Auf die Größe kommt es an!

FEV ePGS: Der ultrakompakte Hybridantrieb

18. Mai 2015 | Engineering Service

Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist in nahezu allen Fahrzeugsegmenten notwendig, um die angestrebten Flottenverbrauchsziele in Zukunft zu erreichen. Gleichzeitig verläuft die Einführung reiner Elektrofahrzeuge durch die relativ niedrige Energiedichte und die hohen Kosten der Batterie weniger dynamisch als erhofft. Vor allem Plug-In-Hybride können hier einen wichtigen Beitrag liefern, da sie die Vorteile der elektrischen Antriebe vor allem auf der Kurzstrecke und des Verbrennungsmotors auf der Langstrecke optimal nutzen. Weil allein die elektrische Reichweite – und somit die Batteriegröße – die Höhe der CO2-Emissionen bestimmt, lässt sich durch entsprechende Anpassung der Batteriekapazität der Normverbrauch um über 50 Prozent reduzieren. Dieses Konzept stellt jedoch einen massiven Eingriff in die Getriebekonstruktion dar und erfordert neben einem vollwertigen konventionellen Antriebsstrang mindestens eine E-Maschine sowie eine vergleichsweise große Batterie. Somit fallen zusätzliche Kosten bei relativ kleinen Produktionsvolumina an. Für die Hersteller gilt es daher, Konzepte zu entwickeln, die möglichst kompakt sind und modular mit unterschiedlichen Getrieben kombiniert werden können. Ein Konzept, um diesen Zielkonflikt zu lösen, bietet FEV mit dem kompakten ePGS-Modul.

Plug-In-Hybridfahrzeuge können auch längere Strecken mit hoher Geschwindigkeit rein elektrisch zurücklegen. Dazu ist unter realen Betriebszuständen eine elektrische Leistung der E-Maschine von 70 bis 100 kW notwendig. Vor allem bei Fahrzeugen mit quer eingebautem konventionellem Antrieb spielt die zusätzliche Baulänge der Hybrideinheit aus E-Motor, Trennkupplung und Dämpfer eine wesentliche Rolle, da der benötigte Bauraum mit der Leistung des Elektromotors steigt.

Gängige Hybridisierungsansätze

Eine gängige Hybridtopologie stellt der sogenannte P2-Hybrid dar. Dabei ist die Traktionsmaschine koaxial zwischen Verbrennungsmotor und Getriebeeingang positioniert und lässt sich durch eine Kupplung vom Verbrennungsmotor trennen, um rein elektrisch fahren zu können.

Im Volkswagen Golf GTE bzw. im Audi A3 e-tron wird der E-Motor vollständig in das Doppelkupplungsgetriebe integriert. Dazu ist ein massiver Eingriff in das Getriebe notwendig und es entsteht eine zusätzliche Variante, die nur bei großen Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll ist.

Eine andere Möglichkeit ist die Anordnung der E-Maschine achsparallel zur Getriebewelle. Diese Anordnung ermöglicht eine neutrale Baulänge, benötigt aber eine zusätzliche Übertragungseinheit.

>>Für die Hersteller gilt es, Konzepte zu entwickeln, die möglichst kompakt sind und modular mit unterschiedlichen Getrieben kombiniert werden können.

FEV ePGS: alltagstauglich und klein

Eine kompakte Alternative wurde bei FEV in Form des ePGS-Moduls entwickelt. Dieses lässt sich mit allen gängigen Getriebevarianten verbinden. Die Kombination mit einem Automatik- oder CVT-Getriebe ist jedoch am sinnvollsten, da hierbei der Wandler vollständig eliminiert werden kann, wodurch Bauraum für das ePGS-Modul entsteht. Dank der sehr guten Regelbarkeit des E-Motors lässt sich ein vergleichbarer Komfort beim Anfahren wie mit einem Wandlerautomaten erzielen. Da der Elektro­motor beim Anfahrvorgang im Generatorbetrieb läuft und damit auch bei leerer Batterie zur Verfügung steht, kann zudem auf ein Anfahrelement verzichtet werden. Beim Wiederstart des Verbrenners aus dem EV-Modus nutzt das ePGS zusätzlich die Massenträgheit der E-Maschine aus. Durch Schließen der Kupplung wird die E-Maschine verzögert und der Verbrenner direkt auf Synchrondrehzahl beschleunigt. Dies geschieht bei entsprechender Regelung der E-Maschine nahezu ruckfrei. Auch muss keine Momentenreserve für den Wiederstart des Verbrenners in der E-Maschine vorgehalten werden, so dass die gesamte zur Verfügung stehende Leistung im EV-Modus genutzt werden kann. Dieser Umstand reduziert die Baulänge des Antriebs zusätzlich, da die Maschine bis zu 10 kW weniger Leistung benötigt als ein vergleichbares P2-Konzept.

Fahrmodi des ePGS-Antriebs im Lever-Diagramm

Fahrmodi des ePGS-Antriebs im Lever-Diagramm

Die Alltagstauglichkeit des ePGS wurde in mehreren Prototypen und im Rahmen einer Serienentwicklung demonstriert. Dabei wurden – je nach Hybrid-Topologie – die CO2-Emissionen im Hybrid-Modus um 15 bis 25 Prozent und als Plug-In um über 50 Prozent reduziert.

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