Verbrennungsmotoren bringen Elektroautos weiter
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Die FEV dagegen legt den Fokus noch stärker auf den rein elektrischen Betrieb. Der Elektromotor im kleinen Fiat leistet 45 kW, die Lithium-Ionen-Batterie hat eine Kapazität von 12 kWh. Das Range-Extender-Modul ist extrem kompakt dimensioniert. Es umfasst einen kleinen Wankelmotor mit 20 kW Leistung, der im Bedarfsfall – also bei zu geringer Batterie-Restenergie – zum Leben erwacht. Dabei treibt er den Generator an, um die Batterie im Fahrbetrieb nachzuladen, oder direkt Strom an den Antriebs-Elektromotor zu liefern. In diesem Fall ersetzt er die Batterie als Stromlieferant. An den genannten Leistungswerten lässt sich erkennen, dass im Range-Extender-Betrieb nicht die volle Motorkraft zur Verfügung steht, aber dafür kommt man immerhin 300 km weit – mit Nachtanken natürlich noch weiter.
Skalierungsfragen
Die zwei unterschiedlichen Ansätze von GM und der FEV zeigen, dass ein serieller Hybrid völlig unterschiedlich ausgelegt werden kann. Wie Batterie, Elektro- und Verbrennungsmotor dimensioniert werden, hängt auch von der vorgesehen Anwendung ab. Doch es gibt noch ganz andere interessante Fragen: Ist es zum Beispiel wirklich sinnvoll, einen konventionellen Antriebsmotor einzusetzen, wie es GM vorhat? Oder sind möglicherweise andere Motorenkonzepte sinnvoll – wie der Wankelmotor beim FEV-Prototyp? Und wie sollte man eigentlich die Komponenten auslegen, damit das Kosten-Nutzen-Verhältnis stimmt? Diese und weitere Fragen stellten wir Dr. Christoph Bollig, der bei der FEV Motorentechnik GmbH die Forschung leitet. Dabei erhielten wir zum Teil überraschende Antworten …
„Im Range-Extender ist der Verbrennungsmotor völlig anders belastet als man das bisher kennt”
Herr Dr. Bollig, der serielle Hybrid erlebt derzeit ein erstaunliches Revival. Dabei gilt er im Vergleich zu anderen Hybridantrieben als wenig effizient …
Der serielle Hybrid hat beim Wirkungsgrad tatsächlich einen deutlichen Nachteil. Daran wird man auch nicht viel ändern können, weil die Energie zweimal gewandelt werden muss. Bei einem Parallelhybrid ist das anders, weil hier der Verbrennungsmotor nicht einen Generator antreibt, sondern parallel zum Elektromotor das Fahrzeug. Allerdings soll der Range-Extender ja in der Regel rein elektrisch fahren, sodass die Frage nach dem Gesamtwirkungsgrad nicht entscheidend ist. Wenn man davon ausgeht, dass der Verbrennungsmotor zu etwa zehn Prozent des Fahrzeuglebens als „Reichweitenverlängerer“ dient, rückt der Kraftstoffverbrauch etwas in den Hintergrund.
Es liegt nahe, dass ein Motor, der quasi stationär läuft, ganz anders ausgelegt wird als ein Antriebsmotor. Welche Anforderungen muss denn ein Verbrennungsmotor für Range-Extender erfüllen?
Ich will das am Beispiel des Fiat 500 erläutern, den wir zum Elektrofahrzeug mit Range-Extender umgebaut haben. Er soll vor allem rein elektrisch in der Stadt fahren können, denn das dürfte zunächst die Hauptanwendung sein. Vor einem reinen Elektroauto schrecken aber viele Kunden zurück, weil sie auf kleine Reichweiten festgelegt werden. Es muss also ein Hilfsaggregat vorhanden sein, damit man im Ausnahmefall noch voran kommt. Das Paket aus Generator und Verbrennungsmotor muss klein sein, wenig wiegen und eine gute Akustik bieten. Diese Anforderungen könnte aus unserer Sicht ein Wankelmotor erfüllen.