DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

Bei den verschiedenen Hybridkonzepten wird in
Abhängigkeit der implementierten hybridspezifischen
Funktionen, des elektrischen Leistungsniveaus und der
damit verbundenen Funktionalität zwischen Micro-, Mild-,
Medium- und Voll-Hybridfahrzeugen unterschieden [2], [4]:
2.1. Micro-Hybrid:
Beim Micro-Hybrid ersetzt ein Starter-Generator, der durch
einen Riemen mit der Kurbelwelle verbunden ist, die
beiden konventionellen Komponenten Lichtmaschine und
Anlasser. Als Energiespeicher wird eine Bleibatterie mit
12/14 V verwendet, die ggf. von einem Kondensator als
Puffer ergänzt wird. Der Verbrennungsmotor bleibt
weitgehend unverändert. Die verfügbare Leistung des
Starter-Generators ist aufgrund des verwendeten Riemens
auf etwa 5 kW begrenzt. Der Funktionsumfang umfasst
den Start-Stopp-Betrieb mit Schnellstart, eine variable
Ladeleistung des Energiespeichers mit Anhebung im
Schub (begrenzte Rekuperation) sowie die Möglichkeit
einer Standklimatisierung.
2.2. Mild-Hybrid:
Beim Mild-Hybrid ist der Starter-Generator fest mit der
Kurbelwelle verbunden, weshalb er Leistungen bis ca.
10 kW abgeben kann. Neben dem 12/14 V Bordnetz für
die konventionellen Funktionen kommt ein weiterer
Energiespeicher (z. T. NiMH-Batterien (Nickel-Metall-
Hydrid)) mit einem Spannungsniveau von 36 bis 42 V zum
Einsatz. Zusätzlich zu den Funktionen des Micro-Hybrids
sind eine Drehmomentunterstützung beim Anfahren, ein
Boost-Betrieb und eine Schwingungsdämpfung bei
Lastübergängen (Glättung des Drehmomentverlaufs, siehe
auch 6.4.) realisierbar.
2.3. Medium-Hybrid:
Der Medium-Hybrid (auch als Basic-Hybrid bezeichnet)
unterscheidet sich vor allem durch ein höheres
Leistungsniveau (bis ca. 15 kW) vom Mild-Hybrid. Mit ihm
sind auch bei hoher Last rekuperatives Bremsen und eine
Drehmomentunterstützung in vollem Umfang möglich. Die
Auslegung der Energiespeicher (ca. 150 V) erfolgt
entweder auf hohe Leistung („Supercaps“) oder auf hohe
Kapazität (NiMH- oder Li-Ion-Batterien). Zusätzlich erfolgt
eine Anpassung des Verbrennungsmotors.
2.4. Voll-Hybrid:
Beim Voll-Hybrid (auch als Full-Hybrid bezeichnet) handelt
es sich um eine integrierte Lösung, die als sog.
Parallelhybrid, als sog. Serienhybrid oder in einer
Mischform realisiert werden kann. Beim Parallelhybrid
werden die Ausgangsleistungen des (modifizierten)
Verbrennungsmotors und des Elektromotors überlagert
und über ein spezielles Getriebe an die Antriebsräder
abgegeben. Der Fahrzeugantrieb kann sowohl rein
elektrisch (Spannungsniveau größer 200 V) als auch
ausschließlich über den Verbrennungsmotor erfolgen.
Dadurch resultiert in der Betriebsart mit
Verbrennungsmotor keine Wirkungsgradverschlechterung
gegenüber einem konventionellen Fahrzeug. Beim
Serienhybrid ist der Verbrennungsmotor mechanisch
vollständig vom Fahrzeugantrieb entkoppelt und treibt nur
einen Generator an, der über einen Energiespeicher (Li-
Ionen oder NiMH) mit dem rein elektrischen Antrieb
gekoppelt ist. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor
stets im Bereich mit dem besten Wirkungsgrad betrieben
werden. Nachteilig ist jedoch die mehrfache
Energieumwandlung. Die vollständige Abkopplung des
Verbrennungsmotors erlaubt eine optimale Rekuperation.
Mit der Möglichkeit des rein elektrischen Fahrens ist ein
hoher Komfort beim Rangieren und im Stop-and-Go-
Betrieb verbunden.
3. Einsparpotentiale beim Kraftstoffverbrauch
Die mögliche Verbrauchsreduzierung eines Micro-Hybrids
gegenüber einem konventionellen Fahrzeug mit Ottomotor
liegt bei 5 bis 6 % im Stadtverkehr. Durch das
regenerative Bremsen werden 1 bis 2 % und der
verbleibende Anteil durch den Start-Stopp-Betrieb erzielt.
Die mögliche Verbrauchsreduzierung im Stadtverkehr liegt
beim Mild-Hybrid bei 10 bis 15 %, beim Medium-Hybrid bei
15 bis 20 % und beim Voll-Hybrid bei 25 bis 30 % [4].
Beim Vergleich des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen
mit Mild- oder Voll-Hybrid-Antrieb mit Ottomotor
gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Dieselmotor
ist festzustellen, dass der Mild-Hybrid nur im Stadtverkehr
mit überwiegenden Stauphasen Verbrauchsvorteile
verzeichnen kann; bei zunehmend flüssigem Verkehr und
insbesondere bei Überland- bzw. Autobahnfahrten
schneidet er schlechter ab als ein konventioneller
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