Ein neuer Antrieb für Range Extender
Fehlende Reichweite ist immer noch eines der Hauptprobleme von Elektrofahrzeugen. Für längere Distanzen hat die Autoindustrie deshalb Reichweitenverlängerer, sogenannte Range Extender, konzipiert. In Stuttgart wurde jetzt ein neues Antriebskonzept vorgestellt.
Der Freikolbenlineargenerator versorgt als Range-Extender Elektroautos mit dem notwendigen Strom.
Foto: DLR
Nur allzu gut kennt der Fahrer eines Elektroautos die Sorge, dass die Batterie vorzeitig schlapp machen könnte. Deshalb haben Ingenieure des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart den Reichweitenverlängerer mit der sperrigen Bezeichnung „Freikolbenlineargenerator“ entwickelt und auf dem eigenen Prüfstand bereits getestet. Der Freikolbenlineargenerator ist ein Verbrennungsmotor, der Strom erzeugt und das Elektroauto antreibt, wenn die Batterie leer ist. Besondere Merkmale: Der neue Range Extender arbeitet effizienter als andere Modelle und kann mit unterschiedlichen Kraftstoffen fahren.
Der Einbau von Gasfedern stabilisiert das System
Das Prinzip des Antriebs sei zwar seit längerem bekannt, erklären die Ingenieure vom Stuttgarter DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte, aber durch den Einbau von Gasfedern sei es erstmals gelungen, das System stabil zu betreiben. Die mit komprimiertem Stickstoff gefüllten Gasfedern sind wesentlich variabler in ihren Einstellmöglichkeiten als mechanische Federn.
Grundsätzlich arbeitet der Freikolbenlineargenerator ähnlich wie ein herkömmlicher Verbrennungsmotor. Er wandelt jedoch die lineare Bewegung der Kolben nicht erst in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um, sondern erzeugt direkt Strom. Im Verbrennungsraum wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, das sich ausdehnt und die Kolben in Richtung der Gasfedern schiebt. Diese bremsen die Kolben ab und drücken sie zurück. Der Lineargenerator wandelt die Bewegungsenergie der Kolben in Strom um, der den Elektromotor versorgt.
Auswahl an Kraftstoffen: Von Benzin über Erdgas bis zu Wasserstoff
Im Vergleich zu konventionellen Antriebstechnologien lassen sich beim Freikolbenlineargenerator das Verdichtungsverhältnis, die Kolbengeschwindigkeit und der Hubraum flexibel einstellen. Deshalb können unterschiedliche Kraftstoffe zum Einsatz kommen – von Benzin, Diesel und Erdgas bis hin zu Ethanol oder Wasserstoff. Gleichzeitig kommt der Freikolbenlineargenerator mit weniger Bauteilen aus. Beispielsweise entfallen mit der Kurbel- und Nockenwelle Bauteile, die in jedem herkömmlichen Verbrennungsmotor zwingend erforderlich sind.
Besonders effizient arbeitende Range-Extender sind mehr als bloße Notfall-Aggregate. Der Freikolbenlineargenerator ermöglicht es, Elektrofahrzeuge mit einer wesentlich kleineren Batterie auszustatten und trotzdem die Vorzüge des elektrischen Fahrens optimal zu nutzen: Kurze Strecken bis zu 50 Kilometern können rein elektrisch gefahren werden. Bei längeren Strecken übernimmt der Range-Extender.
Im nächsten Schritt wollen die Ingenieure des Stuttgarter Institutes gemeinsam mit der Industrie die Technologie weiterentwickeln und einen Prototyp bauen. Unter anderem gilt es, Gewicht und Größe des Freikolbenlineargenerators so zu optimieren, dass ein oder mehrere Aggregate im Unterboden eines Wagens Platz finden. Auf diese Weise ließe sich nach ersten Schätzungen eine zusätzliche Reichweite von rund 600 Kilometern realisieren ohne das Fahrzeug schwerer zu machen.
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