Theorie und Praxis des Hybridantriebs am Beispiel Lexus RX 400h

Autoren

Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. Hohenberg, Prof. Dr. F. Indra, Technische Universität Darmstadt

Jahr

2006

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 622

Zusammenfassung

An der Technischen Universität Darmstadt wurde eine umfassende wissenschaftliche Studie des Voll-Hybrid Lexus RX 400h durchgeführt. Drei wesentliche Themen daraus werden im Rahmen dieses Beitrages diskutiert: Das elektronisch gesteuerte Getriebe E-CVT ist das Herzstück des Hybridsystems von TOYOTA. Die schnelle und stufenlose Verstellung der Getriebeübersetzung erlaubt den verbrauchs- und abgasoptimalen Betrieb des Verbrennungsmotors. Je nach Betriebspunkt des E-CVT wird ein Teil der Antriebsleistung über den elektrischen Pfad mit relativ schlechtem Wirkungsgrad (mehrfache Energiewandlung) geleitet. Die Betriebsstrategie des Gesamtsystems Motor - Getriebe - E-Motoren - Batterie ist entscheidend für die Effi-zienz des Hybridantriebs. Im Bereich von 0 – ca. 60 km/h wird der Verbrennungsmotor zyklisch betrieben (ca. 50% VKM und 50% elektrischer Antrieb). Dadurch kann man die niedrige Teillast des VKM mit den extrem schlechten Wirkungsgraden vermeiden. Dem Start/Stop-Vorgang wurde besonderes Augenmerk geschenkt. Durch eine technisch sehr anspruchsvolle Kombination von Steuerzeitenverstellung, Saugrohrdruckabsenkung und Zündzeitpunktregelung gelingt es, den komplexen Vorgang hinsichtlich Komfort und Abgasemission sehr gut zu beherrschen. Im realen Fahrbetrieb lassen sich drei Phasen unterscheiden: Im unteren Bereich bis ca. 60 km/h (Phase I) ist vor allem durch den zyklischen Betrieb des VKM ein deutlicher Verbrauchsvorteil gegeben. Im Überland-/Autobahnverkehr zwischen 60 und 150 km/h (Phase II) sind durch die Motoroptimierung sowie die spezielle Betriebsstrategie des Gesamtsystems noch leichte Vorteile vorhanden. Über 150 km/h Konstantfahrt bzw. 125 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit ist allerdings der Wirkungsgrad des Hybridsystems und damit der Verbrauch systembedingt deutlich schlechter als bei vergleichbaren Fahr-zeugen mit konventionellem Antrieb. Mit nochmals gesteigertem Aufwand (z.B. einer wei-teren Getriebestufe) lassen sich die Nachteile des Lexus RX 400h im oberen Geschwin-digkeitsbereich theoretisch vermeiden – entsprechende Entwicklungen laufen bekanntlich. Das Potenzial der Rekuperation zur Verbrauchssenkung liegt mit rund 4% deutlich unter dem theoretisch erreichbaren Wert. Die Ursache dafür ist, dass wegen der Batterielebens-dauer der Ladezustand der Batterie nur in engen Grenzen variieren darf und auch der Ladestrom limitiert ist

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