For­schung an nach­hal­ti­gem Hybridantrieb

Hybrid­an­trie­be, in denen Elek­tro- und Ver­bren­nungs­mo­tor zusam­men­ar­bei­ten, ermög­li­chen schnel­le CO2-Ein­spa­run­gen im Stra­ßen­ver­kehr – vor­aus­ge­setzt das Antriebs­sys­tem eines sol­chen Fahr­zeugs ist von Anfang an auf einen mög­lichst effi­zi­en­ten Betrieb aus­ge­legt. Im neu­en Hybrid­for­schungs­pro­gramm der FVV erar­bei­ten Inge­nieu­re über Fir­men­gren­zen hin­weg die dafür not­wen­di­gen Metho­den und Technologien.
Das vom FVV-Vor­stand 2020 initi­ier­te Hybrid­for­schungs­pro­gramm hat inzwi­schen zu kon­kre­ten Pro­jek­ten geführt, die sich mit der nach­hal­ti­gen Aus­le­gung von Hybrid­an­trie­ben beschäf­ti­gen. Dabei ste­hen weni­ger kon­kre­te Ein­zel­tech­no­lo­gien als viel­mehr deren Zusam­men­spiel im Fokus der For­scher. So unter­sucht die Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Darm­stadt in einem Vor­ha­ben, wie sich die theo­re­tisch unend­lich vie­len Kom­bi­na­tio­nen aus Akkus, E‑Maschinen, Moto­ren, Getrie­be­va­ri­an­ten sowie soft­ware­ba­sier­ter Betriebs­stra­te­gie in ein modu­la­res Sys­tem über­füh­ren las­sen. Ein sol­cher Ansatz soll einer­seits den Umwelt­nut­zen maxi­mie­ren, ande­rer­seits aber die Pro­duk­ti­ons­kos­ten durch Vari­an­ten­re­du­zie­rung nied­rig hal­ten und damit einer hohen Markt­ak­zep­tanz dienen.
Ziel der For­scher ist es unter ande­rem, ein Soft­ware-Pro­gramm zu ent­wi­ckeln, das nach Ein­ga­be der Rand­be­din­gun­gen modu­la­re Archi­tek­tu­ren des hybri­den Antriebs­strangs berech­net und die Eigen­schaf­ten der Kom­po­nen­ten berück­sich­tigt. Die Wis­sen­schaft­ler ver­fol­gen dabei einen objekt­ori­en­tier­ten Ansatz aus der Infor­ma­tik, der die Rechen­zeit deut­lich ver­kür­zen soll. Das Pro­gramm soll nach Abschluss des Pro­jekts mit allen Unter­neh­men, die in der FVV zusam­men­ar­bei­ten­den, geteilt wer­den. »Ins­be­son­de­re mit­tel­stän­di­sche Zulie­fe­rer kön­nen davon erheb­lich pro­fi­tie­ren«, meint Mar­tin Nit­sche, Stell­ver­tre­ten­der Geschäfts­füh­rer der Forschungsvereinigung.

Hoch­fle­xi­bler Antrieb

Ziel jeder Hybrid­ent­wick­lung ist der ener­gie­ef­fi­zi­en­te Betrieb. Gleich­zei­tig gilt es aber auch Abgas­emis­sio­nen zu mini­mie­ren und einen hohen Fahr­kom­fort zu ermög­li­chen. Doch in wel­chen kon­kre­ten Situa­tio­nen tre­ten dabei Ziel­kon­flik­te auf? Und was bedeu­tet die hohe Fle­xi­bi­li­tät, die vom Ver­bren­nungs­mo­tor erwar­tet wird, für des­sen Tech­nik? Sol­che Fra­gen ver­su­chen For­scher der RWTH Aachen inner­halb eines wei­te­ren Pro­jekts zu klären.
Dafür ver­knüp­fen sie ver­schie­de­ne Simu­la­ti­ons­ver­fah­ren, mit denen bei­spiels­wei­se die Abgas­nach­be­hand­lung oder das Wär­me­ma­nage­ment ein­be­zo­gen wer­den kön­nen. Mit einem ›prä­di­ka­ti­ven Rei­se­ma­nage­ment‹ soll es mög­lich wer­den, Son­der­emis­si­ons­zo­nen sowie unvor­her­ge­se­he­ne Ereig­nis­se wie Staus zu berück­sich­ti­gen. Am Ende des For­schungs­pro­jekts steht die Ent­wick­lung einer her­stel­ler­neu­tra­len, ganz­heit­li­chen Ent­wick­lungs­me­tho­dik für Hybrid­an­trie­be, die die Arbeit an Effi­zi­enz­tech­no­lo­gien auch für klei­ne und mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men vereinfacht.

