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