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Plug&Play: Die Industrie übt sich im Skalieren des Range Extenders

Die Elektromobilität spielt zwar bisher in der Praxis nur eine kleine Rolle, doch Automobilhersteller, Zulieferer, Entwicklungsdienstleister und Großindustrie suchen intensiv nach praktikablen und bezahlbaren Konzepten. Selbst Siemens, kein klassischer Automobilzulieferer, arbeitet mit Partnern an Projekten zur Optimierung von elektrischen Antrieben. Erfahrungen aus anderen Mobilitätsbereichen sind genügend vorhanden. Im Projekt "Pelikan" (Power Electronics in Kraftfahrzeugen und Aeronautik) arbeitet Siemens an einer Leistungselektronik mit erhöhtem Wirkungsgrad für Flug- und Kraftfahrzeuge. Im Projekt "Plug&Play Range Extender" befasst sich Siemens zudem damit, wie ein Modul aus einem kleinen, verbrauchsarmen Verbrennungsmotor und einem Generator die Reichweite von Elektroautos vergrößern kann. Die Arbeiten werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Wie sieht der ideale Range Extender aus?

Das Konsortium aus den Firmen FEV, Siemens und Daimler sowie der Universität RWTH Aachen will zunächst die Anforderungen für ein hochintegriertes Range-Extender-Modul definieren. Zusätzlich sollen marktfähige Fahrzeugkonzepte erstellt werden. In einer späteren Phase soll dann ein Fahrzeug mit Range-Extender-Modul gebaut werden. Den beteiligten Unternehmen kommen dabei unterschiedliche Aufgaben zu. Siemens entwickelt ein Konzept für Generator, Leistungselektronik und Ladegerät. Das VKA der RWTH Aachen befasst sich mit dem Generatorantrieb und der "Marktattraktivität". Die FEV GmbH leistet die Verbundkoordination und erstellt Konzepte für die Fahrzeugintegration. Daimler schließlich begleitet die Erstellung von Konzept und Lastenhaft und soll die Projektergebnisse bewerten. Das seit 1. Juli 2011 laufende Projekt soll Ende März 2012 abgeschlossen werden.

Die FEV hat bereits in der Vergangenheit Konzepte entwickelt, die zeigen, wie unterschiedlich Range Extender skaliert und ausgelegt werden können. Schon 2009 konnte das Unternehmen ein Fahrzeug auf Basis eines Fiat 500 vorweisen, bei dem ein Wankelmotor für den Range Extender eingesetzt wurde. Die FEV wählte dieses Motorprinzip, weil es kompakt baut und seine NVH-Eigenschaften dem Einsatz in einem Range-Extender-Antrieb entgegenkommen. Eine ähnliche Lösung zeigte AVL auf dem Wiener Motorensymposium 2009. Der AVL-Range-Extender fand sich 2010 auch im Audi A1 e-tron wieder, der auf dem Genfer Automobilsalon gezeigt wurde und mittlerweile im Flottenbetrieb erprobt wird.

Kleiner, einfacher

Bei der Wahl des Verbrennungsmotors erlauben sich die Entwickler derzeit noch einige Experimente. Zusammen mit Kolbenschmidt Pierburg entwickelte die FEV zum Beispiel einen Demonstrator, bei dem ein Zweizylinder V-Motor eingesetzt wird. Auch die V-Bauweise erlaubt ein recht günstiges Schwingungsverhalten, was sie für den im Range Extender typischen temporären Betrieb attraktiv macht. Das auf der IAA 2011 vorgestellte Modul ist immerhin klein genug, um in der Ersatzradmulde Platz finden zu können. Mahle dagegen stellte im Oktober 2011 in der MTZ eine Range-Extender-Lösung vor, bei der ein Zweizylinder-Reihenmotor zum Einsatz kommt. Die hier typischen Massenkräfte lassen sich im quasi-stationären Betrieb leichter in den Griff bekommen als im transienten Betrieb.

Im Vergleich zu konventionellen Antrieben stellen Range Extender deutlich andere Anforderungen an Verbrennungsmotoren. Da die Motoren kompakt sein müssen, werden im Falle von Hubkolbenmotoren derzeit meist Zweizylindermotoren bevorzugt. Bekannte Ausnahmen sind zum Beispiel der Chevrolet Volt und Opel Ampera mit einem Vierzylindermotor "aus dem Regal" und Getrags Boosted Range Extender, bei dem mittlerweile ein Dreizylindermotor verbaut ist, der ebenfalls der Großserie entnommen wird. Hinsichtlich des Gaswechsels zeichnen sich allenthalben Lösungen ab, die aufgrund der quasi-stationären Betriebszustände mit einem einfachen Ventitrieb auskommen. Auch eine Aufladung erscheint nicht sinnvoll, "Hochdrehzahlkonzepte" stellen bei Range-Extendern hinsichtlich Effizienz und Fahrbarkeit keinen Nachteil dar.

Vielleicht mehr als eine Übergangslösung

Range Extender werden oft als seine Übergangslösung zur Elektromobilität dargestellt, doch das greift womöglich zu kurz. Je nach Auslegung der elektrischen Reichweite können Range Extender für eine erhebliche Einsparung fossiler Ressourcen sorgen, ohne aber die Reichweiten grundsätzlich zu begrenzen. Dass Verbrennungsmotoren zum Auslaufmodell werden, wird sich deswegen erst einmal bestätigen müssen. Je mehr Range Extender zu einen geringeren Kraftstoffverbrauch beitragen, desto leichter lässt sich ihre Aufgabe als Reichweitenverlängerer rechtfertigen. Noch ist nicht erkennbar, dass die Energiedichte von Batterien in absehbarer Zeit mit der von Kraftstoffen konkurrieren kann. Zumindest bei Pkw lässt sich das Dilemma aus Fahrzeug-Reichweite und -Kosten nicht so schnell auflösen.

Welche Motorenkonzepte sich bei Range-Extender-Modulen durchsetzen, hängt auch von den Entwicklungen im konventionellen Motorenbau ab. Mahle wies auf einer Presseveranstaltung im Spätsommer mit Recht darauf hin, dass Fertigungsanlagen für die Grundmotoren auf hohe Volumina und lange Laufzeiten ausgelegt sind. Vor diesem Hintergrund wirkt der Ansatz von Getrag Ford pragmatisch, den neuen Dreizylindermotor von Ford für einen Range-Extender-Antrieb umzufunktionieren. In konventionellen Antrieben wird er als Downsizing-Motor mit Turboaufladung seinen Dienst tun, im Range Extender ohne Aufladung. Der Kostenvorteil ist ein wichtiges Argument für die "Marktattraktivität"- wie sie auch die FEV, Siemens, VKA und Daimler im Projekt "Plug&Play Range Extender" ausloten wollen. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte