Range Extender
Sowohl das 30. als auch das diesjährige 31. Internationale Wiener Motorensymposium befassten sich mit dem Range Extender, dem Verbrennungsmotor mit Generator als Reichweitenverlängerer für batteriebetriebene
E-Fahrzeuge. Doch von einer echten Innovation zu sprechen, wäre nicht korrekt. Das Prinzip ist seit 1899 bekannt.
Obgleich die aktuellen Marketingaktivitäten, vor allem der Energiekonzerne, der kurz- und mittel-fristigen Elektrofahrzeug-Realität nicht standhalten, wird das batteriebetriebene Elektroauto kommen. Nicht 2011 oder 2012, sondern womöglich erst 2015 oder 2020, und auch dann noch nicht in der vom konventionellen Automobil mit Ver-brennungsmotor gewohnten Stückzahl. Für 2020 stellte Dr. Günter K. Fraidl, Leiter Produktlinie Ottomotoren bei AVL List in Graz (Österreich) und Vortragender des 31. Internationalen Wiener Motorensymposiums, denn auch ein passendes „Un-wort des Jahres“ in Aussicht: Reichweitenangst oder Reichweitenverunsicherung.
Geforderte Mindestreichweite
Damit spielte Dr. Fraidl zu Beginn seines Vortrags auf die Diskrepanz zwischen der typischen täglichen Fahrstrecke, die in der Bundesrepublik unter 50 Kilometer liegt, und der von potenziellen Käufern batteriebetriebener Elektroautos geforderten Mindestreichweite, die über 200 Kilometer beträgt, an. Um sowohl die Reichweitenangst zu beseitigen als auch real existierende Reichweitenbedürfnisse zu befriedigen, hat man bei AVL List eine alte, aber zwischenzeitlich vergessene Entwicklung wiederbelebt und an aktuelle Bedürfnisse angepasst: den Range Extender, den Ver-brennungsmotor als Reichweitenverlängerer für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, erstmals „urkundlich erwähnt“ im Jahr 1899 (vgl. Infokasten „Technik des 19. Jahrhunderts“ auf dieser Seite unten). Bei der AVL-Entwicklung kommt auch der gute alte Wankelmotor zu neuen Ehren, denn er ist genau so, wie man sich einen Range Extender vorstellt: kompakt und somit überall platzierbar. Um die Reichweite eines Elektrofahrzeugs verlängern, also dessen Batterie laden zu können, muss noch eine weitere Komponente zwischengeschaltet werden: ein Ge-nerator (vgl. Bild links). Praktisch umgesetzt wurde der AVL-Range Extender in der Studie A1 e-tron von Audi (vgl. Bild Seite 11).
Zitat Dr. Fraidl: „Ein überwiegender Batteriebetrieb führt dabei gegenüber dem konventionellen Antriebsstrang zu völlig geänderten Prioritäten für den Verbrennungsmotor: NVH, Gewicht, Packaging stehen im Vordergrund, während der Wirkungsgrad des Ver-brennungsmotors durch dessen geringe Einsatzhäufigkeit an Bedeutung verliert. Damit erweisen sich hier unkonventionelle Verbrennungsmotoren, die als reiner Antrieb nur begrenzt attraktiv sind, wie zum Beispiel Rotationskolbenmotoren, als ideales Antriebsaggregat für einen solchen Range Extender.
Bezahlbare Elektromobilität
Auf Basis einer hoch integrierten Kombination aus Wankelmotor und elektrischem Generator konnte ein Range-Extender-Konzept verwirklicht werden, das nicht nur konkurrenzlos günstige Bauraumerfordernisse und ein extrem niedriges Leis-tungsgewicht aufweist, sondern im Praxisbetrieb auch durch ein exzellentes NVH-Verhalten begeistert. Damit stellen solche Range-Extender-Lösungen ganz wesentliche Enabler für eine bezahlbare Elektromobilität dar.“ Anmerkung der Redaktion: NVH = Noise, Vibration, Harschness.
Ein Elektrofahrzeug mit Range Extender wäre somit bezüglich seiner Batteriekapazität auf tägliche Fahrstrecken unter 50 Kilometer ausgelegt, jeglichen Zusatzbedarf würde der verbrennungsmotorische Range Extender abdecken. „Eine solche Reichweitenauslegung kann selbst unter Vorgabe eines praxisrelevanten Fahrzeug-Energieverbrauchs mit vertretbarem Batteriegewicht und akzeptablen Batteriekosten umgesetzt werden, die zumindest mittelfristig eine breitere Marktakzeptanz ermöglichen könnten“, so Dr. Fraidl. Seit September 2009 wird der AVL-Range Extender im praktischen Fahrversuch er-probt, wobei neben der internen Beurteilung im Rahmen von Präsentationen bei Kunden auch Rückmeldungen von rund 200 externen Fachleuten einfließen.
Interessant bei einer solchen Betrachtung ist stets auch die Betriebsstrategie. Dr. Fraidl: „Durch ein bedarfsorientiertes frühzeitiges Aufladen der Batterie durch den Range Extender kann sowohl die Batteriegröße als auch die Leistung des Range Extenders reduziert werden, ohne dass im Praxisbetrieb ein Energiemangel spürbar wird. Dabei muss allerdings die Gesamteinsatzdauer der Verbrennungskraftmaschine minimiert und die Verwendung netzgespeister Batterieladung maximiert werden. Dafür ist eine möglichst genaue Vorhersage des Fahrprofils und des sich daraus ergebenden Energiebedarfs notwendig. Dies ist zum Beispiel sehr einfach bei Eingabe des Zielorts in das GPS und Einhaltung der vorgeschlagenen Fahrtroute möglich (aktive GPS-Führung). Dabei muss allerdings auch der wahrscheinliche Klimatisierungsbedarf ent-weder über die Außentemperaturmessung (kritisch beim Parken in der Garage) oder über andere Prädiktionen mit berücksichtigt werden.“
Vergleich zum Schachcomputer
Der Leiter der AVL-Produktlinie Ottomotoren weiter: „Wesentlich anspruchsvoller gestaltet sich eine passive GPS-Führung, die ohne dezidierte Zieleingabe für den Fahrer unmerklich im Hintergrund agiert. Dabei werden – ähnlich einem Schachcomputer – während der Fahrt permanent alle möglichen weiteren Fahrstrecken be-rechnet und im Hinblick auf erhöhten Energiebedarf, der nicht aus der verfügbaren Energiereserve der Batterie abgedeckt werden könnte, untersucht. Dabei werden die Topografie, die für die ent-sprechenden Fahrstrecken typischen Ge-schwindigkeitsprofile, die aus dem Fahrablauf gelernten Fahrgewohnheiten des Fahrers sowie der zu erwartende Klimatisierungsbedarf und Zusatzverbraucher mit berücksichtigt. ... Damit wird eine positive Gewichtsspirale begonnen, die gewichts- und schlussendlich auch kostenoptimale Lösungen erlaubt.“ Die Umsetzung einer solchen Antriebslösung hat also neben Hardware auch viel mit Software zu tun.
Peter Diehl
Automobilgeschichte
Technik des 19. Jahrhunderts
Beachtliche 19 Automobilhersteller mit 63 Elektrofahrzeugen waren auf dem Pariser Automobil-Salon des Jahres 1899 vertreten, darunter drei Amerikaner und die belgische Firma Pieper. Letztere setzte in ihrem Elektroauto einen Verbrennungs- motor zum Aufladen der Batterien ein – das vermutlich erste Elektrofahrzeug mit so genanntem Range Extender, eine Technik, die derzeit wiederentdeckt wird. Viele weitere Detailinformationen zu den Elektrofahrzeugen des späten 19. und frühen 20. Jahrhunderts enthält der Beitrag „Accumobilität“ in asp Klassik, Heft Juni 2010.
Leserservice
Bezugsquelle
Die Vortragstexte der Internationalen Wiener Motorensymposien können über den Mitveranstalter Österreichi-scher Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK) bezogen werden. Diese Möglichkeit reicht zurück bis zum 7. Motorensymposium im Jahr 1986. ÖVK-Mit-glieder haben es wesentlich einfacher: Sie können die Vortragstexte kostenlos aus dem Internet www.oevk.at laden.
Kontakt:
Österreichischer Verein
für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK)
Elisabethstraße 26/24, A-1010 Wien
Tel. (+43)1/5 85 27 41-0, Fax -99
info@oevk.at, www.oevk.at
- Ausgabe 7/2010 Seite 10 (205.3 KB, PDF)
