ETH Hybrid III Forschungsantrieb Ein umweltschonendes Antriebskonzept

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Rüdiger Schreiber
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1 ETH Hybrid III Forschungsantrieb Ein umweltschonendes Antriebskonzept Dr. Philipp Dietrich, Leiter Technologiemanagement Axpo, ETH Zürich

2 Agenda Zielsetzung und Konzept Ergebnisse im Lichte der Zeit Schlussfolgerungen und Fazit Seite 2

3 Zielsetzung und Konzept Seite 3

Zielsetzung Minimaler Verbrauch eines PW-Antriebstranges erforschen

emissionsfreie Fahrt ermöglichen (>10 km) Potenzial von Schwungrad

Prüfstand, und bei Erfolg im Fahrzeug darstellen Studenten und

4 Zielsetzung Minimaler Verbrauch eines PW-Antriebstranges erforschen Gleichzeitig die Abgasemissionen senken (EURO 2) Lokal emissionsfreie Fahrt ermöglichen (>10 km) Potenzial von Schwungrad und stufenlosem Getriebe (CVT) erforschen Erkenntnisse am Prüfstand, und bei Erfolg im Fahrzeug darstellen Studenten und wissenschaftliche Mitarbeiter in interdisziplinärer Zusammenarbeit schulen Seite 4

5 Hybrid- Konzept Mehrfache Umschaltmöglichkeiten mittels 2 Speichern Benzinmotor Kupplungen C 1 C 3 C 2 C 1 C 3 C 2 Schwungrad Elektromotor Stufenloses Getriebe Fahrzeugrad Seite 5

6 Betriebsarten Effizienter VM-Einsatz; mechanische Rekuperation; Elektrobetrieb Taktbetrieb K3 Batterie Überlandbetrieb Verbrennungsmotor K1 Verbrennungsmotor Schwungrad Generator K2 CVT Rad K1 K2 CVT Rad Leistungswiderstand Elektrobetrieb Rekuperation K3 Batterie K3 Batterie Schwungrad Motor K2 CVT Rad Schwungrad Generator K2 CVT Rad Seite 6

7 Ergebnisse Seite 7

8 Komponenten-Entwicklung, ICT (HW+SW), Optimierung In Verbindung mit 13 Dissertationen I 2 -CVT mit Weitspreizung VM mit Schwungradankopplung Kat und Wärmemanagement Controlsystem + Optimierung E-Antrieb Seite 8

9 Taktbetrieb als Kernelement Mechanischer Taktbetrieb effizienter als E-Betrieb Geschwindigkeit ½ywheel Schwungrad engine Motor Teillastbetrieb des VM vermieden; bei Leistung <12 KW stets VL-Wirkungsgrad Elektromotor (6 kw) zu klein, um rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen (Beschl. im NEFZ) CVT-Übersetzung Seite 9

Forschungsergebnisse im Rückblick Verbrauch im ECE-Zyklus (Euro2) Referenz VW Golf III, 1.6 L, 55 kw 8.

ein Stopp Stufenloses Getriebe I 2 -CVT mit Spreizung 20.

10 Forschungsergebnisse im Rückblick Verbrauch im ECE-Zyklus (Euro2) Referenz VW Golf III, 1.6 L, 55 kw 8.9 l Benzin Hybrid III (im Golf) 1.4 L, 45 kw 4.8 l Benzin Start-Stopp Mit Schwungrad ca. alle 30 sec. ein Stopp Stufenloses Getriebe I 2 -CVT mit Spreizung 20.5 Transputer-Netzwerk Netzwerk mit 10 Transputern und VME-basiertem Interface in 19 Rack Heute VW Golf VII, Euro TSI, 110kW 4.7 l Benzin Serienmässig verbaut state-of-the-art (ohne Aufpreis) CVT nach PIV-Prinzip seit 1999 bei Audi eingesetzt; Planetensatz-CVT seit 1997 bei Toyota Hybrid-Fz eingesetzt; DSG als automatisiertes. Schaltgetriebe nähert CVT an(seit 2007) Octa-Core Prozessor in Smartphones Seite 10

11 Interdisziplinäre Zusammenarbeit Forschungsgruppen ETH Verbrennungsmotoren (Taktbetrieb, Fahrstrategie, Projektleitung) Regelungstechnik (Motormanagement, Getrieberegelung) Elektrische Maschinen (Elektromaschine, Leistungselektronik) Technische Informatik (Steuerungs- und Kommunikationssystem, CIP) Technische Chemie (Abgaskatalysator für Start-Stopp) Energiesysteme (Wärmemanagement) TU München Maschinenelemente (i 2 -CVT) Industriepartner Volkswagen (Fahrzeug, Motor, Getriebefertigung, Wissen) P.I.V. Reimers (CVT-Ketteneinheit) Helbling Technik (Schwungrad, Getriebegehäuse, Hydraulik) Finanzierung NEFF, BfE, Buwal, ETH, Migros, Stiftungen Heute Swiss Competence Center on Energy Research SCCER Mobility 5 Tasks mit 24 Forschungsgruppen >35 Industriepartner Projektoffice mit eigener Administration und Kommunikation Internat. Finanzgeber (KTI, BfE, SNF, EU, Industrie) Seite 11

12 Fazit Seite 12

13 Fazit Aus der Sicht der 90er Jahre Aussagen «Der Motor ist nach 10 Stunden Taktbetrieb hin!» «Start-Stopp wird vom Kunden nie akzeptiert werden. Er hat Panik, dass der Motor an der Ampel nicht mehr anspringt!» «Ein 7-Gang Getriebe ist wegen der Kosten in der Serie nie tragbar!» Konklusion: Absolute Aussagen reizen zum Hinterfragen Seite 13

14 Fazit Aus heutiger Sicht Forschung kann technische Grenzen aufzeigen und erweitern Technische Machbarkeit ist notwendig, aber nicht hinreichend für wirtschaftlichen Erfolg Rahmenbedingungen können Konzeptauswahl stark beeinflussen Ausrichtung von Hybriden auf Effizienz vs. lokal emissionsfreie Fahrt Die Entwicklung an Alternativantrieben hat die «konventionellen PW- Antriebe» beflügelt. Mit veränderten Vorschriften werden neue Konzepte marktfähig. Interdisziplinäre Zusammenarbeit wurde noch wichtiger und erfolgsentscheidend Seite 14

15 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Vielen Dank an alle Mitarbeitenden und Förderer des Hybrid III Projektes; im Speziellen an Dr. Hans-Ueli Hörler und Prof. Dr. Meinrad K. Eberle Seite 15

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