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Elektrisch, seriell, parallel: der "Boosted Range Extender" in der Praxis

Getrag hat ein Fahrzeug auf Basis des Ford Fiesta vorgestellt, im dem das Unternehmen seinen Hybridantrieb namens "Boosted Range Extender" demonstriert. fDer Zulieferer hatte das Antriebskonzept erstmals 2009 auf der damaligen Pkw-IAA vorgestellt. Es ermöglicht ein rein elektrisches Fahren und darüber hinaus je nach Fahrsituation einen seriellen und parallelen Hybridbetrieb. Am Unternehmensstandort von Getrag Ford Transmissions in Köln konnten wir erstmals Fahreindrücke sammeln.

Range-Extender im Kleinformat

Der Antrieb besteht im Wesentlichen aus dem Elektro- und Verbrennungsmotor, einem Zweigang-Planetengetriebe mit Doppelkupplung, einem zusätzlichen Generator und einer Lithium-Ionen-Batterie mit 14 kWh Energieinhalt. Von Ford stammt der 1,0-l-Dreizylinder-Ottomotor. Er ist von der "Ecoboost"-Neuentwicklung abgeleitet, die zunächst im neuen Ford B-Max verbaut wird. Im Getrag-Antrieb kommt er ohne Turboaufladung aus.

Der serielle Hybridmodus ist im Normalbetrieb nur für das Anfahren gedacht, bei höheren Geschwindigkeiten erfolgt der Antrieb im Parallelmodus. Dabei sind der Verbrennungs- und Elektromotor untypischerweise nicht hintereinander geschaltet, sondern mit unterschiedlichen Übersetzungen an das Zweigang-Planetengetriebe gekoppelt. Dies erlaubt die Verwendung eines schnell laufenden, kleinen Elektromotors. Die zwei Gänge kompensieren dabei den Drehmomentnachteil, den ein kleiner Elektromotor ohne die zweite Stufe hätte. Zudem erweitern sie den Geschwindigkeitsbereich, in dem der Verbrennungsmotor parallel zugeschaltet werden kann.

Betriebsstrategie: elektrisch, seriell, parallel

Bei genügend Batterieladung fährt der Boosted Range Extender rein elektrisch, das Konzept ist dabei auf eine Reichweite von 50 Kilometer ausgelegt. Bei normalen Lasten kommt er dabei mit dem zweiten Gang aus. Der erste Gang wird beim starken Beschleunigen oder beim Anfahren am Berg gewählt. Wenn die Batterieladung zur Neige geht, wird der Verbrennungsmotor zugeschaltet. Beim Anfahren wird er seriell eingesetzt, erzeugt dabei über den zusätzlichen Generator Strom, der dem E-Motor zur Verfügung gestellt wird. Sobald es die Übersetzung zulässt, wechselt der Antrieb in den verbrauchsgünstigeren Parallelmodus.

Die Betriebsstrategie sieht eine minimale Restladung von 20 Prozent vor, sodass der Elektromotor im Parallelbetrieb einen Großteil der dynamischen Betriebszustände übernehmen kann. Die Getrag-Entwickler demonstrierten dies recht anschaulich, indem sie während der Fahrt den Elektromotor kurzerhand außer Betrieb setzten. Der Verbrennungsmotor wirkte ohne seine Hilfe überfordert, denn er ist normalerweise nur für die Grundlast zuständig. Das "Boosten" per Elektromotor ist ein Kernelement des Antriebskonzepts: Er unterstützt beim Beschleunigen und rekuperiert in Schubphasen. Der Verbrennungsmotor kann dabei meist in einem günstigen Wirkungsbereich betrieben werden.

So viel zur (verkürzten) Theorie. Das Antriebskonzept wird im Detail in der Dezemberausgabe der ATZ beschrieben, Autoren des Fachbeitrags sind die Getrag-Ford-Entwickler Stefan Hüpkes, Georg Hillebrand und Wolfgang Brings. Die ATZ 12/2011 erscheint am heutigen Freitag, den 25. November 2011.

Im Betrieb unauffällig

In der Praxis wirkt der Boosted Range Extender erstaunlich vertraut. Ein wenig irritierend ist allenfalls, dass beim Anfahren die Drehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt. Wir hätten eher eine quasi-stationäre Auslegung erwartet. Doch das ist Absicht: Die Entwickler wollten den von konventionellen Antrieben gewohnten Zusammenhang zwischen Drehzahl und Geschwindigkeit herstellen. Da das Umschalten auf Parallelbetrieb grundsätzlich möglichst früh erfolgt, hat diese Auslegung keine allzu große Auswirkung auf den Verbrauch. Zudem wird ja im Kurzstreckenverkehr meist rein elektrisch gefahren, was den Einfluss nochmals verringert.

Auch das Umschalten zwischen seriellem und parallelem Betrieb fällt kaum auf, dabei ist die Antriebssteuerung noch im Prototypenstadium. Obwohl der Elektromotor beim Boosten einen erheblichen Anteil zum verfügbaren Drehmoment beiträgt und große Drehzahlsprünge zu überbrücken sind, erfolgen auch die Schaltvorgänge recht weich - abgesehen von einem kleinen Ruckler beim Herunterschalten. Erstens sorgen Nasskupplungen dafür, dass die schwierige Kombination aus großen Drehzahlsprüngen und hohen Drehmomenten beherrschbar bleibt. Zweitens lässt sich das Verhalten des E-Motors sehr feinfühlig steuern. In der Serie wird es darauf ankommen, das Zusammenspiel der beiden Kupplungen mit dem Drehmomenteinsatz zu koordinieren.

Der Verbrennungsmotor artikuliert sich noch ein wenig ruppig, was aber ebenfalls dem Prototypenstatus einiger Komponenten geschuldet ist. Die Abgasanlage zum Beispiel ist noch weit von einer Serienoptimierung entfernt, was in bestimmten Drehzahlbereichen in Form von Resonanzfrequenzen hörbar wurde. Prinzipiell ist der Dreizylindermotor von Ford ein interessanter Partner für den Antrieb. Er könnte als Version ohne Aufladung der Großserie entnommen werden. Hinsichtlich der Laufkultur geht Ford übrigens einen ungewöhnlichen Weg: Nicht Ausgleichswellen sorgen für Schwingungstilgung, sondern definierte Unwuchten der Schwungscheibe.

Jetzt sind die OEMs gefragt

Der Ford Fiesta mit Boosted Range Extender beschleunigt laut Getrag-Datenblatt in zehn Sekunden auf 100 km/h. Der subjektive Eindruck ist souveräner, weil der E-Motor mit 88 kW und 220 Nm in dynamischen Phasen sehr kräftig anschiebt. Die Fahreindrücke sprechen jedenfalls nicht gegen eine Serienanwendung. Entscheidend wird der Vergleich mit anderen Hybridkonzepten sein. Der Reiz des Getrag-Vorschlags liegt in seiner Kompaktheit, den preisgünstigen Einzelkomponenten und dem Umstand, dass anders als bei rein seriellen Range-Extender-Konzepten keine Kompromisse beim Kraftstoffverbrauch gefordert sind. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte