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Range Extender auf der Straße

Mahle-Entwicklung fahrbereit in Demonstrator
Range Extender auf der Straße

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Um einen Ausblick auf eine batterieelektrische Mobilität ohne Reichweiteneinschränkung zu geben, hat Mahle im vergangenen Jahr auf der IAA einen Range Extender vorgestellt. Der selbst entwickelte und gebaute Zweizylinder-Ottomotor mit 0,9 l Hubraum und einem in das Kurbelgehäuse integrierten Generator ist jetzt fahrbereit in einem Demonstrator-Fahrzeug der Kompaktklasse eingebaut.

Nachteile der Traktionsbatterien sind hohe Kosten und geringe Reichweite. Eine unkomplizierte Lösung bietet der Range Extender. Bei diesem Antriebskonzept schaltet sich bei zu geringer Batterieladung ein kleiner Verbrennungsmotor zu, der mithilfe eines nachgeschalteten Generators die Batterie wieder auflädt. Durch den Einsatz eines Range Extenders wird die Batterie somit deutlich kleiner und kostengünstiger ausgelegt. Gleichzeitig steigt die Reichweite elektrisch angetriebener Fahrzeuge signifikant.

Um die Vorteile der Kombination „Verbrennungsmotor plus Elektroantrieb“ aufzuzeigen, hat Mahle einen kompletten Range-Extender-Antrieb von Grund auf selbst entwickelt. Das 2011 auf der IAA vorgestellte Konzept für ein Kompaktklasse-Fahrzeug umfasst einen Hubkolbenmotor mit zwei Zylindern in Reihe und 0,9 l Hubraum. Das nach dem Viertakt-Prinzip arbeitende Aggregat entwickelt eine Leistung von 30 kW. Dies reicht aus, um das Ladeniveau der Batterie selbst bei schneller Autobahnfahrt zu erhalten. Der zweite Hauptbetriebspunkt bei 15 kW Leistung dient zur Aufladung der Batterie. Das Aggregat arbeitet hauptsächlich unter Volllast und treibt direkt einen im Kurbelgehäuse integrierten Generator an, der Strom für die Batterie erzeugt. Zwischen Verbrennungsmotor und Rädern gibt es keine mechanische Verbindung.
Bewusster Verzicht auf kostspielige Technik
Auffälliges Charakteristikum des kleinen Verbrennungsmotors ist der bewusste Verzicht auf kostspielige Technik. Da er in einem überwiegend stationären Zustand betrieben wird, sind Aufladung, variabler Ventiltrieb und mehr als zwei Ventile pro Zylinder nicht erforderlich. Auf eine Ausgleichswelle wird bewusst verzichtet. Die Festlegung auf gegenläufige Zündzeitpunkte bei 0 und 180° Kurbelwelle sowie gezielte Eingriffe in den Generatorbetrieb senken die Dreh-Ungleichförmigkeiten des Zweizylinders signifikant und sorgen für ein gutes NVH-Verhalten.
Mit Abmaßen von 481 x 416 x 327 mm und einer Masse von weniger als 65 kg inklusive Generator kann der Range Extender zum Beispiel bequem im Motorraum oder in der Reserveradmulde im Fahrzeugheck untergebracht werden. Denkbar sind alle beliebigen Einbaulagen, von 0 (stehend) bis 90° (liegend).
Zur weiteren Erprobung und für den Nachweis der Alltagstauglichkeit hat Mahle ein Demonstrator-Fahrzeug aufgebaut. Basis ist ein gängiges Serienfahrzeug der Kompaktklasse, dem dieser Range-Extender-Antrieb implantiert wurde. Er umfasst einen permanentmagneterregten Synchronmotor mit 55 kW Dauerleistung und 100 kW Spitzenleistung sowie ein Zweigang-Untersetzungsgetriebe. Zusammen mit einer Lithium-Ionen-Batterie mit 14 kWh Energieinhalt erreicht der Demonstrator im Zyklus eine rein elektrische Reichweite von mehr als 60 km. Dabei ist die Fahrdynamik durchweg mit dem Serienfahrzeug vergleichbar: Zum Beispiel dauert die Beschleunigung von 0 auf 100 km/h nur 12 s, die Dauer-Höchstgeschwindigkeit beträgt 120 km/h, kurzfristig ist sogar Tempo 145 möglich. Die 25 l Tankvolumen garantieren zusätzlich mehr als 400 km Reichweite. Der CO2-Ausstoss im NEFZ ist mit 45 g/km gering.
Neben dem Motorkonzept und den Motorkomponenten hat Mahle Powertrain auch die gesamte Motorsteuerung sowie das Thermomanagement des Range-Extender-Systems und der Batterie realisiert. Beispielsweise wurde intensiv an Betriebsstrategien zum sicheren und CO2-optimierten Laden der Batterie gearbeitet.
Der Range-Extender-Demonstrator zeigt, dass durch intelligente Kombination von batterieelektrischem Antrieb und verbrennungsmotorisch unterstützter On-Board-Stromerzeugung eine umweltfreundliche Mobilität möglich ist: emissionsarm, lokal schadstofffrei und fast ohne Reichweiteneinschränkung. Dass dies dank Verbrennungsmotor und modernem Thermomanagement auch im Winter (energieintensive Heizung) und Sommer (energieintensive Klimatisierung) fast ohne Einschränkung der Reichweite möglich ist, ist ein weiterer Vorteil dieses innovativen Antriebsstrangkonzepts.
Mahle; Telefon: 0711 501-0; E-Mail: info@mahle.com
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