Fahrzeugantriebe: Hybridsysteme 22.12.2012, 06:33
Unter Hybridantrieb versteht man die Kombination verschiedener Techniken für den Fahrzeugantrieb. In solchen Antrieben können die Energiespeichersysteme und die Energieumwandler auf unterschiedliche Weise kombiniert werden. Mit Bild für Arbeitsblätter.
PKW: Prinzip des Hybridantriebs
Ein Hybridantrieb ist die Kombination zweier Antriebssysteme; im Auto sind das meist ein Benzinmotor und eine Elektromotor. Der Vorteil: Jedes der beiden Antriebssysteme wird dann eingesetzt, wenn es dem anderen System gegenüber Vorteile hat. Im Allgemeinen besitzt der Hybridantrieb mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme. Energiewandler können Elektro-, Otto- und Dieselmotoren sein, Energiespeicher sind beispielsweise der Akkumulator (Batterie) und der Kraftstofftank.
Im Hybridantrieb können die Energiespeichersysteme und die Energieumwandler auf unterschiedliche Weise kombiniert werden.
Je nach Kombinationen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine werden die Hybridantriebe in drei Arten eingeteilt: serielles, paralleles und leistungsverzweigtes System (Bild).
Serielles System:
Im seriellen Hybridantrieb arbeiten der Verbrennungsmotor und die Elektromaschinen in Reihe. Der Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der die elektrische Energie entweder in einer Batterie speichert oder sie direkt an den Elektromotor abgibt. Der Elektromotor treibt über eine mechanische Verbindung die Antriebsachse an.
Vorteil: Der Verbrennungsmotor kann immer im optimalen Bereich betrieben werden, was sich günstig auf den Verbrauch und die Abgasemission auswirkt.
Nachteile:
- Aufwendige Energiewandlung mechanisch-elektrisch-mechanisch,
- Dreifach vorhandene Antriebsleistung mit hohem Gewicht.
Paralleles System:
Im paralleln Hybridantrieb bilden der Verbrennungsmotor und der Elektromotor einen parallelen Antriebsstrang. Der Verbrennungsmotor ist mechanisch mit der Hinterachse verbunden. Die Motoren wirken entweder einzeln oder gleichzeitig auf die Antriebsachse.
Neben dem seriellen und dem parallelen Hybridantrieb werden auch Mischformen aus beiden Varianten gebaut.
Leistungsverzweigtes System:
Beim leistungsverzweigten Hybridantrieb wird die Leistung des Verbrennungsmotors in einen elektrischen und einen mechanischen Zweig aufgeteilt. Ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors wird mechanisch auf die Antriebsräder übertragen, ein weiterer Teil der Leistung treibt über die als elektrisches Getriebe arbeitende Motor-Generator-Kombination die Räder an. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass der Verbrennungsmotor unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit im verbrauchsgünstigen Lastbereich arbeiten kann.
Hybridsysteme in verschiedenen Fahrsituationen
Beim Anfahren und bei niederen Drehzahlen läuft hauptsächlich der Elektromotor, bei hohen Drehzahlen hauptsächlich der Benzinmotor, der dann gleichzeitig die Batterie auflädt. Den Benzinmotor lässt man in einem günstigen Drehzahlbereich fahren und spart dadurch Kraftstoff.
Beim Beschleunigen werden oft beide Antriebe zusammen eingesetzt.
Beim Bergabfahren oder Bremsen wirkt der Elektromotor als Generator und lädt mit der Bremsenergie zusätzlich die Batterie auf.
Zum geringen Benzinverbrauch trägt auch bei, dass der Motor abgestellt wird, wenn er nicht benötigt wird; dies ist zum Beispiel bei häufigem Anhalten im Stadtverkehr der Fall.
Unfallvermeidung:
Was ist mit elektrischen Leitungen und elektronischen Einrichtungen in Elektroautos, wenn es zu Unfällen kommt und Rettungskräfte Unfallopfer retten müssen?
Beim Aufschneiden von Fahrzeugen können stromführende Leitungen für die Retter zum Problem werden, denn die Spannung in den Leitungen kann durchaus gefährliche 600 Volt erreichen.
Seit längerer Zeit wirbt der ADAC für die sogenannten Rettungskarten, die hinter der Fahrersonnenblende angebracht werden sollen. Diese können den Rettern helfen, vor dem Aufschneiden von Fahrzeugen Leitungsverläufe zu lokalisieren.
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Die (unvollständigen) Skizzen unten sind zur Verwendung in Arbeitsblättern gedacht.
