Konzept für Range-Extender E-Auto

[meerwind7]

Die kleinen E-Autos, die jetzt angekündigt werden (Ego life, Microlino, Sion, Unity), sind besonders gut als Zweitauto für Mehrpersonenhaushalte in Vorstädten und für Landbewohner geeignet bzw. in Großstädten bei sehr guten Bahnverbindungen und Mietautos in der Nähe der Wohnung ohne Komforteinbuße auch als einiges Auto. Weniger gut für einen Städter ohne eigenen Parkplatz, der nicht sicher sein kann, immer eine Steckdose zu finden und der auch mal längere Ausflüge unternehmen will, z.B. zu einem Wanderparkplatz ohne Steckdose für die Rückfahrt.

Ein vernünftiges Lastenheft für ein Range-Extender-Hybridauto könnte wie folgt aussehen:

• Elektrisches Fahren als Regelfall !
• Leistung und Reichweite elektrisch: 20 bis 50 kW, Reichweite 100 bis 150 km,
• Höchstgeschwindigkeit allein mit Verbrennungsmotor: ca. 90 km/h,
• Reichweite allein mit Verbrennungsmotor: nur durch Tankstops unterbrochen,
• Reichweite bei Start mit voller Batterie mit zusätzlicher Nutzung des Verbrennungsmotors bei 105 km/h (gemischter Antrieb ca. 75-80% Verbrenner plus 20-25% Unterstützung der Antriebsleistung aus der Batterie): ca. 400 - 500 km, ggf. durch Tankstop unterbrochen (bei höherer Geschwindigkeit würde mehr elektrische Leistung benötigt, daher wäre dafür die Hybrid-Reichweite niedriger, mit 500 km kommt man aber zu den meisten Zielen, die überhaupt an einem Tag angefahren werden).
• Leistung des Verbrennungsmotors in günstigem Betriebspunkt (bei ca. 80-90 km/h in der Alleinfahrt oder für 105 km/h in der Kombinationsnutzung, je nach Schaltstellung): nach Bedarf, vermutlich ausreichend ca. 10 - max. 20 kW.
• Betriebsbereich des Verbrennungsmotors: Fahrgeschwindigkeiten von ca. 60 bis 120 km/h; ein oder zwei Gangstufen plus Leerlauf reichen aus. Normalerweise kein Antrieb mit Verbrennungsmotor bei Geschwindigkeiten des Stadtverkehrs (ggf. Ausnahme für Notbetrieb).
• Antrieb des Verbrenners: Direkt über Getriebe auf Antriebsachse hinten.
• Anlasser: Wird nicht benötigt, da der Verbrennungsmotor erst während der Fahrt über die Kupplung gestartet wird.
• Antrieb elektrisch: Vorzugsweise Vorderräder.
• Aufladung der Batterie mit der Leistung des Verbrenners während der Fahrt: Normalerweise nicht, ausgenommen bei geringen Leistungsanforderungen für Fahrt, um besseren Betriebspunkt des Verbrenners zu gewährleisten (Leistungsübertragung indirekt über Antrieb).

Betriebsweisen in typischen Anwendungsfällen:
• Täglicher Einsatz, Arbeitswege mit Stadtverkehr und außerorts: Rein elektrisch
• Mäßig weite Ausflüge: Rein elektrisch
• Gelegentliche Tagesstrecken ca. 100 bis 300 km: Verbrenner wird als Range Extender genutzt; mit zunehmender Strecke nimmt der Leistungsanteil der Batterie ab und damit auch das erreichbare Tempo. Maximal ca. 110 bis 130 km/h, wenn beide Motoren mit voller Power laufen; dann aber Reichweite eher unter 100 km.
• Weite Strecken: Wenn Batterie nur noch den für die Reststrecke im Stadtverkehr benötigten Restladestand hat, gibt allein der Verbrenner Leistung ab und reicht für eine Geschwindigkeit von ca. 90 km/h (in etwa auf der Autobahn übliches LKW-Tempo) mit vernünftigem Wirkungsgrad aus.
• Taxi oder Lieferdienste (viele längere Fahrtstrecken an einem Tag im Stadtverkehr): Nicht geeignet, weil keine Fahrt mit Verbrennungsmotor bei Stadttempo
• „Schnellfahrer“: Können auch bei Strecken in der Reichweite des E-Antriebes den Verbrenner dazunehmen, erreichen damit höhere Geschwindigkeit, das ist aber nicht der bevorzugte Anwendungsfall.

