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Diesel-elektrischer Antrieb bei Straßenfahrzeugen sinnvoll?

Themenstarteram 1. Januar 2010 um 22:31

Hi,

angesichts der in letzter Zeit verstärkten Diskussion um Elektrofahrzeuge und der damit verbundenen Problematik der Energiespeicherung habe ich mal die Überlegung angestellt, ob es nicht sinnvoll wäre, das Problem durch eine Kombination von Diesel- und Elektromotor zu lösen, wodurch nur eine relativ kleine Pufferbatterie notwendig würde.

Praktisch sähe dies dann so aus, daß ein auf den optimalen Betriebspunkt hin entwickelter Dieselmotor mit konstanter Drehzahl einen Generator antreibt, der seinerseits eine Pufferbatterie speist. Von dieser Pufferbatterie würde dann der eigentliche Antriebsmotor für das Fahrzeug mit Energie versorgt.

Im Lokomotiv-Bau ist diese Technik seit Jahrzehnten gängige Praxis, bei Straßenfahrzeugen sind mir derartige Entwicklungen oder auch nur Forschungen noch nicht bekannt.

Das alle Komponenten jeweils auf ihren optimalen Betriebspunkt hin abgestimmt werden könnte, stelle ich mir vor, daß der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zum herkömmlichen Diesel-Direktantrieb verbessert werden könnte.

Was spricht dagegen?

Gibt es eventuell schon derartige Forschungen oder Entwicklungen von dem einen oder anderen (Klein-)Serienhersteller?

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115 Antworten

Sinnvoll kann das schon sein.

Für PKW vermutlich etwas teuer (siehe Chevy Volt)

Ich kenne mich eigentlich etwas besser mit LKW und Arbeitsgeräten aus.

Da gibt es einige, die wenigsten davon sind reine Diesel-Elektrik Antriebe.

Kenworth verkauft den T370 Serienmässig, aber der hat noch ein Getriebe und der E-Motor ist angeflanscht und dient mehr als Starthilfe mit Einsparungen von etwa 30 %.

Quelle (english text mit Bildern)

In Deutschland gibt es den Atlas Weyhausen Hybrid Radlader.

Auch gibt es Diesel elektrische Buse von Mercedes (Evonic?) und Volvo.

Davon saussen auch einige in Nordamerika herum.

Die beste Anwendung wäre Auslieferungsfahrzeuge oder Fahrzeuge die viel Start-Stop Verkehr machen, also Taxi's, Müllwagen, Stadtbuse, usw.

Hier noch was von Wikipedia darüber, ist aber nicht sehr spezifisch.

Viele Containerhandler (speziell "Straddles") sind Diesel-elektrisch.

 

Gruss, Pete

Das Bild ist ein Diesel-Electric Container Handler in Florida (Space Shuttle im Hintergrund)

Ich hab an der Elektrik Reparaturen ausgeführt.

Titusville-shuttle-launch-med

Zitat:

Original geschrieben von Drahkke

Gibt es eventuell schon derartige Forschungen oder Entwicklungen von dem einen oder anderen (Klein-)Serienhersteller?

Im Prinzip ist das das Konzept des Opel Ampera (bzw. GM Volt). Der Serieneinsatz ist m.W. für 2012 geplant.

Die höheren Verluste (Generator - E-Motor - Akku) im Vergleich zu einem Schaltgetriebe können m.M. durch die Betriebspunktoptimierung nicht ausgeglichen werden.

Der Vorteil beim Ampera liegt darin dass bei vertretbarer Größe der Batterie im Kurzstreckenbetrieb rein elektrisch gefahren werden kann.

Zitat:

Original geschrieben von Reachstacker

Sinnvoll kann das schon sein.

Für PKW vermutlich etwas teuer (siehe Chevy Volt)

Genau, die Kosten werden dem großen Durchbruch dieses Konzeptes wohl im Wege stehen.

Ich bin wohl zu langsam, habe zum ersten Beitrag ein Bild gefügt, da habt ihr es aber schon gelesen.

Gruss, Pete

Hi,

das problem ist halt das der Verbrennungsmotor das Gewicht erhöht und damit die elektrische Reichweite reduziert.

Ideal wäre es wenn man den verbrennungsmotor sammt tank und Kühlsystem einfach abkoppeln könnte und in der Garage stehen läßt. Also unter Woche rein elektrisch zu arbeit pendeln und am Wochende dann das ganze ankoppelt und so unbeggrenzte Reichweite hat.

