Hallo, der Toyota Hybridantrieb besteht aus Verbrennungsmotor, zwei
Elektromotoren/Generatoren und einem Planetengetriebe.
Die beiden Elektromotoren sind über eine Leistungselektronik gekoppelt,
zusätzlich hängt auch der Akku dran.
Wenn man jetzt mit konstanter Geschwindigkeit fährt (zB 100km/h) und der
Akku weder ge- noch entladen wird, wieviel Prozent der Leistung, die vom
Benzinmotor an die Räder abgegeben wird läuft über das mechanische
Planetengetriebe und wieviel Prozent wird elektrisch über die
Elektromotoren übertragen? Ich vermute mal, dass die Übertragung über
die Elektromotoren weniger effizient ist als ein mechanisches Getriebe.
Können die Elektromotoren/Generatoren die Übersetzung von Benzinmotor zu
Rädern steuern, ohne nennenswert Leistung übertragen zu müssen?
Anders gefragt:
Ergibt sich ein prinzipieller Vorteil in der Effizienz durch das
Planetengetriebe oder könnte man auch einfach die Leistung komplett über
den elektrischen Pfad leiten, also Benzinmotor und Generator fest
verbinden und mechanisch komplett von den Rädern trennen?
Hallo,
das Planetengetriebe verkoppelt mechanisch die drei rotierenden
Aggregate, Verbrennungsmotor, Elektromotor/Generator und Abtrieb zu den
Rädern. Je nachdem, welches der beteiligten Aggregate schneller oder
langsamer zu drehen versucht, nimmt es Leistung auf oder gibt Leistung
ab. Das Planetengetriebe stellt somit einen mechanischen
Leistungsverteiler dar. Es läuft immer , zumindest in Teilen mit. Z.B.
bei stehendem Verbrennungsmotor steht dieser Anschluß still, E-Motor und
Abtrieb bewegen sich jedoch.
"Können die Elektromotoren/Generatoren die Übersetzung von Benzinmotor
zu Rädern steuern, ohne nennenswert Leistung übertragen zu müssen?"
Ja, indem sie ein bestimmtes variables Drehzahlniveau vorgeben, welches
die "Übersetzung" vom Verbrenner zum Abtrieb bestimmt.
Einen geringen mechanischen Verlust wird es durch das Planetengetriebe
immer geben, da es aber auf Lebensdauer ausgelegt ist, wird es als
zentrales Bauteil des Antriebs ebenso wie die Lagerungen der
Elektromotoren auf ein Optimum aus Gewicht, Baugröße und sinnvoller
Standfestigkeit in Betriebsstunden ausgelegt sein. Ebenso wird in der
elektronischen Ansteuerung ein vernachlässigbarer Anteil Energie
verloren gehen. Der Hybridantrieb ermöglicht es, die stark
verlustbehafteten Betriebszustände des Verbrennungsmotors, wie langsame
Fahrt im Ort, Schleichen und Stehen im Stau, Parkplatzsuchverkehr,
elektrisch fahren zu können. Im höheren Leistungsbereich über 50 km/h
geht es ohne den Verbrennungsmotor nicht mehr. Somit was Aufwand und
Nutzen angeht, eine sehr sinnvolle Konstruktion, zumal nur Benzin
gebraucht wird, aber kein Stromanschluß. Der Verbrennungsmotor ist
speziell optimiert auf den Betrieb am Planetengetriebe.
Im Prinzip lösen sich Deine Fragen durch eine genaue Betrachtung der
Funktionsweise eines Planetengetriebes auf.
MfG
Das Plantetengetriebe, welches uebrigens Teil eines jeden
Automatikgetriebes ist, macht, dass der Motor im optimalen
Drehzahlbereich laeuft.
Mir fiel zB auf, dass der Lastfluss auf der Autobahn mit Tempomat immer
zwischen Laden-Entladen hin und her pendelt.
Die Batterie hat uebrigens nur eine bescheidene Reichweite. Von
vielleicht 1-2km. Und das auch nur im Roll-Modus in der Ebene. Und bei
30kmh ist Schluss. Bei zu starker Beschleunigung schaltet der Benziner
auch zu.
Leider hat der Lademanagement Algorithmus keine Ahnung von Topographie.
Oft ist man in der Hoehe mit der Batterie voll. Dh den Berg runter ist
dann nichts mit Laden.
Ja, ich hatte ein falsches Verständnis vom Planetengetriebe.
Also im Prinzip gibt es ein festes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit
und Benzinmotordrehzahl, bei dem die komplette Energie rein mechanisch
übertragen wird. Weicht die Motordrehzahl davon ab, muss exakt das
Verhältnis der Abweichung zur Drehzahl elektrisch übertragen werden.
Der Benzinmotor kann so zwar immer optimal betrieben werden, es treten
dafür aber Verluste in Höhe des Produktes aus Abweichung und
elektrischen Verlusten auf.
Wenn man jetzt noch ein Schaltgetriebe zwischen Benzinmotor und
Planetengetriebe setzen würde, könnte mehr Leistung über den
mechanischen Weg übertragen werden und der elektrische Pfad muss maximal
die Abweichung bis zum nächsten Gang ausgleichen, oder?
"Also im Prinzip gibt es ein festes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit
und Benzinmotordrehzahl, "
Nein, das Verhältnis ist prinzipbedigt variabel. Die Steuerung sorgt für
einen sinnvollen Wert mit Hilfe des Elektromotors und des Generators.
Natürlich erfordert dies Energie, wieviel wird aber nirgends erwähnt. Es
ist nirgendwo von Kühlung der Elektrokomponenten die Rede. Bei einem
Antrieb mit 100 kW werden schätzungsweise 200 kW bei Vollast als Wärme
abgeführt. Da bleibt noch viel Spielraum.
" muss exakt das Verhältnis der Abweichung zur Drehzahl elektrisch
übertragen werden."
"und der elektrische Pfad muss maximal die Abweichung bis zum nächsten
Gang ausgleichen, oder? "
Ohne daß elektrische Aggregate auf das Planetengetriebe einwirken,
funktioniert es überhaupt nicht. Einen Gang gibt es gar nicht. Man würde
vermutlich auch nicht anschieben können.
https://www.kfztech.de/kfztechnik/alternativ/prius.htm
"Das Planetengetriebe verteilt je nach Betriebszustand die Leistung des
Vierzylinders zu den Rädern oder zum Generator. Damit kann der Motor,
ähnlich dem seriellen Hybriden, möglichst häufig im Bereich des
optimalen Verbrauchs laufen. Das Planetengetriebe macht ein
Schaltgetriebe und eine Kupplung überflüssig. "
Der Motor dreht schneller, je mehr Drehmoment man abfordert, ähnlich wie
beim DAF Variomatic.
MfG
Eigentlich ist der Wikipedia-Artikel zum Prius-Hybrid extrem gut
geschrieben mit Beispielen für jeden den zahlreichen Betriebszustände.
Inklusive eines sehr anschaulichen Diagramms, warum dank des
Vereinigungsgetriebes kein Schaltgetriebe mehr nötig ist und einer der
beiden E-Motoren sehr klein dimensioniert sein kann.
Wirklich damals ein Meisterwerk der Ingenieurskunst.
