alternative antriebe hybridantrieb - Schulen

Projektarbeit
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Groiß Patrick
Draguljic Ivica
Wollerdorfer Martin
ALTERNATIVE ANTRIEBE
HYBRIDANTRIEB
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Berufsschule Mattighofen
16.12.2004
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Ein Antrieb, der auf zwei oder mehr Prinzipien beruht. Bei Kraftfahrzeugen, die sowohl im
Stadt wie auch im Überlandverkehr eingesetzt werden, kann ein aus Elektro- und
Verbrennungsmotor bestehender Antrieb eingesetzt werden, wobei beide Motoren alternativ
in den Verkehrssituationen „Staufahrt“ und „Überlandfahrt“ benutzt werden.
Bei einem solchen Fahrzeug wird während des Verbrennungsmotorbetriebs die Batterie über
den Generator geladen, während einer Stadtfahrt oder im Stau bewegt der Elektromotor das
Fahrzeug weiter, falls dabei die Batterie leer wird, kann der Verbrennungsmotor wieder
eingeschaltet und benutzt werden.
Vorteil dieses Konzeptes ist, das der bei Stadt- und Staufahrten sehr uneffiziente und
permanent Kraftstoff verbrauchende Verbrennungsmotor durch einen Elektromotor abgelöst
wird, der im Stand keine Energie verbraucht und zudem unabhängig von der Last einen sehr
hohe Wirkungsgrad - etwa 80-90% - besitzt. Bei langen Fahrten über Land wird der
Verbrennungsmotor eingesetzt, der auf einen Kraftstoff mit hoher Energiedichte - Benzin
oder Diesel - zurückgreift. Beide Antriebsarten werden entsprechend ihrer Vorteile
eingesetzt.
Nachteil dieses Konzeptes ist die hohe Komplexität des Antriebes: Einmal werden deutlich
mehr Komponenten, z.B. der Generator, der Elektromotor, die Batterie und die Regeleinheit
benötigt, die das Gewicht des Fahrzeugs wesentlich erhöhen. Andererseits wird die
Steuerung eines solchen Fahrzeuges, in dem mal Elektromotor, mal Verbrennungsmotor an
die Antriebsachse gekuppelt werden müssen, wesentlich aufwendiger.
Serieller Hybrid
Der serielle Hybrid besitzt gewöhnlich einen kleinen Verbrennungsmotor.
Dieser "erste Antrieb" speist den üblicherweise verwendeten Elektromotor und benutzt eine
Batterie zur Abdeckung von Leistungsspitzen.
Nachteil: Emissionsfreier Betrieb in der Stadt ist damit nicht möglich.
Aber: Bedingt durch die intelligente Koppelung beider Systeme kann der Verbrennungsmotor
konstant mit der optimalen
Drehzahl laufen.
Parallelhybrid
Der Parallelhybrid funktioniert nach dem "Entweder-oder-Prinzip": der Vortrieb wird entweder
durch das eine oder durch das andere der beiden zur Verfügung stehenden Aggregate
erzeugt.
Der Elektromotor bezieht dabei seine Energie aus einer mitgeführten Batterie - vor Ort völlig
emissionsfrei.
Zumindest im Elektrobetrieb spricht also alles für das Parallelhybrid-Konzept.
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Die Energieeinsparung (von realistischen 10% im gemischten Verkehr) steht bei Umstellung
auf Hybridantrieb nicht im Vordergrund, soll aber zusätzlicher Anreiz zum Kauf eines
solchen, sicherlich teureren Fahrzeuges sein. Erheblich ist die Minderung von Emissionen im
Stadtverkehr und hierbei besonders im Stau. Eine bessere Lösung auch auf längeren
Strecken wäre wohl die Brennstoffzelle, aber das wird wohl doch noch etwas dauern
Aufgabenverteilung
Als Generator erhält der Elektroantrieb die zusätzliche Aufgabe, auch bei Bremsvorgängen
elektrische Energie ins Netz einzuspeisen. Er kann sie Energie schonender in Form von
Bewegungsenergie speichern und sie direkt beim Beschleunigen wieder abgeben, ohne das
elektrische System zu belasten. Als Starter wird er wohl nicht nur bei Fahrtantritt, sondern
auch bei Zwischenstopps, Stau und starker Beschleunigung aktiv werden. Letzteres würde
auch den Einbau leistungs- und drehmomentschwächerer Motoren ermöglichen.
Sogar das Zweimassenschwungrad und die für den Dreizylinder typische(n)
Ausgleichwelle(n) könnten entfallen, wenn der Elektromotor bei entsprechender Ansteuerung
auf die Drehschwingungen von Motor bzw. Getriebe beruhigend einwirkt. Auch lässt sich der
Gewichts- und Raumnachteil dadurch verringern, dass man wegen dem zusätzlichen
Drehmoment des E-Motors längere Übersetzungen wählt und Gänge einspart. Z.B. auch den
Rückwärtsgang, der ausschließlich von E-Motor übernommen wird. Denkbar ist sogar ein
zweiter E-Motor, der mit der bisher nicht angetriebenen Achse verbunden wird und den
Allradantrieb teilweise ersetzt. Dieses Prinzip wird beim derzeit stärksten Lkw der Welt
angewandt. Ein Dieselmotor erzeugt Strom und vier elektrische Radmotoren sorgen für die
Fortbewegung. Eines ist jedenfalls all diesen Systemen gemein: Man sammelt bei
Überlandfahrten elektrische Energie, die man in emissionsträchtigen Situationen zusammen
mit oder ohne Verbrennungsmotor einsetzt. Zusätzlich kann man den leistungsstarken
Verbrennungsmotor mit dem drehmomentstarken E-Motor in bestimmten Betriebsbereichen
kombinieren.
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:
Toyota Prius
Tankinhalt Normal (l)
Allgemein
Verbrennungsmotor
Allgemein
Hubraum (ccm)
Bohrung/Hub (mm)
Gemischaufbereitung
Verdichtung
Maximale Leistung
Maximales Drehmoment
Treibstoffart
Elektromotor
Allgemein
Erregung
Maximale Leistung
Maximales Drehmoment
Antriebsbatterie
Allgemein
Zellenanzahl
Kapazität
Generator
Allgemein
Maximale Leistung
Maximales Drehmoment
Fahrleistungen
Höchstgeschwindigkeit (km/h)
Verbrauch (Jap. 10-15 Modus)
50
Frontantrieb, kombinierter Serien- und
Reihen-Hybridantrieb, elektronisch
gesteuertes Planetengetriebe
Vierzylinder-Reihenmotor mit 16 Ventilen und
variabler Ventilsteuerung VVT -i, zwei
obenliegende Nockenwellen
1.496
75 x 84,7
elektronisch gesteuerte Einspritzanlage
13,5:1
53 kW (72 PS) / 4.000 min-1
104 Nm/4.000 min-1
Benzin bleifrei
Wechselstrom-Synchronmotor
Permanentmagnet
33 kW (45 PS)/940-2.000 min-1
301 Nm/0-940 min-1
Nickel-Metall-Hybrid-Batterie
40
6,5 Ah
Wechsel-Synchron-Generator
21 kW/5.600-8.000 min-1
38 Nm/4.000 min-1
160
3,57l/100 km
Leider beträgt die Höchstgeschwindigkeit nur knapp 160 (km/h)
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Technischer Aufbau
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Bezugsquellen:
www.kfztech.de
www.google.de ( bilder hybrid)
www.energieinfo.de
www.autokiste.de
www.kfz-tech.de
Groiß Patrick
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