CO2-neu­tra­le Hybridantriebe

Frei von kli­ma­schäd­li­chen Emis­sio­nen sind Hybrid­an­trie­be nur dann, wenn der Elek­tro­mo­tor aus­schließ­lich mit Grün­strom und der Ver­bren­nungs­mo­tor mit syn­the­ti­schen Kraft­stof­fen wie grü­nem Metha­nol betrie­ben wird. Dass bei Metha­nol­be­trieb in nahe­zu allen Betriebs­be­rei­chen des Ver­bren­nungs­mo­tors ein Wir­kungs­grad von mehr als 40 Pro­zent erreicht wer­den kann, hat­te bereits das 2020 abge­schlos­se­ne FVV-Pro­jekt ›ICE2025+‹ gezeigt.
Am Best­punkt erreich­te der auf den Hybrid­be­trieb opti­mier­te Motor mit dem syn­the­ti­schen Kraft­stoff sogar mehr als 46 Pro­zent. In dem nun gestar­te­ten Nach­fol­ge­pro­jekt ›ICE2030‹ soll ein ther­mi­scher Wir­kungs­grad von min­des­tens 50 Pro­zent erreicht wer­den (3). Dafür unter­su­chen die betei­lig­ten Wis­sen­schaft­ler der Uni­ver­si­tä­ten Aachen, Braun­schweig, Darm­stadt und Stutt­gart, ob durch Zumi­schung von Was­ser­stoff eine extrem mage­re Ver­bren­nung mit hoher Sta­bi­li­tät mög­lich wird. Zudem wol­len sie unter­su­chen, wie sich der hohe Sauer­stoff­über­schuss auf die Abgas­zu­sam­men­set­zung auswirkt.
Wei­te­re lau­fen­de oder geplan­te For­schungs­vor­ha­ben rund um den Hybrid­an­trieb und des­sen Betriebs­stra­te­gien beschäf­ti­gen sich mit den Her­aus­for­de­run­gen, die ent­ste­hen, wenn der Ver­bren­nungs­mo­tor nur sehr sel­ten, dafür dann aber sehr zuver­läs­sig ein­sprin­gen muss. Zu den unter­such­ten Phä­no­me­nen gehö­ren das Ther­mo­ma­nage­ment genau­so wie bei­spiels­wei­se die akus­ti­sche Wahr­neh­mung im Innen­raum. Mar­tin Nit­sche begrün­det die Rele­vanz die­ser For­schung fol­gen­der­ma­ßen: »Vie­le eigent­lich gelös­te tech­ni­sche Fra­gen, etwa zu Kor­ro­si­on und Betriebs­fes­tig­keit, stel­len sich in Hybrid­an­trie­ben ganz neu.«
Im Rah­men des Hybrid­for­schungs­pro­gramms erprobt die FVV zudem ein neu­es Ver­ga­be­ver­fah­ren. Bei dem Call-for-Ten­der-Ver­fah­ren defi­niert eine Exper­ten­grup­pe zu Beginn nur das Ziel. For­schungs­stel­len kön­nen den metho­di­schen Weg selbst fest­le­gen und ent­spre­chen­de Pro­jek­te vor­schla­gen. Nit­sche zufol­ge hat sich das neue Vor­ge­hen bereits bewährt: »Wir kön­nen so das spe­zi­fi­sche Know-how an den For­schungs­stel­len noch bes­ser für die vor­wett­be­werb­li­che Gemein­schafts­for­schung nutzen.«