Chancen und Perspektiven von HybridfahrzeugenGuillem Tänzer, taenzer@izes.de

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Abgrenzung von Hybridkonzepten

Hybridvarianten

Chancen von Hybridkonzepten

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Einleitung

Definition:

„Man spricht von einem Hybridantrieb, wenn dieser

durch mindestens zwei verschiedene Antriebs-

prinzipien und zwei verschiedene Energieträger

angetrieben wird“.

Quelle: Braess/Seiffert; Handbuch Kraftfahrzeugtechnik;

S.138; Vieweg; 3. Auflage 2003

Was genau versteht man unter einem Hybridantrieb?

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Einleitung

Grundsätzliche Vorteile eines Hybridantriebs?

Quelle: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Seibert; Präsentation: „Fahrzeugtechnische Überlegungen zu Hybrid-

Antrieben für Personenkraftwagen; S.4; 14.01.2000

Vgl. Primärenergiewirkungsgrad Pkw mit VKM-Motor / Elektromotor

0

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15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70

Fahrgeschwindigkeit [km/h]

Wir

kun

gsg

rad

[%

]

Substitution von Wirkungsgradnachteilen

Elektromotor<=>

Verbrennungsmotor

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Einleitung

Typ. Komponenten eines Hybridantriebs (PKW)?

[1] Quelle: http://www.dastuningblog.de/wp-content/uploads/2008/06/motor.jpg

[2] Quelle: http://blog.daimler.de/wp-content/uploads/2008/09/getriebe.jpg

[3] Quelle: http://www.kfztech.de/kfztechnik/alternativ/elomotor.jpg

[4] Quelle: http://www.stuttgarter-zeitung.de/media_fast/626/Hybrid_1332.JPG

[5] Quelle: http://www.contionline.com/generator/www/de/de/continental/automotive/themes/commercial_vehicles/img/powertrain/transmission_steuerung_automatik_de.jpg

Verbrennungsmotor [1] Elektromotor [3]Akkumulator [4]

Getriebe [2]Steuerung/Elektronik [5]

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Abgrenzung von Hybridkonzepten

Hybridvarianten

Chancen von Hybridkonzepten

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Abgrenzung von Hybridkonzepten

(Abgrenzung nach Funktionsprinzip)

Hybridantriebe

Paralleler Hybrid Serieller Hybrid Mischhybrid

Drehzahladdition

Momentenaddition

Zugkraftaddition

Einwellenhybrid

Zweiwellenhybrid

Kombinierter Hybrid

LeistungsverzweigterHybrid

Quelle: Dietrich Naunin; „Hybrid-, Batterie- und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge“;

S. 67; Expert Verlag; 4. Auflage; 2007

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Abgrenzung von Hybridkonzepten

(Abgrenzung nach Leistungsklasse)

Hybridantriebe

Quelle: Vgl. http://www.hybrid-autos.info

~2-5 KW*: Micro Hybrid (Start Stop)

~7-15 kW*: Milder Hybrid

~15-30 kW*: Voll Hybrid

> ~30 kW*: Power Hybrid

*Leistung des Elektromotors

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Abgrenzung von Hybridkonzepten

Hybridvarianten

Chancen von Hybridkonzepten

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Hybridvarianten

Mögliche Betriebszustände (Abgrenzung nach Leistungsklasse)

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Hybridvarianten

Der Micro Hybrid

Elektrischer Fluss

Mechanischer Fluss

konv. Batterie

Elektromotor/Generator„Start-Stopp“

Verbrennungsmotor Kupplung Getriebe

Kraftstofftank

Antriebsachse V/H

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Hybridvarianten

Der parallele Hybrid (als milder oder Vollhybrid)

Elektrischer FlussMechanischer Fluss

konv. Batterie

Elektromotor/Generator„Start-Stopp“

Verbrennungsmotor Kupplung Getriebe

Kraftstofftank

Antriebsachse V/H

Akkumulator

Elektromotor/Generator

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Hybridvarianten

Der serielle Hybrid (als Power Hybrid)

Elektrischer Fluss

Mechanischer Fluss

Akkumulator

Verbrennungsmotor

Kraftstofftank

Antriebsachse V/H

Generator/Elektromotor 1 und 2

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Info 1

Hybridvarianten

Der Mischhybrid „Through the Road“ (als Vollhybrid)

Elektrischer Fluss

Mechanischer Fluss

Kupplung Getriebe

Kraftstofftank

Antriebsachse V/H

Akkumulator

Elektromotor/Generator

Elektromotor/Generator„Start-Stopp“

Kupplung

Antriebsachse V/H

konv. Batterie

Verbrennungsmotor

���� Bemerkung: mit Allradfunktionalität

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Hybridvarianten

Der Mischhybrid „Power Split“ (als Power Hybrid)

Elektrischer Fluss

Mechanischer Fluss

Akkumulator

Verbrennungsmotor

Kraftstofftank

Antriebsachse V/H

Generator/Elektromotor

Generator/Elektromotor

Planetengetriebe

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Hybridvarianten

Weitere Hybridvarianten (Abgrenzung nach Funktionsprinzip)

• „Two Mode“ Hybrid

• „Torquessplit“ Hybrid

• „Plug-In“ Hybrid (ggf. Ladung des Akkumulators über das Stromnetz)

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Hybridvarianten

(Ideales) Fahrprofil von Hybridfahrzeugen

> 100 km/h≤ ~ 20 %Autobahn

0 - 100 km/h≥ ~ 80 %∑ gemischt

(Stadt+Land)

50 - 100 km/h≥ ~ 40 %Land

0 - 50 km/h≥ ~ 40 %Stadt

Geschw.-BereichFahranteile für eine sinnvolle

Hybrid Fzg.-NutzungTyp

Fazit: Ausschließlicher Autobahneinsatz ist für Hybridfahrzeuge ungeeignet.

„Die Fahrgewohnheiten eines Nutzers bestimmen den Sinn oder Unsinn eines Hybridfahrzeugs“

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Hybridvarianten

NEFZ Fahrzyklus

Quelle: http://www.ivb.tu-bs.de/bilder/projekte/h1_3.jpg

NEFZ Fahrzyklus

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Abgrenzung von Hybridkonzepten

Hybridvarianten

Chancen von Hybridkonzepten

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Exkurs Erdöl – Förderung (1940-2050)

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe; pdf-Internetbroschüre; „Energierohstoffe: Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit“; S.15; http://www.bgr.bund.de; 18.06.2009

„Peaks“

konv. Erdöl

konv. Erdöl incl. Ölsande

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Exkurs Erdöl – Preisentwicklung (1960-heute)

Quelle: http://www.tecson.de/poelhist.htm

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Exkurs CO2 – Entwicklung (1860-2000)

Quelle: http://www.volker-quaschning.de/artikel/klimaexperiment/index.html

CO2-Konzentration

CO2-Emissionen

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Exkurs Verkehr

Quelle: http://www.kba.de/cln_005/nn_191172/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/FahrzeugklassenAufbauarten/b__fzkl__zeitreihe.html

���� Zukunft: Einführung von ZEV-Zonen (Zero Emission Vehicle)?

Verlauf Fahrzeugbestand Deutschland (KBA)

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07

Mill

ion

en

Jahr

Besa

nt

an

Pkw

's

Pkw's

Verkehrsleistung Pkw‘s:

2004: 887 Mrd. km

2025: 1030 Mrd. km

(Prognose)

���� Gesamtzunahme des Verkehrsaufkommens

Quelle: BVBS; „Die Verkehrsentwicklung in

Deutschland und deren Auswirkungen auf die

Verkehrsinfrastruktur“; Dipl.-Ing. Gipper; S.5; Präsentation 18.112008

Fahrzeugbestand in Mio.

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Chancen von Hybridfahrzeugen

„Die Hybridtechnik ist eine der wenigen Möglichkeiten, das heute hochoptimierte

Verbrennungsmotorenkonzept nochmals um relevante Prozentpunkte sparsamer zu

gestalten - mit Zukunftsperspektiven“

Steigende Attraktivität eines Hybridfahrzeugs:

• Gesetzliche Restriktionen („CO2-Steuer“, etc.)

• Steigende Rohölpreise

• Geringer Mehrpreis im Vgl. zum konventionellen Fzg. / Wirtschaftlichkeit

• Funktionalität in Volumenmodellen

• Hohes Verkehrsaufkommen (kommt einem Hybridfahrprofil entgegen)

• Gute Energiebilanz im gesamten Produktlebenszyklus (Herstellung/Nutzung/Entsorgung)

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Zukunftspotential von Hybridfahrzeugen

• Einsparung von ca. 25 % des Kraftstoffverbrauchs bei geeignetem Fahrprofil im Vgl. zu einem konventionellem PKW

• Entlastung von Innenstädten im ZEV Modus (Voll/Power Hybrid)

• Übergangslösung – in Kombination mit Biokraftstoffen ggf. nachhaltig(er)

• Weiterentwicklung zum (reinen) Elektromobil mit Reichweitenoptimierung (Verbrennungsmotorisch oder alternativ, z.B. Brennstoffzelle)

Insbesondere: Technologischer Fortschritt in Richtung Elektromobilität / Brennstoffzellenfahrzeuge wegen artverwandter Technologie!

Zukunft: Erhöhung Anteil an regenerativen Energieträgern zur Stromproduktion, Elektrofahrzeuge als dezentrale Energiespeicher vorstellbar, etc.

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Chancen von Hybridfahrzeugen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Quelle: http://993c4s.com/wp-content/uploads/2008/09/4x4-lohner-porsche.jpg

1900: Der „Lohner“ Porsche, mit Allradnabenmotoren als Rennversion!