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Versuchshalle für Maschinenbau an der TU Darmstadt

Neuer billiger Hybridantrieb

29.09.2021

Forschungsteams der TU Darmstadt entwickeln zusammen mit Industriepartnern einen kostengünstigen Antrieb für Hybridfahrzeuge, der aus zwei Elektromotoren und einem Erdgasmotor besteht.

Die Idee hinter dem Projekt DE4LoRa (Doppel-E-Antrieb for Long Range): Emissionsarme Fahrzeuge sollen in Zukunft nicht nur alltagstauglich, sondern auch bezahlbar werden. „Für viele Nutzer, deren tägliche Fahrten selten 100 Kilometer überschreiten, sind Hochvolthybride eine zukunftsfähige Lösung“, sagt Stephan Rinderknecht, Experte für mechatronische Systeme im Maschinenbau an der TU Darmstadt und einer der Initiatoren von DE4LoRa. „Derzeit entwickeln und erproben wir die technische Grundlage in Form einer neuen Referenzarchitektur.“

Hybrid, neu gedacht

Hochvolthybride wie die populären Plug-In Hybride sind verhältnismäßig teuer, ebenso die Alternative des rein batterieelektrischen Antriebs. DE4LoRa soll den Antrieb kostengünstiger gestalten und gleichzeitig den gesamtökologischen Fußabdruck verkleinern. Dabei werden zwei 800 Volt E-Motoren und ein Erdgasmotor über ein spezielles Getriebekonzept verbunden. Für den Ladevorgang wurde ein bidirektionales Ladesystem entwickelt, das die Ladeverluste auf ein Minimum reduziert. Auf einen voluminösen Transformator im Fahrzeug wird verzichtet, ohne dass es Abstriche bei der elektrischen Sicherheit gibt. Die beiden baugleichen E-Maschinen werden hoch ausgelastet, da sie so effizienter arbeiten als ein einziger größerer Elektromotor. Je nach Lastanforderung und Geschwindigkeit wird bei DE4LoRa entweder nur eine E-Maschine für geringere Leistungen, oder beide mit insgesamt vier unterschiedlichen Getriebeübersetzungen genutzt. Fazit: Der Großteil der Alltagsfahrten ist mit einer moderaten Batteriekapazität rein elektrisch möglich. Da der Verbrennungsmotor über vier parallele Gänge verfügt sowie seriell hinzugeschaltet werden kann, ist das Konzept trotz vergleichsweise geringer Batteriekapazität langstreckentauglich.

Optimierter Erdgasmotor

Der Erdgasmotor wird mit Compressed Natural Gas (CNG) betrieben und zeichnet sich im Vergleich mit einem Benzinmotor durch deutlich geringere Treibhausgasemissionen aus. Außerdem ist er effizienter als ein Dual-Fuel-CNG-Motor, der sowohl Erdgas als auch Benzin verarbeiten kann. Durch intelligente Nutzung der beiden E-Maschinen muss der DE4LoRa-Gasmotor nicht allen dynamischen Veränderungen folgen und kann so öfter in hocheffizienten und schadstoffarmen Betriebsbereichen laufen – im sogenannten „phlegmatisierten“ Betrieb. Das spart weiteren Kraftstoff, ermöglicht einen weniger komplexen Aufbau und eine kleinere Dimensionierung, was die Kosten senkt. So entsteht ein neues, stimmiges Gesamtkonzept mit höchster Effizienz, das sowohl ökologisch als auch ökonomisch attraktiv ist und sich auch für den Einsatz in kleineren Fahrzeugsegmenten empfiehlt.

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