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Prof. Dr. Andreas Lohner

Prof. Dr. Andreas Lohner

Informations-, Medien- und Elektrotechnik
Institut für Automatisierungstechnik (IA)

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Forschungsprojekt „Umbau eines VW Käfers zu einem Fahrzeug mit parallelem Hybridantrieb"

Um Studentinnen und Studenten der Elektrotechnik und des Fahrzeugbaus mit der elektrischen und der hybriden Antriebstechnologie vertraut zu machen, ist in einem studentischen Projekt ein VW Käfer (Bj. 1982) demonstrativ zu einem Fahrzeug mit parallelem Hybridantrieb umgebaut worden. Der Verbrennungsmotor wurde zudem auf den Betrieb mit E85 umgestellt.

Auf einen Blick

Kategorie Beschreibung
Forschungsprojekt Forschungsprojekt „Demonstrativer Umbau eines VW Käfers zu einem Fahrzeug mit parallelem Hybridantrieb“ 
Leitung Prof. Dr.-Ing. Andreas Lohner 
Fakultät Fakultät Informations- Medien und Elektrotechnik 
Institut Institut für Automatisierungstechnik 

Der Klimawandel ist in jüngster Zeit immer stärker in den Fokus des öffentlichen Interesses gerückt. In der Vergangenheit veröffentlichte Studien sehen in der globalen Erwärmung eine drastische Bedrohung für die Natur und den Menschen. Wie sehr der Mensch den Naturgewalten ausgeliefert ist, merken wir regelmäßig an Nachrichten über schwere Stürme, Überflutungen, extreme Hitze oder Kälte. Naturkatastrophen häufen sich immer mehr und sind drastische Anzeichen einer globalen Erwärmung. Alle diese Ereignisse haben Auswirkungen auf unseren Alltag und sind für einen großen Teil der Weltbevölkerung durch Beeinträchtigung der Wasserversorgung und der Agrarwirtschaft sogar existenzbedrohend.

Entwicklung des weltweiten CO2-AusstoßesEntwicklung des weltweiten CO2-Ausstoßes (Bild: Potsdamer Institut für Klimaforschung)

Es gilt also den Ausstoß von CO2 auch im Verkehrsektor drastisch zu minimieren, da dieser in Deutschland in einem erheblichen Maße (> 20 %) für die Erzeugung klimawirksamer Gase verantwortlich ist. Aus Mobilitätsgründen werden in Fahrzeugen überwiegend flüssige, fossile Brennstoffe verbrannt, welche sich insbesondere durch eine hohe Energiedichte aber auch durch die Emission von CO2 bei der Verbrennung auszeichnen.

Diese Emissionen können z.B. durch die bessere Ausnutzung der in den fossilen Brennstoffen gespeicherten Energie erreicht werden. Hier können elektrische Maschinen einen wesentlichen Beitrag leisten, indem sie in innovativen Hybridantriebstopologien eingesetzt werden. Da die Verbrennungsmaschinen in Straßenfahrzeugen einer ständigen Arbeitspunktverschiebung unterworfen sind und infolgedessen kaum im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, liegt hier ein hohes Optimierungspotential.

Um Studentinnen und Studenten der Elektrotechnik und des Fahrzeugbaus mit der elektrischen und der hybriden Antriebstechnologie vertraut zu machen, ist in einem studentischen Projekt ein VW Käfer (Bj. 1982) demonstrativ zu einem Fahrzeug mit parallelem Hybridantrieb umgebaut worden.

Hybride AntriebstopologieHybride Antriebstopologie (Bild: A. Lohner, TH Köln)

Oberhalb ist die prinzipielle Darstellung eines parallelen Hybridantriebsstranges zu sehen. Hierzu ist die Lichtmaschine durch eine permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine ersetzt worden, die über einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist.

Die untere Abbildung zeigt die permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine im Vergleich zur originalen Lichtmaschine vom Gebläsekasten aus gesehen.

Vergleich zw. Gleichstromlichtmaschine und PSMVergleich zw. Gleichstromlichtmaschine und PSM (Bild: E. Ohl, Hübner GmbH)

Die Traktionsmaschine ist von der Firma Johannes Hübner (Fabrik elektr. Maschinen GmbH) entwickelt und der Fachhochschule gestiftet worden.

Ein paralleler Hybridantrieb zeichnet sich durch die parallele Struktur von Elektromaschine und Verbrennungsmotor aus. Elektro- und Verbrennungsmotor sind mechanisch fest miteinander gekoppelt und über ein Schalt- oder Automatikgetriebe mit den Antriebsrädern verbunden. Somit können die Drehmomente beider Maschinen zur Maximierung der Fahrzeugzugkraft addiert werden. Alternativ kann durch generatorischen Betrieb der Elektromaschine der Energiespeicher während der Fahrt nachgeladen werden, was zudem zu einer effizienten Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors führt. Der Elektro- kann weiterhin den Verbrennungsmotor starten und das Bordnetz über eine Leistungselektronik versorgen. Damit übernimmt der Elektromotor die Funktion des Anlassers und der Lichtmaschine. Ein rein elektrischer Fahrbetrieb ist zwar theoretisch möglich, aber aufgrund der hohen Schleppmomente des Ottomotors nicht sinnvoll. Die Abbildung zeigt den 1,2 l Motor nach dem Umbau.

Hybridmotor des VW KäferHybridmotor des VW Käfer (Bild: A. Lohner, TH Köln)

Um eine bessere Regelbarkeit des Otto-Aggregates im Hybridantrieb und auch ein verbessertes Emissionsverhalten zu erreichen, ist der Motor vom Vergaserbetrieb auf elektronische Saugrohreinspritzung umgebaut worden. Zudem verträgt er als Kraftstoff nun auch E85.

Die vierzehnzellige Lithium/Ionen-Traktionsbatterie ist zusammen mit dem Bordnetzumformer und der Fahrzeugsteuerung unter der Rückbank eingebaut.

48V- Li/Ionen-Traktionsbatterie48V- Li/Ionen-Traktionsbatterie (Bild: A. Lohner, TH Köln)

Der originale Boxermotor des Fahrzeugs ist als Hauptantriebsaggregat unverändert erhalten geblieben, d. h. es sind am Rumpfmotor keine leistungssteigenden Maßnahmen wie z.B. Hubraumvergrößerung etc. vorgenommen worden. Die elektrische Maschine vergrößert allerdings, sofern der Ladezustand der Traktionsbatterie dieses zulässt, die Gesamtleistung um 18 PS (36 PS peak).

VW Käfer mit ParallelhybridantriebVW Käfer mit Parallelhybridantrieb (Bild: A. Lohner, TH Köln)

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