Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Karlsson » So 11. Feb 2018, 15:06

Kleine Erklärung zu unterschiedlichen Antrieben, da es immer wieder Mißverständnisse gibt:

1 BEV = Batterie Electric Vehicle: Ist ein reines Elektroauto. Der Antrieb erfolgt ausschließlich elektrisch und es kann auch keinen Strom aus Benzin, Diesel, Gas oder Wasserstoff erzeugen.

2 HEV = Hybrid Electric Vehicle: Ist ein Hybridfahrzeug mit Elektromotor und Verbrenner ohne externe Lademöglichkeit. Diese Erklärung wird komischerweise von vielen einfach ohne Rückfragen hingenommen und es kommt dann zu entsprechend vielen Mißverständnissen bezüglich des Aufbaus.
Es gibt grundsätzlich 3 mögliche Varianten:

- 2a Serieller Hybrid:
Der Verbrenner macht Strom und der Elektromotor fährt mit diesem Strom, es gibt keine mechanische Verbindung zwischen Verbrenner und Rädern. Es gibt meist einen Pufferakku, grundsätzlich ist der aber nicht notwendig. Der mechanische Antriebsstrang entspricht einem BEV.
Beispiele: Nissan Note E-Power https://www.motor-talk.de/news/elektro-nissan-mit-benziner-statt-steckdose-t5853244.html, Dieselelektrische Lokomotive https://de.wikipedia.org/wiki/Diesellokomotive#Elektrische_Kraft%C3%BCbertragung

- 2b Paralleler Hybrid:
Der Elektromotor sitzt mit im Antriebsstrang. Das kann direkt auf der Kurbelwelle sein oder im Getriebe dahinter. Je nach Anordnung ist es möglich, temporär elektrisch bei stehendem Verbrenner zu fahren oder eben nicht.
Der E-Motor kann als Booster und zur Rekuperation genutzt werden, daher ist auch ein Pufferakku notwendig. Dadurch kann eine Lastpunktverschiebung erreicht werden, die den Verbrenner etwas besser nutzt.

- 2c Leistungsverzeigter Hybrid:
Das ist das System, das Toyota inzwischen perfektioniert hat. https://de.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive Man kann das auch als elektrisches Verspannungsgetriebe bezeichnen. Der Verbrenner kann hier nicht ohne E-Motoren die Räder antreiben, ein Teil der Leistung geht immer über den elektrischen Pfad. Es ist aber möglich, rein elektrisch zu fahren.
Toyota nutzt dafür ein Planetengetriebe, es gibt keine Gänge und auch kein CVT-Getriebe, wie man es in manchen Automatikfahrzeugen oder bei Rollern nutzt.

3 PHEV = Plugin Hybrid Electric Vehicle:
Im Gegensatz zum HEV gibt es hier immer einen Akku und dieser kann auch extern geladen werden. Auch beim PHEV gibt es wieder die 3 grundsätzlichen Ausprägungen und dazu auch noch Mischformen daraus.

- 3a Serieller Plugin Hybrid:
Der mechanische Antrieb entspricht auch wieder einem BEV, der Verbrenner hat keine Verbindung zu den Rädern.
Kaufbares Produkt: BMW i3 mit Range Extender. Beim i3 ist der Motor sehr klein und nur als Rückversicherung ausgelegt, ein besonders hoher Wirkungsgrad stand da nicht im Focus, sondern es sollte klein und leicht sein.
Das muss aber nicht grundsätzlich so sein, wenn man den Nissan Note E-Power mit einer externen Lademöglichkeit ausstatten würde, wäre das auch ein serieller PHEV. Man kann dem somit durch die Größe von Akku und Verbrenner stufenlos mehr den Charkter eines BEV mit Rückversicherung oder eines HEV mit externer Lademöglichkeit aber nur geringer E-Reichweite geben.

- 3b Paralleler Plugin Hybrid:
Wie paralleler Hybrid, aber mit extern aufladbarem Akku. Beispiele: Alle VW GTE, Audi A3 E-tron, alle aktuellen PHEV von Daimler, Mercedes.

- 3c Leistungsverzweigter Plugin Hybrid:
Da gibt es nur den Toyota Prius Plugin. Wie 2c mit dem einzigen Unterschied, dass der Akku größer und extern ladbar ist.

