Hybridfahrzeuge Hybridisierungsstufen

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1 Hybridfahrzeuge Hybridisierungsstufen Unterscheidung nach Anteil des elektrischen Antriebs Micro-Hybrid Kein elektrischer Antrieb (E-Motor/Generator typisch ca. 3-5 kw) Geringe Fahrzeugmodifikation im Vergleich zum konventionellen Fahrzeug Ersetzen des konventionellen Anlassers durch eine leistungsfähige Variante Mild-Hybrid Kein alleiniger elektrischer Betrieb E-Maschine (typisch kw) Full-Hybrid Rein elektromotorische Fahrt möglich (E-Motor > 15 kw, typisch 75 kw) Meist getrennter Elektromotor und Generator 1

2 Hybridfahrzeuge Fahrfunktionen Unterscheidung nach Fahrfunktionen Micro Hybrid optimierter Generatorbetrieb Start, Stopp Rekuperieren Mild Hybrid optimierter Generatorbetrieb Start, Stopp Boosten, Rekuperieren Full Hybrid Vollelektrisches Fahren Start, Stopp Boosten, Rekuperieren 2

3 Hybridfahrzeuge Kennwerte Hybridisierungsstufen Micro Hybrid Mild Hybrid Full Hybrid Mechanische Spitzenleistung der elektrischen Maschine 3 kw 5 kw 12 kw 30 kw 60 kw 400 kw Systemspannung des Energiespeichers 14 V 28 V 42 V 144 V 288 V 750 V Verbrauchsreduzierung ~3 % ~ 5 % ~15 % ~ 30 % (Stadt) 3

4 Hybridfahrzeuge Topologie Unterscheidung der Hybride nach Konzeptvariante Serieller Hybrid Verbrennungsmotor ohne mechanische Verbindung zum Antrieb Verbrennungsmotor treibt den elektrischen Generator, der die E-Maschinen mit Strom versorgt oder die Traktionsbatterien lädt Paralleler Hybrid Elektromotor wirkt gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang Mischhybrid Kombinierte Erzeugung der Gesamtantriebsleistung mechanisch (Verbrennungsmotor) und elektrisch (serieller Hybridantrieb) 4

5 Konventioneller Antrieb Typische Konfiguration Verbrennungsmotor Getriebe Kupplung Kraftstofftank 5

6 Serieller Hybrid Typische Konfiguration Batterie Verbrennungsmotor Generator Leistungselektronik Kraftstofftank Elektromotor 6

7 Serieller Hybrid Charakteristika Prinzip Der Elektromotor bestimmt die Dynamik und Leistung des Fahrzeugs Der Verbrennungsmotor arbeitet mit dem Generator vollvariabel Einsatz in Elektrofahrzeugen zur Reichweitenerhöhung Vorteile Unabhängiger Betrieb des Verbrennungsmotors Schaltgetriebe und Kupplung können entfallen Nachteile Häufige Energiewandlung Zielkonflikt der gleichzeitigen Auslegung auf Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit 7

8 Paralleler Hybrid Typische Konfiguration Elektro- Motor / Generator Leistungselektronik Batterie Verbrennungs- Verbrennungsmotor Getriebe motor Kupplung Kraftstofftank 8

9 Paralleler Hybrid Charakteristika Prinzip Leistung von E-Motor und Verbrennungsmotor ergänzen sich Lastpunkte des V-Motor werden mit elektrischer Leistung optimal verschoben zahlreiche Topologien (Mild- / Vollhybrid) möglich Vorteile Mechanische Verbindung des Verbrennungsmotors Antriebe können kleiner dimensioniert werden Nur eine E-Maschine (Motor und Generatorfunktion) notwendig Nachteile Kein unabhängiger Betrieb des Verbrennungsmotors Getriebe, Freiläufe und Kupplungen sind notwendig 9

10 Leistungsverzweigter Parallelhybrid Typische Konfiguration Batterie Generator Leistungsel. Elektromotor Verbrennungsmotor Kupplung Verteilergetriebe Getriebe Kraftstofftank 10

11 Leistungsverzweigter Parallelhybrid Charakteristika Prinzip Leistungsfluss mechanisch und elektrisch variabel Lastpunktanpassung des Verbrennungsmotors variabel Planetengetriebe ermöglicht mechanisch variable Leistungsaufteilung Vorteile Unabhängiger Betrieb des Verbrennungsmotors Kein zusätzliches Schaltgetriebe Nachteile Hoher konstruktiver Aufwand Zwei getrennte elektrische Maschinen notwendig Leistungsfluss teilweise über den elektrischen Zweig 11

12 Plug-In-Hybrid Typische Konfiguration eines PHEV Batterie Wandler Elektromotor Verbrennungsmotor Getriebe Kraftstofftank 12

13 Plug-In-Hybrid Charakteristika Prinzip Ladung des Akkus nicht mehr ausschließlich durch den Verbrennungsmotor, sondern zusätzlich auch am Stromnetz. Vorteile Größere Strecken können ohne lokale Emissionen zurückgelegen zu können. Bei ausreichender Kapazität (für 80 Kilometer Reichweite) können 80% aller im Alltag gefahrenen Strecken rein elektrisch zurückgelegt werden. Nachteile Derzeit existiert noch keine ausreichende Infrastruktur zum Wiederaufladen. 13

14 Antriebsstrangkonzepte Battery-Electric-Vehicle BEV Wandler Elektromotor Batterie 14