Impressum Herausgeber Deutsches Patent- und Markenamt Zweibrückenstraße 12 D-80331 München www.dpma.de Redaktion Dr. Klaus Wollny Tel.: 089 / 2195 - 3319 Gestaltung Klaus Obermaier, Dr. Klaus Wollny 4 <strong>Erfinderaktivitäten</strong> <strong>2006</strong>/<strong>2007</strong>
Hybridantriebssysteme im Kfz-Bereich - ein Überblick Dr. Christian Aumüller, Abt. 1.51 Durch die in letzter Zeit sehr intensiv geführte Debatte über den Schadstoffausstoß von Kraftfahrzeugen und die Einhaltung von CO2-Grenzwerten sind Hybridfahrzeuge in den Mittelpunkt dieser Diskussion gerückt. In der Presse und Literatur findet man eine Vielzahl von Beiträgen über serielle oder parallele, Mild-, Micro- oder Full-Hybridfahrzeugvarianten. Ein Anlass, einen kurzen Überblick über den Aufbau, die Geschichte sowie die unterschiedlichen Betriebsmodi von Hybridantriebssystemen zu geben. 1. Einleitung Die Vorsilbe „hybrid“ stammt aus dem Lateinischen und bedeutet „gemischt“, „von zweierlei Herkunft“, „aus Verschiedenem zusammengesetzt“ [1]. Internationale Gremien haben den Begriff „Hybridfahrzeug“ festgelegt als ein Fahrzeug, das mit mindestens zwei Energieumwandlern und zwei Energiespeichersystemen ausgerüstet ist, um das Fahrzeug anzutreiben. Ein Hybridfahrzeug ist nach dieser Definition ein Fahrzeug, in dem zwei unterschiedliche Antriebssysteme vorhanden sind. In der Regel ist dies bei Kraftfahrzeugen die Kombination aus einem Verbrennungsmotor, der mit Benzin, Dieselkraftstoff oder mit Gas betrieben wird, und einem Elektromotor mit einem Zwischenspeicher für elektrische Energie, beispielsweise einer Batterie oder Doppelschicht-Kondensatoren. Aber auch weitere Antriebssysteme mit Schwungrad, Brennstoffzelle, Hydraulikmotor, Nutzung der Abwärme eines Verbrennungsmotors usw. sind denkbar. [2, 3, 4]. Durch die Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor mit einem elektrischen Zwischenspeicher ergibt sich nun die Möglichkeit, mittels geeigneter Ansteuerung der Antriebsquellen durch ein Steuergerät einerseits die Vorteile dieser beiden Antriebssysteme zu nutzen und andererseits die Nachteile des einen Antriebssystems durch den Einsatz des jeweils anderen auszugleichen [2, 3]. Der ideale Einsatzbereich des Elektromotors liegt im Bereich niedriger Geschwindigkeiten, wo er mit großem Wirkungsgrad, lautlos und emissionsfrei ein hohes Drehmoment ohne Getriebeübersetzung abgeben kann. Nachteile eines Antriebs mit Elektromotor sind die hohen Kosten und das Mehrgewicht sowie die vergleichsweise geringe Energiedichte des elektrischen Energiespeichers, die zu einer begrenzten Reichweite führt. Im antriebslosen Schubbetrieb eines Fahrzeugs mit elektrischem Antriebssystem jedoch kann die freiwerdende kinetische Energie genutzt werden, indem der Elektromotor als Generator angesteuert wird und somit der elektrische Energiespeicher regenerativ wieder aufgeladen werden kann. [2, 3]. Im Gegensatz dazu hat der Verbrennungsmotor im niedrigen Lastbereich einen schlechten Wirkungsgrad mit hohem Verbrauch. Insbesondere im Stadtverkehr kommt es daher zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch bei entsprechendem Emissions- und Schadstoffausstoß [2, 3]. Zudem benötigt ein Fahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird zum Anfahren, Beschleunigen und Rückwärtsfahren ein entsprechend abgestimmtes Schaltgetriebe. In der DE 10 2005 049 992 A1 werden die typischen Arbeitsbereiche von Verbrennungsmotor und Elektromotor in einem Drehzahl-Drehmoment-Diagramm beschrieben. Sie unterscheiden sich nun dadurch, dass der Verbrennungsmotor erst ab seiner Leerlaufdrehzahl ein Drehmoment abgibt und sein maximales Drehmoment bei einer Drehzahl erreicht, die kleiner ist als die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors. Demgegenüber erzielt der Elektromotor bereits bei einer Drehzahl von Null sein maximales Drehmoment, das dann mit zunehmender Drehzahl abfällt. In den Figuren 1 und 2 sind nun die unterschiedlichen, charakteristischen Drehmomentverläufe eines Elektromotors und eines Verbrennungsmotors im <strong>Erfinderaktivitäten</strong> <strong>2006</strong>/<strong>2007</strong> 5
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