4 PHEV Mischformen:
Der Mitsubishi Outlander und der Opel Ampera lassen sich hier nicht eindeutig zuordnen. Der Outlander kann mit dem Benziner bei höheren Geschwindigkeiten die Räder direkt antreiben und ist dann ein paralleler PHEV, bei niedrigen Geschwindkeiten wird er aber zum seriellen PHEV, wo der Verbrenner ausschließlich Strom macht. Das hat einen besonderen Charme - als Paralleler PHEV ist er auf der Autobahn effizienter, aber er kommt mit nur einem Gang und nur einer Kupplung aus.
Der Opel Ampera hat gleich 3 Kupplungen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten arbeitet er als serieller PHEV, bei höheren Geschwindigkeiten dagegen als PHV mit Leistungsverzweigung. In letzterem Fall ähnelt der Antrieb stark dem Prius PHEV. Auch der Ampera nutzt ein Planetengetriebe und hat keine Gänge.

Ich hoffe, dass manchem jetzt vielleicht einiges etwas klarer geworden ist.
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Schüddi » So 11. Feb 2018, 15:40

Mir persönlich ist das alles klar. Aber einen I3 ist für mich rein logisch betrachtet ganz klar ein BEV ob mit oder ohne REX.
Ein Plug In Hybrid kann es für mich nicht mit einem REX geben das wäre total unlogisch.
Plug In = Stecker + Hybrid = zwei aufeinander abgestimmte Antriebe + REX = Stromgenerator
Ich habe noch nie von einem Plug In Hybrid Rex Fahrzeug gehört. Nur von einem BEV mit REX
Ein REX ist ein kleiner Stromgenerator der im Notfall den BEV bis zur nächsten Lademöglichkeit helfen soll und ist nicht primär als alltäglicher Antrieb ausgelegt. Das es serielle und parallele Plug-In Hybriden gibt ist logisch aber es gibt definitiv keinen keinen Plug-In Hybrid mit zusätzlichem REX!
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Gerhard, OA » So 11. Feb 2018, 17:16

warum schreibst du das nicht ins wiki, da wird es sogar in 5 Wochen noch gefunden.
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Karlsson » Mo 12. Feb 2018, 22:08

Gerhard, OA hat geschrieben:
warum schreibst du das nicht ins wiki, da wird es sogar in 5 Wochen noch gefunden.

Hm, das scheint mir da nicht wirklich rein zu passen. Ich wüsste zumindest nicht, in welche Rubrik das gehören würde.

Schüddi hat geschrieben:
Plug In = Stecker + Hybrid = zwei aufeinander abgestimmte Antriebe

Was Du da auch immer mit abgestimmt meinst - alles, was batterieelektrisch fahren kann und außerdem auch mit einem Verbrenner (egal ob über einen mechanischen oder elektrischen Pfad) ist ein PHEV.

Schüddi hat geschrieben:
Das es serielle und parallele Plug-In Hybriden gibt ist logisch aber es gibt definitiv keinen keinen Plug-In Hybrid mit zusätzlichem REX!

Auch diese komische Idee ist meines Wissens auch noch Niemand gekommen. Die Kritik an den PHEV ist ja, dass der eine Verbrenner schon meist viel zu groß ist und nur unnützer Ballast. Wenn vom PHEV mit Rex gesprochen wird, ist da natürlich gemeint, dass der Verbrenner klein ausgeführt ist. Als Rückversicherung oder für den gelegentlichen Einsatz.
Dass der Pfad über Strom geht, ist aber nicht kennzeichnend für einen Range Extender. Das machen die Diesellok und der Nissan Note E-Power genauso, sind bloß eben auf eine höhere Effizienz ausgelegt.
Der Vorteil des rein elektrischen Pfades ist, dass man überhaupt keine Rücksicht auf Drehmomentverläufe etc nehmen muss. Auch Schwungmasse ist völlig egal, der Motor kann total träge und einfach nur auf Effizienz getrimmt sein. Es ist auch völlig egal, wo er genau untergebracht ist und er lässt sich prinzipiell gut skalieren.
Das schöne an dem Aufbau ist, dass der Antriebsstrang schon dem Elektroauto entspricht und man den RangeExtender dann eben dazu nehmen oder weg lassen kann. Auch kann man den Akku beliebig skalieren und den Range Extender dann entsprechend runter skalieren und das ganze geht dann schon weit in Richtung Elektroauto, auch wenn es natürlich ein PHEV bleibt.
Aber so wäre ein sanfter Umstieg möglich. Und zwar sofort mit bestehender Technik ohne wahnsinnig günstige Wunderakkus mit gigantischer Kapazität, die wir vielleicht 2035 haben werden oder 2050 noch immer nicht.
Auch wäre es eben eine Gleichteilestrategie dadurch, dass der elektrische Antriebsstrang vom E-Auto genommen werden kann.
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Solarmobil Verein » Mo 12. Feb 2018, 22:30