Vorteil gegenüber handelsüblichen Hybriden:
• Elektro im Vordergrund, Hybrid nur für weite Strecken, die nur gelegentlich gefahren werden.
• Elektro-Leistung (ca. 20-50 kW Dauerlast) daher höher als Verbrenner-Leistung (z.B. 10 kW/ca. 14 PS) – bei Hybriden der Autohersteller ist es meistens umgekehrt.
• Geringes Gewicht des Verbrenners, damit weniger Gewicht, Kosten, geringer elektrischer Mehrverbrauch im Alltagsverkehr durch das mitgeführte Gewicht.
• Eventuell als Kreiskolben-"Wankel"motor zu bauen. Der schlechtere Wirkungsgrad dieses Motortyps ist nicht so entscheidend, wenn er selten eingesetzt wird und oft nur als Unterstützung des Hauptmotors; die Gewichtsersparnis ist wichtiger für eine Verbrauchsersparnis im Verbrennerbetreieb.
• Im Gegensatz zu e-Autos mit vernünftig kleinen Batterien auch als einziges Auto eines Haushalts für fast alle Einsatzzwecke geeignet (bei Kompromissen an die Fahrtgeschwindigkeit).
• Zielgruppe: Auch städtische Mehrpersonen-Haushalte und Einpersonen-Haushalte außerhalb der Städte, die keinen weiteren Wagen (mit Verbrenner und daher unbegrenzter Reichweite) besitzen, soweit eigenes Parkplatz mit Lademöglichkeit vorhanden.

Vorteil gegenüber reinen e-Autos
Gewichts- und Kosteneinsparung im Vergleich zu e-Autos mit größerer Batterie für 200 km Reichweite und weit darüber, die im Alltag kaum benötigt wird und zu elektrischemMehrverbrauch führt.
Keine Reichweitenangst.
Besser für Städter ohne gesicherte Lademöglichkeit geeignet.

Falsches Vorbild BMW i3?
Dieser wurde nicht als „Hybrid“ bzw. mit Range Extender angenommen, vermutlich, weil schlechter Wirkungsgrad bei Benzinantrieb (Energieübertragung über 2 Elektromaschinen), hohes Zusatzgewicht, falsche Vermarktung (als Auto für die Stadt), vermutlich unwillige Verkäufer (die lieber ein „richtiges“ Auto verkaufen), ohnehin häßliches Auto, zu kleiner Benzintank (5 Liter wegen US-Markt? damit geringe Reichweite), nur als Range Extender angepriesen und nicht die Möglichkeit der Alleinfahrt mit Verbrenner (in BMW-inakzeptablem, langsameren Tempo). Diese Fehler muss man nicht nachmachen.

[spark-ed]

So etwas hätte ich mir vor 2Jahren auch noch gewünscht. Inzwischen halte ich den Ansatz aber für überholt, da

1. Batterien mit immer höherer Speicherdichte verfügbar werden (Verbrennerequivalenz in Reichweite)
Es reicht bei einer 60kWh Batterie für ein typisches Fahrzeugleben eine Auslegung auf 500 Vollzyklen und 15Jahre.
Trotz massiv steigender Nachfrage und Lieferengpässen sind die Preise aktuell stabil, ein fallender Trend ist absehbar.

2. Gerade kleine Verbrennungsmotore (Wankel erst recht) sind hinsichtlich Einhaltung der immer strikteren Abgasgrenzwerte verhältnismäßig anspruchsvoll.

3. Wir sind mit diesen nüchtern anwendungsoptimierten Ansprüchen nicht repräsentatv. Die verwöhnte Durchschnittskundschaft wird sich mit Kompromissen schwertun (100km/h auf Langstrecke?) -> kein Markt

[Karlsson]

Die Idee ist ziemlich alt und eigentlich gut. Man hätte das schon vor 8 Jahren problemlos umsetzen können mit rein elektrischem Alltag ohne Einschränkungen auch als Erstwagen.
Warum das nie einer gemacht hat - Keine Ahnung.
Die OEMs bauen ihre überwiegend fetten PHEV mit dicken Verbrennern und kleiner elektrischer Erweiterung zu Premiumpreisen und deren Nutzer wollen hier keine Kritik daran lesen. Auf der anderen Seite lehnen die 120%igen so etwas auch ab, weil nicht die reine Lehre. So geht das seit Jahren und es ist keine Änderung in Sicht.

