Hybrid cars – Range Extender

Während in der Zwischenzeit die Planungen für reine EVs immer weiter fortschreiten, mit Renault und Toyota ganz vorne dabei, versucht Peugeot (PSA) die Marktnische Hybridauto anzugreifen. Hybridautos sind immer noch die am leichtesten einzuführende Kategorie der sparsamen Automobile, da bestehende Infrastruktur genutzt werden kann. Neben Start/Stopp-Automatik (siehe auch BMW), die laut Peugeot in allen kleinen Modellen verbaut werden soll, möchte man vor allem im oberen Klassenbereich mit Luxus-Hybriden kommen. Generell machen hier ein paar Tausend€ und etwas Mehrgewicht wenig aus. Leute, die sich diese Autos kaufen, setzen auf Komfort oder Leistungsfähigkeit und beides kann durch einen Hybridwagen bedient werden.

Generell kann man die traditionelle Hybridversion als Nischenprodukt beschreiben (vor allem im low-cost Sektor), denn hier fallen drei Problempunkte zusammen:

• Gewicht UND Kosten spielen eine sehr große Rolle (schon 1-2 Tausend€ für ein Automatikgetriebe sind hier Luxus)
• Bauraum ist generell beschränkt, wer einmal in moderne Peugeots oder Golfs schaut, der sieht nur wenig freien Platz für einen zweiten Motor + Energiespeicher (Lösungsmöglichkeit: Radmotoren)
• Batterien sind teuer, umweltschädlich und immer noch leistungsschwach

Der letzte Knackpunkt ist wohl neben den Kosten das Hauptproblem für die Vermarktung eines Hybridautos. Batteriehersteller, die sich auf Leistungsbatterien speziallisiert haben, sind selten. Die Herstellung dieser Batteriepakete ist teuer und aufwendig. Selbst wenn der Verkauf ordentlich gesteigert wird, kann man nicht sicher sein, wie viel economies-of-scale beitragen werden. Es wird noch Jahre dauern, bis billige Lithium-Ionen Batterien auf dem Automarkt verfügbar sind. Und dann sind da noch die anderen Probleme, die Batterien haben. Nicht nur müssen die Batterien viele Lade-/Entladezyklen durchhalten, um ihre Mehrkasten auch rechnerisch auszugleichen und dabei darf die Qualität der Batterie nicht stark nachlassen. Sicher sind Lithium-Batterien hier den recht wartungsintensiven Bleibatterien überlegen, jedoch zeigt sich bei Toyota, dass dies nicht so einfach ist, wie geglaubt. Ich bin leider kein experte auf dem Gebiet der Leistungsbatterien, aber wenn Toyota mit Panasonic zusammen entscheidet, dass Li-Ion noch nicht reif ist, dann sollte dies als ein Expertenurteil gelten (immerhin müssen sie Ihr Geld dort investieren, wo ihre Versprechen sind). Neben diesen Problemen, gibt es noch ein ganz anderes umwelttechnisches Problem, Batterien sind Umweltschweine. Die Herstellung und Entsorgung ist nicht nur extrem teuer, sie ist auch aus ökologischen (und ich meine hier ECHTEN ökologischen) Gesichtspunkten nicht ganz kosher.

Bedeutet dies, dass aus für den Hybridantriebsstrang in den unteren Klassen? Mit Nichten. Eine andere Möglichkeit ist die Kombination in einem Antriebsstrang, der dem Betriebskonzept des Chevy Volt gleicht. Der elektrische Energiespeicher wird nur als Range-Extender genutzt, d.h. er rekuperiert und unterstützt einen verbrauchsoptimierten Dieselmotor/Benzinmotor. Das Ziel hierbei ist eine generelle Konstantfahrt bei z.B. 160 km/h zu erlauben und den Range-extender die Leistungsspitzen bei Beschleunigung und Bremsen abfangen zu lassen. Es würde den Energiespeicher von einem Speicher mit hoher Energiedichte, zu einem Speicher mit hoher Leistungsdichte verschieben. Elektrische Speicher mit hoher Leistungsdichte findet man nicht in der Elektrochemie, jedoch in den elektro-statischen Speichern: Kondensatoren. Und um hier einie geeignete Energiedichte zu erhalten, müssten Doppelschichtkondensatoren genutzt werden. Ein passender Antriebsstrang wäre auf der Abbildung oben zu sehen.

Ich werde ein etwas ausführlicheres Konzept vielleicht demnächst einmal vorstellen. Das Problem ist natürlich die richtig gesteuerte Einbindung eines Energiespeichers in den Zwischenkreis. Die Frage, warum kein leistungsverzweigter Antriebsstrang gewählt wurde, liegt in der Tatsache, dass ein mechanisches Getriebe zwar in einem Punkt pro Schaltung einen optimalen Wirkungsgrad hat, aber diesen schnell verliert, wenn er davon abweicht und dadurch den Motor in einen ungünstigen Betriebspunkt bringt. Eine Generator-Motor Getriebekonstruktion hat den Vorteil, dass man die Geschwindigkeitskontrolle vom Verbrennungsmotor abkoppelt und gleichzeitig bei hohem Wirkungsgrad und einer maximalen Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute eine ungefähre maximale Geschwindigkeit von 225 km/h erreichen kann. Dies sollte ausreichen für alle gewöhnlichen Autobahnfahrten in Deutschland.