Der Ampera ist nicht ganz korrekt erklärt. Das gilt so in etwa nämlich nur, wenn der Akku leer ist bzw. im Halten-Modus gefahren wird.

Grundsätzlich gilt zudem: Wird eine hohe Leistung angefordert, also wenn man z.B. stark beschleunigt, arbeitet der Ampera im seriellen Modus, unabhängig von der Geschwindigkeit.
Man merkt es, wenn man z.B. ca. 100km/h fährt und dann zum Überholen ansetzt. Dann kommt die "Ampera-Gedenksekunde", der braucht so eine halbe Sekunde zum Umschalten von Leistungsverzeigung/Effizienzbetrieb zu Leistungsbetrieb (die Kupplungen müssen schalten).

Einen richtigen Parallelmodus gibt es beim Ampera nicht wegen des Planetengetriebes.

Wenn man in den Sport-Modus schaltet, sieht es auch nochmal ein wenig anders aus.

Sollte ich mal Zeit und Muße habe und ohnehin eine längere Strecke mit REx-Unterstützung fahren, schaue ich mir das mit Torque mal an, wann bei welchem Geschwindigkeitsbereich wie bei welcher Leistungsanforderung verfahren wird. Habe ein altes Handy jetzt als Dashboard in Nutzung ...

Grundsätzlich: Die Programmierung des Ampera ist so, daß sie versucht, den jeweils energiesparendsten Modus zu nutzen.
Feststellung: Im Geschwindigkeitsbereich von ca. 90-125km/h gelingt das im Halten-Modus (bzw. bei leerem Akku) eher schlecht als recht. Es ist effizienter, denn Akku im Berg-Modus auf die 40% zu laden, die er da maximal macht - und diesen Strom dann am Stück zu verfahren. Anders würde er nämlich alle paar Minuten den Motor starten und stoppen (die Hysterese ist hier zu klein gewählt). Die Methode mit dem Berg-Modus ist ca. 5-8% besser, also entsprechend mehr Strecke bei gleichem Energieverbrauch. Allerdings erfordert diese Methode öfters einen Nutzereingriff (manuelles Wechseln zwischen Normal- und Berg-Modus erforderlich).
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Schüddi » Mo 12. Feb 2018, 22:47

Karlsson hat geschrieben:
Wenn vom PHEV mit Rex gesprochen wird, ist da natürlich gemeint, dass der Verbrenner klein ausgeführt ist. Als Rückversicherung oder für den gelegentlichen Einsatz.
.... Das machen die Diesellok und der Nissan Note E-Power genauso, sind bloß eben auf eine höhere Effizienz ausgelegt.

Eine Diesellock ist ein Plug In, den man extern mit Strom lädt mit gelegentlicher Nutzung des Verbrenners?
Naja ziemlich untransparent das ganze. Für mich bleibt der I3 ein BEV. Auch mit Notstromgenerator an Bord. Auch jedes andere BEV das einen Notstromgenerator mit schleppt. Ein Hybrid bleibt für mich ein Fahrzeug das mit beiden Antrieben funktioniert.
Der I3 kann im Alltag definitiv ohne den Notstromgenerator auskommen.
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon iOnier » Mo 12. Feb 2018, 23:14

Karlsson hat geschrieben:
Gerhard, OA hat geschrieben:
warum schreibst du das nicht ins wiki, da wird es sogar in 5 Wochen noch gefunden.