Dürfte aber zu Aufwendig,Teuer und Reparaturanfällig sein.

Schon jetzt soll der Ampera ja so viel kosten das es bei der derzeitigen Lage kaum wirtschaftlich ist. Aber das kann sich ja ändern.

Übrigen entwickelt wohl auch MB so ein fahrzeug. Auf basis der aktuellen B-Klasse mit einem Smart Motor zu Energieerzeugung im Heck. Gibt es bisher aber nur als Studie.

Gruß Tobias

Zitat:

Original geschrieben von Reachstacker

Ich bin wohl zu langsam, habe zum ersten Beitrag ein Bild gefügt, da habt ihr es aber schon gelesen.

Wir sitzen hier auch näher am Server.;)

Ein gutes neues Jahr von diesseits des großen Teiches.

 

Themenstarteram 1. Januar 2010 um 23:32

Danke für die Links. Sehr aufschlußreich.

Zitat:

Original geschrieben von Turbotobi28

das problem ist halt das der Verbrennungsmotor das Gewicht erhöht und damit die elektrische Reichweite reduziert.

Eher im Gegenteil. Rein statistisch sind >95% der Fahrstrecken kürzer als 50km, >90% sogar kürzer als 25km (muss nochmal googlen, Zahlen nur Größenordnung).

Damit spart die Variante mit Verbrenner sogar Gewicht und kosten für die vergleichbar seltenen längeren Strecken da der Akku entsprechend klein für die 95% der typischen Streckenlängen ausgelegt werden kann. Ein alltagstaugliches E-Auto bräuchte erheblich mehr Akkukapazität.

Ob es in Punkto Wirkungsgrad was bringt hängt vom Einsatz ab. Im Stadtverkehr ist die dieselelektrische Antriebsvariante durchaus effektiv, bei Langstrecken sicher nicht. Allerdings ist so ein Konzept auch nicht als Langstreckenauto gedacht. Zudem hat die Variante im Winter Vorteile da die Motorabwärme für die Heizung genutzt werden kann und die Wärme nicht aus den Akkus kommen muss.

Gruß Meik

Ich glaube nicht daß der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden kann. Es kommen zu viele Komponenten hinzu die alle einen Wirkungsgrad mitbringen:

Ladeschaltung Batterie (Spannungswandelung und Begrenzung)

Ladewirkungsgrad Batterie (80-95%)

Entladewirkungsgrad Batterie (60-90%)

Entladeschaltkreis Batterie

Spannungswandelung Batterie nach E-Motorspannung

Gibt sicherlich noch mehr Hürden.

Ich meine auch das so ein Thema hier schon mal behandelt wurde.

Grüße

Hellmuth

Themenstarteram 2. Januar 2010 um 11:18

Bremsenergie könnte bei einem solchen System ja auch zur Einspeisung in den Akku genutzt werden.

Zitat:

Original geschrieben von Drahkke

Bremsenergie könnte bei einem solchen System ja auch zur Einspeisung in den Akku genutzt werden.

Schon, die mögliche Energierückgewinnung wird aber m.E. stark überschätzt.

Beim elektrischen Bremsen treten ja in folgenden Komponenten Verluste auf: E-Maschine - Leistungselektronik - Akku.

Beim Wiederbeschleunigen auf die Ausgangsgeschwindigkeit das Ganze nochmal in umgekehrter Richtung.

Wir hatten hier schon mal mit angenommenen Wirkungsgraden rumgerechnet: 30 bis 40% Rückgewinnung wäre schon ziemlich gut.

Golf Twindrive (Diesel + Elektroantrieb)

Eine Kupplung schliesst einen Gang (er hat nur einen) ab 50 km/h.

Bei Vollast ist er kein serieller Hybrid! Also keine Umwandlungsverluste bei Vollast durch die Generator / Motor Kombination.

Er besitzt 6 Betriebsmodi , wobei in den ersten 4 die Kupplung offen ist.

Modus 1 und 2 : geringe Leistungsanforderung -> rein elektrisch

1 -> Beschleunigung über den E-Motor

2 -> Abbremsen über E-Motor Rekuperation (in Batterie)

Modus 3 und 4 : moderate Leistungsanforderung und unter 50 km/h

3 -> Seriell Fahren und Boosten : Dieselmotor -> Generator -> E-Motor

4 -> Seriell Fahren und Laden : Dieselmotor -> Generator -> Batterie

Modus 5 und 6 : Tempo > 50 Kupplung geschlossen

5 -> Gekoppelt Fahren und Boosten : Dieselmotor+E-Motor beschleunigen Fahrzeug

6 -> Gekoppelt Fahren und Laden : Dieselmotor beschleunigt Fahrzeug und lädt Batterie.

http://www.heise.de/.../...r-Versuch-der-VW-Golf-TwinDrive-462595.html

Das ist wohl der effektivste Ansatz den Hybridantrieb zu integrieren.