Wo massentaugliche E-Autos auch langsam in den Startlöchern stehen, hat sich das IMHO auch langsam erledigt.
Zumindest für mich. 2018 musste ich mangels Alternative einen reinen Verbrenner Erstwagen kaufen und bis der ordentlich genutzt wurde, haben wir auch Mitte 2020er und da möchte ich dann auch eigentlich gar keinen Verbrenner mehr an Bord haben.

Es hätte doll werden können, aber der Zug ist nun langsam abgefahren.

[GTE_Ebi]

Inzwischen halte ich den Ansatz aber für überholt

Sehe ich auch so, das Thema Verbrenner ist durch. Natürlich schleppt das fernreisetaugliche BEV Citymobil dann eine größere Batterie mit sich rum als es normalerweise braucht, aber dafür hat es das ganze Galama mit dem Verbrenner, der Wartung, der Abgasbehandlung, dem Geräusch nicht mehr an der Backe. Ich denke auch nicht, dass so ein Rex unterm Strich billiger sein wird als eine größere Batterie.

Gruß

Ebi

[BurkhardRenk]

Dieser 20-50 KW Extender wird bei Fahrzeugen, die sehr viel auf der Langstrecke unterwegs sind, eine Brennstoffzelle sein. Für die Masse wird er durch ein dichtes Netz von Lademöglichkeiten ersetzt.

[Karlsson]

Ein Range Extender, der mit einem quasi nicht verfügbaren Medium läuft?
Und als Nischenanwendung wird die Verfügbarkeit nicht besser, gibt ja kaum Abnehmer.
Diese Entwicklung sehe ich nicht.

[AndreR]

Sehe ich auch so. Vor zehn Jahren wäre das eine super Idee gewesen. Mittlerweile ist das Ganze aber durch den Fortschritt in der Akkutechnik bereits überholt. Für die Langstrecke im Premiumbereich werden wir bald Fahrzeuge mit 200 kWh sehen und in der Mittelklasse geht der Trend momentan auf 60 kWh, wobei ich hier mittelfristig ebenfalls 100 kWh als den Gold-Standard ansehe.

Um mal die Modellrechnung aufzumachen. Mein Diesel hat einen Tank von 47 L. Bei 43 L Verbrauch steht die Tanknadel bereits am unteren Ende der Reserve, also faktisch leer. Nehmen wir also die 43 als nutzbare Kapazität. Macht bei einem Heizwert von 9,7 kWh/L 417,1 kWh. Durch den Wirkungsgrad des Verbrenners sind davon rund 20–35 % nutzbar, sprich rund 80–145 kWh je nach Fahrprofil: Im Stadtverkehr (Schwachlastbereich) eher 80, auf der Bahn eher 145, da der Motor hier nahe am optimalen Betriebspunkt läuft. Mit einem entsprechenden Akku wären also auch ausdauernde Fahrten bei zügiger Fahrweise machbar. Je nach Fahrweise (15 bzw. 25 kWh/100 km) läge die Reichweite somit bei 970 bzw. 580 km, also Dieseltypisch eher hoch.

Noch zum Vergleich die Benzinzahlen bei gleicher Tankgröße und angenommenen, niedrigeren Wirkungsgraden von 15–30 %: 55–110 kWh. Reichweiten wären dann 730 bzw. 440 km, also Benzinertypisch eher niedrig.

Inzwischen halte ich den Ansatz aber für überholt

Sehe ich auch so, das Thema Verbrenner ist durch. Natürlich schleppt das fernreisetaugliche BEV Citymobil dann eine größere Batterie mit sich rum als es normalerweise braucht, aber dafür hat es das ganze Galama mit dem Verbrenner, der Wartung, der Abgasbehandlung, dem Geräusch nicht mehr an der Backe. Ich denke auch nicht, dass so ein Rex unterm Strich billiger sein wird als eine größere Batterie.
Gruß Ebi

Ich weiß ja nicht, ob Du im echten Leben BEV fährst, aber aus meiner Erfahrung sei gesagt, dass es noch etwas dauert, bis man mit diesen Kisten 2x 400km + 1x Nachladen/Tanken in 30min realisiert hat (Urlaubsfahrt gen Süden mit Familie). Für so etwas ist ein serieller Rex weiterhin die 1. Wahl. Er gehört nur mal ordentlich modernisiert. Hintergründe, Fakten und news dazu sind hier zu finden:
komponenten/serielle-range-extender-ein ... ller%20rex