Hm, das scheint mir da nicht wirklich rein zu passen. Ich wüsste zumindest nicht, in welche Rubrik das gehören würde.

Vielleicht hierhin als neuer Punkt 4?
alles, was batterieelektrisch fahren kann und außerdem auch mit einem Verbrenner (egal ob über einen mechanischen oder elektrischen Pfad) ist ein PHEV.

Der i3 weist in der Tat die technische Struktur eines seriellen PHEV auf. Ist aber keiner, denn das Wesen seines Konzepts ist ein anderes.

Ein Hybride ist vom Konzept her immer ein Fahrzeug mit Verbrenner als Primärantrieb, der elektrische Anteil stellt nur dessen "Übersetzung" dar, ersetzt also ein mechanisches Schalt- oder besser: ein CVT-Getriebe, allenfalls kann er noch als "Booster" dienen (von speziellen Konstruktionen abgesehen nicht beim seriellen Hybriden). Das liegt in der Bezeichnung "Hybrid": es ist ein hybridisierter "klassischer", verbrennungsmotorischer Antrieb.

Ein BEV mit REX ist vom Konzept her eben ein BEV, der Verbrenner tritt als Antrieb in den Hintergrund. Das lässt sich auch an seiner viel geringeren Leistung ablesen, was z.B. dazu führt, dass der i3 im REX-Betrieb bei (fast) leerer Fahrbatterie in der Leistung erheblich reduziert ist. Schreibst Du ja im Folgenden im Grunde selber:
Wenn vom PHEV mit Rex gesprochen wird, ist da natürlich gemeint, dass der Verbrenner klein ausgeführt ist. Als Rückversicherung oder für den gelegentlichen Einsatz.

Und noch:
Dass der Pfad über Strom geht, ist aber nicht kennzeichnend für einen Range Extender. Das machen die Diesellok und der Nissan Note E-Power genauso, sind bloß eben auf eine höhere Effizienz ausgelegt.

=> eben! Genau da liegt der Hase im Pfeffer. Der Verbrenner ist hier der eigentliche Antrieb, die von ihm abgegebene teuer erkaufte mechanische Energie soll möglichst verlustarm und zugleich komfortabel (E-Antrieb als "stufenloses Getriebe") auf die Straße gebracht werden.
Gruß
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Schüddi » Mo 12. Feb 2018, 23:19

Danke! Genau so meinte ich das. :D
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon Karlsson » Mo 12. Feb 2018, 23:39

iOnier hat geschrieben:
Vielleicht hierhin als neuer Punkt 4?

Hm, müsste man wohl nich etwas umschreiben dafür, aber könnte man mal machen, ja...

Das konzeptionelle beschreibst Du schon richtig, dennoch bestimmt die Struktur die Zuordnung und da ist ein i3 mit Range Extender nun mal ein PHEV.
Und wie ich eben schrieb, kann man diese Struktur sowohl sehr in Richtung Verbrenner (mit großem Verbrennungsmotor und kleinem Akku) als auch sehr in Richtung Elektroauto (mit größerem Akku und eher nicht so großem Verbrenner) ausrichten.
So liegt ja der Ampera von seiner Konzeption zB zwischen GTE und i3 REX.

Meine persönliche Meinung hier ist, dass es dringend an PHEV mit konzeptioneller Ausrichtung in Richtung E-Auto fehlt.
Dabei ist mir der i3 allerdings noch etwas wenig - an dem gefällt mir überhaupt nicht, dass die Abwärme des Verbrenners nicht genutzt wird. Ansonsten kann man mit 33kWh und CCS immerhin auch schon mal längere Strecken rein elektrisch gut angehen.

