auf dem weg zum elektrischen fahren boosted range extender - Getrag

AUF DEM WEG ZUM ELEKTRISCHEN FAHREN
BOOSTED RANGE EXTENDER

Angesichts hoher Ölpreise und der Erfordernis Emissionen zu
reduzieren, erlebt die Entwicklung von Elektrofahrzeugen eine
Renaissance. Es scheint nur noch eine Frage der Zeit, bis sich
die Elektromobilität durchsetzen wird. Die größten Herausforderungen
sind hierbei die Leistungsfähigkeit und Kosten der Batterien.
Die zurzeit verfügbaren Modelle können bei vertretbarem
Gewicht nicht genug Energie speichern, um mit konventionellen
Fahrzeugen vergleichbare Reichweiten zu ermöglichen.
Bei höheren Geschwindigkeiten wird der zweite Gang geschaltet,
indem das Sonnenrad mit dem Planetenträger über eine hydraulisch
betätigte Kupplung verbunden wird. Das Planetengetriebe
läuft als Block um und ermöglicht somit eine weitere Verbesserung
des Gesamtwirkungsgrades. Die Verbrennungskraftmaschine
läuft – soweit sie aktiv ist – nun im Bereich des optimalen
spezifischen Verbrauchs. Die Dynamik übernimmt in diesem
Fahrzustand bei Bedarf der elektrische Motor.
Der Abtrieb erfolgt über ein konventionelles Kegelrad-Differential,
das, wie auch eine Vielzahl anderer Bauteile, aus dem GETRAG
Standardbauteile-Katalog gewählt wurde. Das Konzept erlaubt es,
Standardbauteile mit hohem Produktionsvolumen zu verbauen.
Die Elektrifizierung des Straßenverkehrs lässt sich somit für
Kurzstrecken von bis zu 50 km vergleichsweise einfach umsetzen.
Schwierig wird es jedoch dann, wenn spontan darüber hinausgehende
Entfernungen zurückgelegt werden sollen.
Als Lösung hat GETRAG eine elektrische Antriebsstrang-Architektur
entwickelt – den Boosted Range Extender. Bei diesem
Konzept wird auf Kurzstrecken bis 50 km ein Elektroantrieb und
für längere Fahrten zusätzlich ein Verbrennungsmotor eingesetzt.
Die Gesamtreichweite eines Fahrzeuges mit installiertem
Boosted Range Extender ist vergleichbar mit der eines konventionellen
Fahrzeuges.
Funktionsweise
Das lastschaltfähige 2-Gang-Planetengetriebe ermöglicht eine
mechanische Kopplung der Verbrennungskraftmaschine und des
elektrischen Motors mit dem Abtrieb. Dadurch kann die gesamte
installierte elektro- und verbrennungsmotorische Leistung zum
Vortrieb genutzt werden. Dabei ist ein serieller sowie paralleler
Hybridbetrieb möglich. Die verfügbaren Übersetzungen erlauben
eine kosten- und bedarfsoptimierte Auslegung der elektrischen
Maschinen (Motor und Generator) sowie der Verbrennungskraftmaschine.
Der elektrische Antrieb übernimmt als Primärantrieb den größten
Anteil der dynamischen Fahrzustände, so dass die Verbrennungskraftmaschine
nur in einem kleinen Teil des gesamten
Kennfeldes genutzt wird. Somit ist eine deutlich fokussiertere
Optimierung hinsichtlich Wirkungsgrad, Kosten und Bauraum
möglich.
Das Lastschaltgetriebe wird über eine kompakte, integrierte
Steuermodul- / Hydraulikeinheit betätigt. Zum Anfahren hält eine
hydraulisch betätigte Bremse das Hohlrad des Planetengetriebes
gehäusefest, so dass im ersten Gang gefahren werden kann. Das
System befindet sich nun im elektrischen Betrieb, in dem der
elektrische Motor für den Vortrieb sorgt. Durch das erhöhte Raddrehmoment
der Übersetzung im ersten Gang werden sehr gute
Beschleunigungswerte sowie eine hervorragende Steigfähigkeit
erreicht. Bei niedrigem Ladezustand des elektrischen Speichers
wird die Verbrennungskraftmaschine zugeschaltet und sorgt über
den mit ihr verbundenen Generator im seriellen Betrieb für die
Energieversorgung. Bei im Stadtverkehr typischen Geschwindigkeiten
kann dann der Verbrennungsmotor im parallelen Betrieb
direkt mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt
werden.
Innerer Aufbau des Boosted Range Extenders
Kompletter Antriebsstrang Heckansicht
Kompletter Antriebsstrang Frontansicht

