überwiegende Teil des Weltenergiebedarfs mit fossilen Energieträgern gedeckt.
Allerdings sind die Vorräte an diesen Energieträgen nicht unerschöpflich. Da nicht zu erwarten ist,
dass in naher Zukunft eine Energiequelle erschlossen wird, die den Energiebedarf dauerhaft decken
kann, muss man versuchen mit der verfügbaren Energie so sparsam wie möglich umzugehen. Ein
nennenswerter Teil des Energieverbrauchs findet im Verkehr statt. Daher ist dort ein sinnvoller
Ansatzpunkt für Einsparungen.
Eine Möglichkeit den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren ist, wie beim optimierten
Antriebsstrang der Einsatz von Hybridantriebssträngen. Dabei werden in der Regel ein Verbrennungsund
ein Elektromotor kombiniert mit dem Ziel die Vorteile dieser beiden Motorenarten zu nutzen. Die
wesentlichen Einsparmöglichkeiten, die sich bei Einsatz eines Parallelhybridantriebsstrangs, das heißt
eines Antriebsstranges, bei dem beide Motoren auf den Abtrieb wirken können, eröffnen, sind im
Folgenden erläutert.
Einspareffekte
Durch die Tatsache, dass ein Elektromotor auch stets als Generator genutzt werden kann, ist es
möglich, die kinetische Energie beim Bremsen wieder zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers
zu nutzen (Rekuperation) und beispielsweise für eine anschließende Beschleunigung
wieder zu verwenden.
Außerdem hängt der spezifische Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors stark von dessen
Betriebspunkt ab. In der Regel sind Betriebspunke mit geringer Leistungsanforderung, die aber bei
Konstantfahrt mit geringer bis mittlerer Geschwindigkeit und damit häufig auftreten, besonders
ineffizient. Ein Hybridantriebsstrang ermöglicht es, diese Betriebspunkte des Verbrennungsmotors zu
vermeiden und stattdessen für diese Fahrsituationen den Elektromotor zu nutzen. Für längere Phasen
geringer Leistungsanforderung können abwechselnd der Elektromotor und der Verbrennungsmotor
zum Antrieb genutzt werden (Taktbetrieb). Während der Zeitabschnitte, in denen der Verbrennungsmotor
läuft, wird er durch den generatorisch arbeitenden Elektromotor zusätzlich belastet
(Lastpunktanhebung), wodurch er in einem günstigeren Arbeitspunkt betrieben werden kann. Die
gespeicherte elektrische Energie kann dann für die folgende Phase elektrischen Antriebs benutzt
werden.
Ein weiterer Spareffekt, der durch einen Parallelhybridantrieb realisiert werden kann, ist bei gleichem
Beschleunigungsvermögen einen kleineren und damit sparsameren Verbrennungsmotor einsetzten zu
können (Down-Sizing), denn Beschleunigungsvorgänge können durch den Elektromotor unterstützt
werden (Boost-Betrieb). Ebenfalls aufgrund der Möglichkeit mit dem Elektromotor zu Boosten, ist es
möglich den Verbrennungsmotor bei niedrigerer Drehzahl und damit in einem verbrauchsärmeren
Betriebspunkt zu betrieben, ohne an Spontanität einzubüßen. In einem konventionellen Antriebsstrang
mit automatisiertem Getriebe gibt es stets den Zielkonflikt, dass einerseits eine niedrige Drehzahl des
Verbrennungsmotors angestrebt werden sollte, um den Verbrauch gering zu halten. Andererseits hat
dies zur Folge, dass die Reaktion auf einen Beschleunigungswunsch des Fahrers verzögert erfolgt, da
der Motor erst in einen Bereich höherer Drehzahl beschleunigt werden muss, wo er die volle Leistung
entfalten kann. In einem Hybridantriebsstrang kann diese Verzögerung durch eine sofortige Momentenerhöhung
des Elektromotors abgemildert werden.
1 Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme, Technische Universität München;
Arcisstr. 21, D-80333 München; Tel: +49 (0) 89 289 – 23544
e-mail: jens.schlurmann@tum.de, Url: www.eat.ei.tum.de;