Interessant finde ich auch die Struktur des Outlanders. Der kann immerhin auf langen Strecken verlustarm direkt die Räder mit dem Verbrenner antreiben und hat trotzdem nur eine Kupplung und einen Gang. Das ist technisch schön gelöst. Schade, dass es das nur in dem SUV gibt. Das mit 2WD, 20kWh und CCS in Limousine und Kombi - das könnte ein Renner zum wirklich vertretbaren Preis werden.
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Re: Basiswissen Antriebe BEV, HEV, PHEV

Beitragvon iOnier » Di 13. Feb 2018, 01:54

Karlsson hat geschrieben:
Das konzeptionelle beschreibst Du schon richtig, dennoch bestimmt die Struktur die Zuordnung

Nach wessen Definition? Gibt es da eine allgemeingültige Festlegung? Wo / Quelle?
IMO kann man da durchaus geteilter Meinung sein. Und zur "Struktur" gehört ja nicht nur die rein mechanische Auslegung, sondern auch die leistungsbezogene. Beim BEV mit REX ist die Leistung des Verbrenners halt viel geringer als die des E-Motors mit der Folge, dass im reinen REX-Betrieb z.B. maximale Beschleunigung nud Höchstgeschwindigkeit bei weitem nicht erreicht werden => Verbrennerbetrieb als "Notlösung", nicht als anzunehmender "Regelfall".
Und wie ich eben schrieb, kann man diese Struktur sowohl sehr in Richtung Verbrenner (mit großem Verbrennungsmotor und kleinem Akku) als auch sehr in Richtung Elektroauto (mit größerem Akku und eher nicht so großem Verbrenner) ausrichten.

Ja, so dass damit natürlich auch "Übergangskonstruktionen" denkbar sind. Aber kaum auftreten werden. Was hätte ich zum Beispiel von einer 50:50-Auslegung? Mal als Zahlenbeispiel: 30% Systemleistung elektrisch reichen für den Stadtverkehr, 70% Systemleistung "fossil" für fast jede Situation auf AB / Landstraße, hier muss der E-Motor selten zugeschaltet werden (beim starken Beschleunigen z.B., oder beim Anfahren, wenn man für den Verbrenner mit einem 1-Gang-Getriebe hinkommen möchte (auch sinnvoll!)). Aber 50:50? In der Stadt elektrisch über-, auf Strecke fossil untermotorisiert, der E-Motor muss immer wieder mitarbeiten und den Akku leersaugen. Unfug.
Meine persönliche Meinung hier ist, dass es dringend an PHEV mit konzeptioneller Ausrichtung in Richtung E-Auto fehlt. Dabei ist mir der i3 allerdings noch etwas wenig - an dem gefällt mir überhaupt nicht, dass die Abwärme des Verbrenners nicht genutzt wird.

Wurde im i3-Forum ja schon diskutiert. Ein Fazit das ich dort lesen konnte war: für die wenigen Fahrten, die bei Kälte absolviert werden und den Einsatz des REX erfordern wäre der technische Aufwand unverhältnismäßig. Finde ich nachvollziehbar. Aber AFAIK gibt's nur entweder REX oder Wärmepumpe, was die Sache wieder etwas relativiert. Dennoch: jeder technische Zusatzaufwand bedeutet auch eine Vergrößerung des "ökologischen Rucksacks", was man durch die erzielte Ersparnis (über den Durchschnitt aller Fahrzeuge des Typs, nicht auf Deinen Einzelfall bezogen!) auch erst mal wieder "rausfahren" muss.
Interessant finde ich auch die Struktur des Outlanders. Der kann immerhin auf langen Strecken verlustarm direkt die Räder mit dem Verbrenner antreiben und hat trotzdem nur eine Kupplung und einen Gang. Das ist technisch schön gelöst. Schade, dass es das nur in dem SUV gibt. Das mit 2WD, 20kWh und CCS in Limousine und Kombi - das könnte ein Renner zum wirklich vertretbaren Preis werden.

Ja, das technische Konzept des Outie ist schon fast genial und ja, wenn es den als Kombi gäbe und wir jetzt ein neues "Langstreckenauto" bräuchten käme der dann mit Sicherheit in die engere Wahl. Bis wir das aber tatsächlich brauchen gehen hoffentlich noch ein paar Jahre ins Land und es gibt ein geeignetes BEV. Was ich nicht tun werde: ein fahrtaugliches Auto, das für seinen "ökologischen Rucksack" noch nicht die entsprechende Gegenleistung (im Sinne von Fahrstrecke) erbracht hat verschrotten oder zusätzlich in den Gebrauchtmarkt drücken und mir ein neues zulegen. Der Volvo wird erst 11 Jahre und hat noch keine 300.000 km 'runter ...
Gruß
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