Range Extender

Der Genset trailer von AC Propulsion, gebaut für den Sportwagenprototypen AC Tzero, ein Anhänger mit Tank, Honda-Motorradmotor, Generator

Als Range Extender (auch Reichweitenverlängerer) bezeichnet man zusätzliche Aggregate in einem Elektrofahrzeug, die die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. Die am häufigsten eingesetzten Range Extender sind Verbrennungsmotoren, die einen Generator antreiben, der wiederum Akkumulator und Elektromotor mit Strom versorgt. Seltener sind zusätzliche Akkumulatoren, die etwa als Akku-Anhänger mitgeführt werden.

Problemstellung

Aufgrund begrenzter Akkukapazität und begrenzter Ladegeschwindigkeit erreichen Elektrofahrzeuge heute in der Regel kürzere Reichweiten als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Beim Elektroauto kommt erschwerend hinzu, dass das Fahrzeug erst nach längerer Aufladezeit (typisch > 1–2 Stunden) wieder einsatzbereit ist (im Gegensatz zum sehr schnellen Tankvorgang bei konventionellen Fahrzeugen). Mit Range Extendern wird also die Zeit, in der das Fahrzeug kontinuierlich genutzt werden kann (also die Zeit zwischen Aufladezyklen), und damit die Reichweite verlängert.

Im täglichen Pendelverkehr kann das Elektrofahrzeug ohne Range Extender betrieben werden.

Einordnung

Elektrofahrzeuge mit Range Extender entsprechen im nebenstehenden Schema den Antriebskonzepten in den Spalten H und J. In Spalte H besteht das Range-Extender Modul aus einem Verbrennungsmotor (ICE, Internal Combustion Engine), in Spalte J ist es eine Brennstoffzelle, ein Konzept, welches wegen der fehlenden Infrastruktur noch keinen Serienstatus hat.

Wird ein Verbrennungsmotor-Generator-System als Range Extender eingesetzt, spricht man auch von einem sogenannten seriellen Hybridantrieb. Hierbei wird die mechanische Energie des Verbrennungsmotors nicht direkt genutzt, sondern erst in elektrische und dann wieder in mechanische Energie gewandelt. Hierbei treten Wirkungsgradverluste auf, jedoch kann der Verbrennungsmotor in seinem optimalen Betriebspunkt gefahren werden, was diesen Nachteil wieder ausgleicht.

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  serieller Hybrid

• 

  paralleler Hybrid

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  leistungsverzweigender Hybrid

Bei Fahrzeugen mit parallelem Hybridantrieb liefert der Verbrennungsmotor auch Vorschub. Sind diese nicht als Plug-in-Hybride ausgelegt, d. h. kann der Akku nicht zusätzlich über das Stromnetz aufgeladen werden, wird sämtliche zum Antrieb verwendete Energie vom Verbrennungsmotor aufgebracht – der Elektromotor und der Akku dienen nur als Puffersystem (z. B. zur Bremskraftrückgewinnung). Emissionsfreier Betrieb ist damit nicht möglich.

Weitere Konzepte zur Reichweitenverlängerung

• Ein anderes Konzept, den Verbrennungsmotor zur Reichweitenverlängerung nicht immer mitschleppen zu müssen, verfolgte die Mindset AG, die den Verbrennungsmotor leicht ausbaubar machen wollte. Die Entwicklung wurde jedoch 2009 weitgehend eingestellt.^[1][2][3]
• Beim Opel Twin ließ sich das ganze Elektroantriebsmodul gegen ein herkömmliches Antriebsmodul mit Verbrennungsmotor austauschen.
• Die Firma Better Place strebt den Ausbau einer Austauschinfrastruktur für Akkumulatoren an.
• Mit dem CX-75 stellte Jaguar Cars 2010 eine Studie vor, bei der Jet-Turbinen im Hinterteil des Fahrzeuges zur Stromproduktion dienen.
• Der Opel Ampera, baugleich mit dem Chevrolet Volt, ist ebenfalls ein Fahrzeug mit Range Extender. Es ist deklariert als Elektrofahrzeug, aber per definitionem ist es ein Hybrid; der Vierzylinder-Ottomotor mit 1,6 L Hubraum kann elektrische Leistung für Fahrt und Batterie-Laden liefern (serieller Betrieb), bei höheren Geschwindigkeiten wird er mechanisch an den Antriebsstrang gekoppelt (paralleler Betrieb).^[4]
• Von Studenten der Hochschule Esslingen wurde ein Smart Pulse zu einem Elektrofahrzeug mit Lithium-Ionen-Akku umgebaut, das statt eines Verbrennungsmotors eine Brennstoffzelle als Range Extender erhielt^[5]. Der Elektromotor von Brusa wurde an das Getriebe angeflanscht, die Lithium-Ionen-Batterie erhielt ihren Platz im Unterboden, die Brennstoffzelle wurde in der Fahrzeugfront montiert, der Wasserstofftank (Druckwasserstoff) wurde oberhalb der Antriebsachse an der Hinterachse platziert.
• Die FEV, eine Entwicklungsgesellschaft in Aachen, baut in ihrem Elektrofahrzeugprototypen auf Basis eines Fiat 500 ein Range-Extender-Modul ein, das 20 kW elektrische Leistung erzeugen kann und somit während der Fahrt die Reichweite im Prinzip unbegrenzt erweitert, allerdings bei reduzierter Höchstgeschwindigkeit. Aus akustischen und bauraumspezifischen Gründen kommt hierfür ein Wankelmotor zum Einsatz.^[6]
• Auch Audi setzt im Model A1 E-Tron auf einen Wankelmotor als Reichweiternverlängerer^[7].

Einzelnachweise

1. ↑ Halbjahresbericht 2009, Mindset Holding, 22. September 2009 (insb. Seite 8, Kapitel "Fortführung")
2. ↑ „Geldnöte: Machtkämpfe erschüttern Mindset“, Neue Luzerner Zeitung, zisch.ch, 16. Februar 2010
3. ↑ „Elektroautos: Mindset schreibt tiefrote Zahlen“, Luzerner Zeitung, zisch.ch, 1. April 2010
4. ↑ Wiki-Artikel zu Opel Ampera, Abschnitt „Range-Extender-Betrieb (Betriebsmodi 3 und 4)“
5. ↑ Automobiltechnische Zeitschrift ATZ, Ausgabe Oktober 2010, S. 744 ff.
6. ↑ Spectrum, Ausgabe 39, Dezember 2008
7. ↑ Spiegel-Online: Audi A1 E-Tron, „Wankelmut im Elektroauto“ (abgerufen Jan. 2011)

Weblinks

• Informationen zum Wirkungsgrad und Energieeffizienz von Range Extendern