Das Getriebe wird wohl weniger wiegen, weil auf einen Gang reduziert

und kompensiert damit teilweise das Mehrgewicht der Akkus und Elektromotoren.

Zitat:

Original geschrieben von he2lmuth

Ich glaube nicht daß der Gesamtwirkungsgrad verbessert werden kann. Es kommen zu viele Komponenten hinzu die alle einen Wirkungsgrad mitbringen:

Stimmt, deswegen ist eine solche Variante auch nur sinnvoll bei Kurzstrecken und viel Stop&Go. Da würde der Verbrenner alleine mit sehr ungünstigem Wirkungsgrad laufen so dass trotz Umwandlungsverlusten der serielle Hybrid günstiger ist. Lade- und Entladeverluste gehen ja auch nur teilweise ein, ein Teil der vom Generator erzeugten Energie wird ja direkt im Motor verbraucht.

Bei höherer Leistungsanforderung und langen Strecken ist der direkte Antrieb (derzeit) noch der wirkungsgradstärkste. Eine interessante Kombination beider Lösungen ist der Golf Twindrive, hoffentlich gibt es sowas mal in Serie. Kurzstrecken rein elektrisch und bei Langstrecken auf der Autobahn effektiver direkter Antrieb mit hoher Reichweite. :)

Gruß Meik

 

Zitat:

original geschrieben bei He2lmuth

Ich meine auch das so ein Thema hier schon mal behandelt wurde.

Meine ich auch, kanns aber nicht finden.

---------------

@Meik's 190er

Bis der Golf Twin Drive auftaucht kann er ja einen Ford Fusion oder Prius fahren. ;)

-------------

Zwar bezieht sich die Frage des TE "nur" auf Diesel obwohl es eigentlich keinen grossen Unterschied macht obs Diesel oder Benzin ist.

Wie der Chevy Volt zeigt ist der Aufpreis ziemlich happig für einen seriellen ICE Hybriden mit Batterie. Wobei in dem Falle das meiste vom Geld in die Batterien geht. Diesel macht den Aufpreis noch höher. Da sich der Wirkungsgrad nicht beliebig erhöhen lässt um den Aufpreis auszugleichen wirds dann schwierig.

Ich rechne Wirkungsgrad gerne in Dollar anstatt %, aus 2 Gründen: ich bin kein Ingenör und meine Bank nimmt nur Dollar. :D

Nimmt man die 300 LKW die Erfolgreich bei Coca Cola laufen sieht es in etwa so aus:

Standard T370 Preis = 100,000 Dollar

Hybrid T370 Preis = 150,000 Dollar minus 9,000 Dollar Steuer Kredit = 140,000 Dollar.

Also muss das Fahrzeug $ 40,000 extra rein fahren.

Kenworth gibt Verbrauchseinsparungen bis 25% an.

Coca Cola gibt an das im Alltagsbetrieb ihre Einsparungen bei 30% liegen oder etwa 1,000 Gallonen/Jahr (etwa 4,000 Liter). Unglücklicherweise laufen die LKW in verschiedenen Staaten, das heisst die Gallone Diesel kostet irgendwo zwischen $2.40 bis etwa $3.00, was ja die Rückzahlung beeinflusst die dann zwischen 13 Jahren und 16 Jahren beträgt.

Bei Deutschen Preisen von etwa $ 4.50 die Gallone wären es allerdings nur 9 Jahre....

UPS und Fedex haben auch eine Flotte Flotte von mehreren Hundert Hybriden (in etwa Sprinter Klasse).

Das Problem mit allen diesen Fahrzeugen ist das sie zwar Diesel aber nicht Serielle Hybriden sind und daher die Frage des TE nur teilweise beantworten.

Im Hafenbetrieb an der Westküste steht die Verringerung des Schadstoff Ausstosses (NOX, Feinstaub) im Vordergrund und die Anschaffung der Fahrzeuge wird von der Hafen Gesellschaft subventioniert (zumindest teilweise), allerdings verfälscht solch ein Vorgehen die gesamte Rechnung...

Jetzt muss ich aber nach seriellen Dieseln graben, wirds auch geben. :)

Gruss, Pete

 

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