Vorteile für den Kunden
• Bestmöglicher Wirkungsgrad: Da sowohl der elektrische
Motor als auch der Verbrennungsmotor direkt mit der Straße
gekoppelt werden können, wird der bestmögliche Wirkungsgrad
erzielt.
• Effizienz: Die gewählte Kombination der mehrstofffähigen,
hocheffizienten Verbrennungskraftmaschine und des elektrischen
Motors mit dem lastschaltfähigen 2-Gang-Schaltgetriebe
erlaubt einen effizienten Betrieb in jedem Betriebspunkt.
• Emissionen: Durch den sehr geringen CO 2
-Ausstoß von ca.
35 g CO 2
/km (NEFZ) sind mit diesem Konzept verschärfte
Anforderungen zukünftiger Gesetzgebungen realisierbar.*
Der rein elektrische Betrieb ist hauptsächlich für den Stadtverkehr
vorgesehen, wodurch Ballungsräume von Lärm und
Emissionen entlastet werden.
• Leistung: Aufgrund der Kombination der Verbrennungskraftmaschine
und des elektrischen Motors lassen sich trotz
CO 2
- und kraftstoffverbrauchsoptimierter Auslegung hervorragende
Leistungsdaten erzielen.
Im Gegensatz zum Vollhybriden sind bei gleicher Systemleistung
bis zu 60% weniger Gesamtleistung im Fahrzeug
installiert.
• Kompakte Bauweise: Das eingesetzte 2-Gang-Lastschaltgetriebe
erlaubt den Einsatz der kleinstmöglichen Einzelkomponenten
und damit die beste Ausnutzung des Downsizing-
Effekts. Die Größe des Antriebsstrangs entspricht der eines
konventionellen Antriebsstrangs. Damit muss nur noch die
zusätzliche Batterie, die im Vergleich zum E-Fahrzeug klein
ausfällt, zusätzlich im Fahrzeug untergebracht werden.
• Kosten: Kleinstmögliche Einzelkomponenten und eine preiswerte
E-Maschine können bei diesem Konzept eingesetzt
werden. Auch ist es möglich, durch eine intelligente Mehrfachnutzung
der Systeme zusätzliche Hybrid-Systemkosten
wie zum Beispiel den Antrieb für den Klimaanlagenkompressor
einzusparen.
Technische Daten
Getriebe
Bauart:
Planeten-Lastschaltgetriebe
Anzahl Gänge: 2
Betätigung:
hydraulisch
Beölung:
interne 1-Kammer-Beölung,
keine externe Kühlung
max. Abtriebsdrehmoment: 3500 Nm
max. Breite:
516 mm
Installationslänge:
390 mm (mit E-Maschine)
Installationshöhe:
536 mm (mit E-Maschine)
Gewicht:
ca. 55 kg (ohne E-Maschine)
E-Maschine
Dauerleistung (@U HB
) : 30 kW - 45 kW
(je nach Fahrzeugplattform)
Maximalleistung (@300V): 45 kW - 80 kW
(je nach Fahrzeugplattform)
Kühlungskonzept:
wassergekühlt
max. Antriebsdrehmoment: 220 Nm
max. Antriebsdrehzahl:
Generator
Dauerleistung (@U HB
) :
Kühlungskonzept:
max. Antriebsdrehmoment:
max. Antriebsdrehzahl:
Umsetzbarkeit
12.000 1/min
10 kW - 20 kW
(je nach Fahrzeugplattform)
wassergekühlt
30 Nm
15.000 1/min
Dieses Konzept bedarf keiner Revolution in der Infrastruktur,
sondern ist kompatibel mit der vorhandenen Infrastruktur. Dies
ermöglicht eine zeitnahe und kundentaugliche Markteinführung.
• Fahrzustände: Im Boosted Range Extender wird ein effizienter,
emissionsfreier Elektroantrieb für z.B. Kurzstrecken
in der Stadt mit einem konventionellen Antriebsstrang für
hohe Reichweite optimal kombiniert. Durch die computergestützte,
intelligente Auswahl der Fahrzustände lassen sich
hohe Wirkungsgrade und ein niedriger Verbrauch realisieren.
Das System erlaubt es, die Auswahl der Fahrzustände auf
kunden- und marktspezifische Anforderungen anzupassen.
* Dieser Wert basiert auf einer Batterieauslegung, die eine Reichweite
von 50 km elektrisches Fahren bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit
von 50 km/h ermöglicht.
• Fahrspaß: Die Drehmomentcharakteristik des elektrischen
Motors erlaubt ein Plus an Fahrspaß im Vergleich zu konventionellen
Antrieben. Durch die Bereitstellung des vollen
Drehmoments schon ab Stillstand des Motors sowie die
Anbindung an das 2-Gang-Planetengetriebe können trotz
der geringen installierten Leistung Beschleunigungswerte
erreicht werden, die der Top-Motorisierung des jeweiligen
Fahrzeugmodells entsprechen.

GETRAG
Getriebe- und Zahnradfabrik
Hermann Hagenmeyer GmbH & Cie KG
GETRAG InnovationsCenter
Hermann- Hagenmeyer-Straße
74199 Untergruppenbach
Germany
www.getrag.com