DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007
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Figur 7: Konstruktionsaufbau eines leistungsverzweigten<br />
Hybridfahrzeugs mit Steuerungskomponenten sowie einem<br />
Kühlkreislauf; aus WO <strong>2006</strong> / 095 929 A1.<br />
3.2. Einteilung nach Leistungsvermögen des<br />
elektrischen Antriebssystems<br />
3.2.1. Micro- und Mild-Hybridantrieb<br />
Die einfachste Form eines Hybridantriebsstrangs bilden<br />
die sogenannten Micro- und Mild-<br />
Hybridantriebssystemvarianten. Lichtmaschine und<br />
Anlasser eines klassischen Antriebsstrangs mit<br />
Verbrennungsmotor werden hierbei durch einen Starter-<br />
Generator ersetzt. Ist der Starter-Generator mit einem<br />
Riemen mit dem Verbrennungsmotor verbunden, so<br />
spricht man von einem Micro-Hybridantrieb, ist er jedoch<br />
starr mit der Kurbelwelle verbunden, von einem Mild-<br />
Hybridantrieb. Beim Micro-Hybridantrieb, bei dem die<br />
Leistung des Starter-Generators bei maximal zwei bis<br />
drei kW liegt, lassen sich Start-Stopp-Funktionalität und<br />
ein Generatorbetrieb umsetzen. Das Einsparpotenzial im<br />
Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und der Reduzierung<br />
der Schadstoffemissionen liegt zwischen 5 und 10 %. Die<br />
Leistung des Elektromotors beim Mild-Hybridantrieb liegt<br />
bei maximal 10 bis 15 kW. Somit kann zusätzlich zu den<br />
Hybridfunktionen des Micro-Hybridantriebs beim Mild-<br />
Hybridantrieb noch die Unterstützungsfunktion durch die<br />
elektrische Maschine (Boostbetrieb), die Nutzbremsung<br />
(Rekuperation) sowie die Schwingungsdämpfung bei<br />
Lastwechseln realisiert werden. Die Verbrauchseinsparung<br />
liegt im Bereich von 15 – 20%. Vorteilhaft bei den Micround<br />
Mild-Hybridantriebsvarianten ist, dass keine größeren<br />
konstruktiven Änderungen an Verbrennungsmotor und<br />
Antriebsstranganordnung durchgeführt werden müssen.<br />
Ein Vertreter dieser Klasse ist der neue „Einser“ von<br />
„BMW“, der mit einer Start-Stopp-Automatik ausgerüstet<br />
ist. [13, 15, 16].<br />
3.2.2. Full-Hybridantrieb<br />
Der Full-Hybridantrieb zeichnet sich gegenüber den Micround<br />
Mild-Varianten durch einen erheblich<br />
leistungsstärkeren Elektromotor und leistungsstärkeren<br />
elektrischen Speicher aus [15]. Die Leistung des<br />
Elektromotors liegt beim Full-Hybridantrieb bei Werten weit<br />
über 15 kW und die Spannungsversorgung der<br />
elektrischen Antriebskomponenten bei Werten weit über<br />
100 V.<br />
Neben den Funktionen Start-Stopp und Generatorbetrieb,<br />
sind auf Grund der höheren Leistungsfähigkeit des<br />
Elektromotors ein starker, über mehrere Minuten<br />
andauernder Boostbetrieb, ein rein elektrischer Antrieb<br />
über weite Strecken sowie eine wirkungsvollere Dämpfung<br />
der Lastwechselschwingungen und auf Grund des<br />
leistungsfähigeren Speichers eine optimale<br />
Wiedergewinnung der Bremsenergie möglich. Der<br />
wesentliche Unterschied liegt jedoch in der Realisierung<br />
eines emissionsfreien, ausschließlichen Antriebs durch<br />
den Elektromotor über weite Strecken. Das<br />
Einsparpotenzial im Hinblick auf den Verbrauch liegt bei<br />
mehr als 20%. Der Eingriff in die Antriebsstranganordnung<br />
mit zusätzlichem Getriebe, Kupplung sowie einem<br />
leistungsfähigeren elektrischen Antriebssystem und der<br />
Anpassung des Verbrennungsmotors ist erheblich größer<br />
als bei den Micro- und Mild-Varianten. Der „Toyota Prius“<br />
zählt zu dieser Klasse. [13, 15].<br />
4. Betriebsfunktionen<br />
Durch eine intelligente und koordinierte Ansteuerung der<br />
einzelnen Komponenten der beiden unterschiedlichen<br />
Antriebssysteme lassen sich eine Vielzahl von<br />
Betriebsstrategien und Betriebsmodi erzeugen. Neben der<br />
Einsparung von Kraftstoff sowie der Verringerung der<br />
Schadstoffemissionen sind die Leistungserhöhung und<br />
der Fahrkomfort weitere Motive von<br />
Hybridantriebsfunktionen. Es lassen sich jedoch bedingt<br />
durch die Anordnung oder auch die Leistung des<br />
elektrischen Antriebssystems nicht sämtliche Betriebsmodi<br />
in jedem Hybridantriebskonzept verwirklichen.<br />
10 <strong>Erfinderaktivitäten</strong> <strong>2006</strong>/<strong>2007</strong>