Völlig daneben ist der Ansatz, mit heutiger Li-Akku-Speicherdichte, langstreckentaugliche Fahrzeuge mit daraus resultierend hohen Massen zu forcieren.
Wir brauchen nicht wenige, große und schwere Langstreckenfahrzeuge a la Tesla S, sondern viele leichte Klein-, Kompakt- und Familienwagen (e-go, e-up, Golf, Variant,...), die ihre täglichen Stadtfahrten elektrisch bestreiten. Das schont Ressourcen, bringt die meisten Ökoeffekte und dient vielen Menschen.

Wenn dann mal die Akkuspeicherdichten 2-3x höher als heute sind, kann man über monovalenten Akkubetrieb auch bei Langstrecke nachdenken. Bis dahin verschone mich mit solchen BEV-only Thesen auf Langstrecke - vielleicht auch noch im Winter . Das ist aktuell etwas für hartgesottene Single-user mit Hang zum Ladekartensammeln auf der Suche nach Grenzerfahrung (also einige hier aus dem GE).

So etwas funktioniert nicht bei normalen Nutzern. Die wollen die gewohnte Unabhängigkeit + Sicherheit und das wird auch in 10 Jahren keine überfüllte oder defekte CCS-Ladestation bieten können.

Ich bin mir sicher, dass wenn VW in 2019 einen NEO mit 40kWh Akku + sRex für weitere 400km anbieten würde, das Teil reißenden Absatz finden würde. Warum?
Weil 200km elektrische Winterreichweite drin wären (also solide Abdeckung von 90...95% der Tagesfahrten des Durchschnittsdeutschen) und auch die wenigen Urlaubsfahrten ohne Komforteinbußen und ohne Stress bestreitbar wären.
Umweltbedenken braucht man bei 5% Nutzung sicher keine haben.

VG U x I

ps
Ein sRex läuft ohne Leistungsdynamikanpassungen bei seiner gelegentlichen Nutzung immer im optimalen Betriebspunkt. Spitzen deckt der Akku ab. Hieraus ergeben sich auch noch erhebliche Kraftstoff-Einsparpotentiale für die so seltene Nutzung.

[Karlsson]

Nur 30 min laden auf 800km?
Ein bisschen leidensfähiger bin ich dann doch.
Wenn es alle 300km dann 30min sind - geht ok. Und das ist auch relativ bald kaufbar.

Ladekarten sammeln....hab kürzlich den Clean Electric Podcast gehört mit der Reisebeschreibung mit dem Leaf in die frz. Alpen... krasser Aufwand! Solange das so läuft, ziehe ich auch den RE vor.

Den Col de la Bonette bin ich auch mal gefahren und musste mich da allerdings auch tatsächlich um Sprit kümmern. Ich kam mit dem Motorrad gerade aus Nizza, hatte nur einen 13l Tank und in dem Dorf vor dem großen Berg hatte die einzige Tankstelle Mittagspause. Aber das ist ja Pillepalle gegenüber der Schilderung der Reise mit dem Leaf.

[Schabalauke]

Range Extender... Sollte man an das Thema nicht ganz anders herangehen? Ich fahre zwar noch einen PHEV, würde aber gerne komplett auf den Verbrenner verzichten.
Stattdessen würde ich mir auch einen Anhänger an das Auto hängen, in dem dann zusätzliche 500kg Batterien verstaut sind. Damit wären zwar max. 100km/h möglich, dafür quer durch Deutschland ohne Pausen.
Vermutlich auch schon ausreichend wäre ein Zusatz Akku in der Art eines Heck-Fahrradträgers. Auch damit sollte sich die Reichweite dramatisch erhöhen lassen.
Und das ganze ohne das Gewicht des Fahrzeugs im Kurzstreckenverkehr zu erhöhen, denn da wirkt sich das hohe Gewicht sehr negativ aus.
Würde man für die Fahrradträgerlösung einen einheitlichen Standard schaffen, könnte man an Autobahnladestationen auch schlicht den leeren Akku gegen einen vollen austauschen. Weiterfahrt ohne lange Ladepause.