Generator-elektrische Antriebe für Elektrofahrzeuge.

Mit dem GEV/one-Antriebskonzept kann die Energiewende eine runde Sache werden.

Elektromobile Zukunftsperspektiven lassen sich verhältnismäßig einfach durch die Abkehr vom Dogma realisieren, die elektrische Energie für eine gesamte Fahrstrecke vollständig speichern zu müssen. Während der Fahrt können auch Wärmekraftmaschinen und elektrische Generatoren elektrische Energie erzeugen, wie ein am Fraunhofer LBF entwickeltes generator-elektrisches Antriebskonzept zeigt. Wärmekraftmaschinen können als stationär betriebene Energieerzeuger fossile oder biobasierte Kraftstoffe – zukünftig auch stromgeneriertes Methan – nutzen. Die erzeugte mechanische Arbeit wandelt ein Generator in elektrische Energie um, die für die Elektrotraktion zur Verfügung steht.

Ein solches Fahrzeug verfügt als Energiequellen über die Batterie und die monovalente Wärme­kraftmaschine. Die Batteriekapazität liegt bei höchstens 10 kWh und die konstante Leistung des Energieerzeugers bei weniger als 20 kW. Damit steht der im Mittel für einen normalen Streckenmix notwendige Leistungsbedarf immer durch den Energieerzeuger zur Verfügung, gleichzeitig deckt der Energiespeicher nahezu beliebige Leistungsspitzen ab. Die Größe des Energiespeichers kann auf eine Höchstleistung von etwa 45 kW je Tonne Fahrzeuggewicht dimensioniert sein, während der Energieerzeuger nur ein Drittel dieser Größenordnung, aber als konstante Leistung, aufzubringen hat. Das ermöglicht eine dauerhafte Geschwindigkeit von rund 120 km/h auf ebener Fahrbahn. Deutlich vereinfachte konstruktive Randbedingungen für die Wärmekraftmaschine sowie den vergleichsweise kleinen Energiespeicher senken die Kosten und das Gewicht erheblich. Nach Berechnungen mit einem am LBF entwickelten Modell liegen die abgebildeten Kosten eines generator-elektrischen C-Klasse Fahrzeugs mit einer Antriebsleistung von 80 kW um etwa 10 % über den Gesamtkosten des Referenzmodells mit Dieselmotor, aber erheblich unter denen eines batterie-elektrischen Fahrzeugs.

Das LBF realisierte mit dem GEV|1 einen ersten Prototyp mit einem Gewicht von rund 1,3 Tonnen. Das machte eine Dauerleistung von 18 kW durch den Gasmotor notwendig. Der Hochvolt-Energiespeicher wurde aus Li-Ion Rundzellen aufgebaut. Seine Gesamtkapazität beträgt 9,8 kWh (24 Ah) und ermöglicht damit eine rein elektrische Reichweite von rund 35 Kilometern, ehe dann die Zustartschwelle für die generatorische Energieerzeugung erreicht wird. Auch dann steht die maximale elektrische Antriebsleistung von 80 kW noch zur Verfügung. Die Emissionsbilanz des Fahrzeugs bewegt sich zwischen null bei Fahrstrecken bis 35 Kilometer und 70 g/km bei zehn Mal längeren Fahrstrecken.

Generator-elektrische Antriebe sind problemlos skalierbar. Darüber hinaus kommt das Konzept ohne umfangreiche Investitionen in die Ladeinfrastruktur aus: Selbst an einer Haushaltssteckdose ist der Energiespeicher in weniger als drei Stunden wieder vollständig aufgeladen. Auch ohne Zugang zum Stromnetz kann der elektrische Generator den Hochvoltspeicher innerhalb von einer halben Stunde aufladen.

Mit generator-elektrischen Fahrzeugen werden die für den Verkehrssektor so wichtigen Merkmale Effizienz, Emissionsverhalten und Energiespeicherfähigkeit neu zusammengesetzt und können die Zukunft der motorisierten Individualmobilität sehr positiv mitgestalten. Mit einem ersten Prototyp hat das Fraunhofer LBF gezeigt, dass ein solches Fahrzeugkonzept zu einer erstfahrzeugtauglichen, wirtschaftlichen Elektromobilität führen kann.

»Der patentierte generator-elektrische Antrieb mit monovalentem Gasmotor ist ein für PKW und Nutzfahrzeuge interessantes Antriebskonzept, das uns bereits heute mit der Zukunft verbindet.« Rüdiger Heim

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