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Dual-Mode-Hybrid-Technologie

Die Zukunft des Hybrids

Dual-Mode-Hybrid-Technologie, A1 E-Tron, Seitenansicht Foto: Hersteller 30 Bilder

Elektrisch oder mit Verbrennungsmotor: Auf diese Gretchenfrage konzentriert sich künftige Automobilität. Dual-Mode-Technologie heißt die Antwort von Audi – und verdient sich mit dieser Art eines Dualen Systems viel mehr als bloß einen grünen Punkt.

01.03.2013 Klaus-Ulrich Blumenstock

Vor- und Nachteile haben beide, sowohl der rein elektrische Antrieb als auch der konventionelle mit Verbrennungsmotor. Weil das so ist, arbeiten Ingenieure seit Jahren daran, mit sehr unterschiedlichen Hybrid-Konzepten die positiven Seiten beider Prinzipien zum Wohle des Ganzen zu verbinden.

Audi geht das jetzt mit einem so genannten Dual-Mode-Hybrid an, der in der Konzeptstudie Crosslane Coupé auf dem letzten Pariser Autosalon erstmals der Öffentlichkeit präsentiert worden war. Zu fahren ist dieses Plug-in-Hybridkonzept nun zunächst in einem A1 E-Tron, mit einer Technologie, von der ihr verantwortlicher Entwickler Daniel Boland behauptet, sie sei besser als bisherige Hybride.

Gestartet wird stets elektrisch

Das macht natürlich neugierig, und so verabreden wir uns mit ihm zu einer Probefahrt. Die gestaltet sich vom Start weg unspektakulär und rein elektrisch. Die Asynchronmaschine mit der Bezeichnung EM2 beschleunigt den A1 mit ihrem Drehmoment von 250 Nm gleichermaßen geräuscharm wie druckvoll, so wie man es eben von Elektromotoren kennt.

Schon bald ermuntert Boland zu einem kräftigeren Druck aufs Fahrpedal. Das Auto beschleunigt zügig weiter, und irgendwann jenseits ortsüblicher 50 km/h schaltet sich ruckfrei und akustisch dezent der Benzinmotor mit in den Antrieb ein. Das Staunen des Redakteurs freut den Entwickler sichtlich, zumal man es hier lediglich mit einem 1,5-Liter-Dreizylinder zu tun hat. Der stellt zwar stattliche 130 PS zur Verfügung, man erwartet von ihm allerdings nicht gerade eine allzu gepflegte Laufkultur. Immerhin wurde das Derivat des Zweiliter-TFSI schwingungstechnisch für den Dual-Mode-Hybrid optimiert.

Wer dessen Aufbau unter die Lupe nimmt, entdeckt noch eine zweite, scheibenförmige Elektromaschine (EM1), die direkt mechanisch an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist und in erster Linie als Starter arbeitet. Ein Torsionsdämpfer ist trickreich mit in die E-Maschine integriert. „So wollten wir ein Konzept darstellen, dem man eben nicht anmerkt, dass es sich nur um einen Dreizylinder handelt“, erklärt Boland.

Eine elektromechanisch betätigte Klauenkupplung verbindet diese Einheit bei Bedarf mit dem Getriebe, das wiederum über einen Planetenradsatz mit dem größeren Traktions-Elektromotor EM2 gekoppelt ist. Das Getriebe verfügt nur über einen festen Gang, der etwa dem fünften Gang eines Handschaltgetriebes entspricht. Da aber grundsätzlich elektrisch mit EM2 angefahren wird, verkürzt ein Planetenradsatz die Übersetzung, die dann etwa einem zweiten Gang entspräche. Das reicht jedoch dank dem hohen elektrischen Anfahrmoment sogar locker zum Kavaliersstart.

Wandlungsfähiges Hybrid-System

Bedient man das Fahrpedal allerdings ökologisch korrekt, lässt sich das rein elektrische Fahren bis auf 130 km/h ausdehnen – zumindest solange die 17,4 kWh Energieinhalt der Lithium-Ionen-Batterie unter den Sitzen im Fond ausreichen. In ziviler Gangart, sagt Audi, sind 86 Kilometer möglich. Natürlich werden Rollphasen im Elektromodus sofort zum Rekuperieren genutzt, der Energiefluss wird also umgekehrt, um die Batterie zu laden.

Will es der Fahrer dynamischer, schaltet sich ab etwa 60 km/h, wie eingangs erwähnt, der Verbrennungsmotor helfend zu. Dazu wird er zunächst vom EM1 angeworfen, und sobald Drehzahlgleichheit herrscht, sorgt die Klauenkupplung für eine durchgehende Verbindung. Der reine Elektroantrieb wandelt sich damit zum Parallelhybrid. Ob nun der Dreizylinder die Hauptlast übernimmt oder ob der Traktionsmotor EM2 seine 85 kW zum Boosten in die Waagschale wirft, das bestimmt die im Steuergerät hinterlegte Betriebsstrategie. Und natürlich der Batterieladezustand sowie der Fahrerwunsch.

Da nun alle drei Aggregate direkt mechanisch gekoppelt sind, kann der EM1 auch von seiner eigentlichen Generatorfunktion im fliegenden Wechsel zum weiteren Kurzzeit-Booster werden. „Mit dem Konzept können wir eine ökonomische oder sportlichere Betriebsstrategie wählen“, erklärt Boland. Letztere lässt sich im S-Modus des Wählhebels bestimmen – eine etwas skurrile Vorstellung bei einem Getriebe mit nur einem Gang.

Stufenloser Fahrspaß

Jenseits von Tempo 130 km/h, wenn das Drehmoment des Dreizylinders sehr gut mit der Getriebeübersetzung harmoniert, geht der Dual-Mode-Hybrid in den konventionellen Motorbetrieb über. Die beiden E-Maschinen werden dann bei Bedarf zum Rekuperieren oder Boosten herangezogen. Das verleiht dem Konzept hohe Flexibilität.

Außerdem gibt es da noch den seriellen Hybridmodus, bei dem die beiden E-Maschinen mechanisch entkoppelt werden und der vom Benzinmotor bewegte EM1 dann EM2 mit Strom versorgt. Audi will damit allerdings keinen Range-Extender-Betrieb umsetzen, der wegen der zusätzlichen Energiewandlung einen schlechteren Wirkungsgrad hat. Deshalb wird er nur bis 50 km/h aktiviert und nur, wenn die Traktionsbatterie leer ist, um sie zum Beispiel beim Kaltstart zu entlasten.

Bei unserer Probefahrt zeigt sich die Dual-Mode-Hybrid-Technik trotz einiger Software-Mucken in einem erstaunlich reifen Zustand, auch wenn bis zu einem möglichen Serieneinsatz noch ein paar Jahre vergehen mögen. Doch der Fahrspaß, der Daniel Boland so wichtig ist, der kommt bereits heute auf. Dass dabei der Spritverbrauch im Zyklus mit sensationellen 1,1 L/100 km – respektive 26 Gramm CO2/km – angegeben wird, ist allerdings nur die halbe Wahrheit. Denn die Batterieladung aus der Steckdose geht in der EU-Verbrauchsformel für Plug-in-Hybride etwas realitätsfremd als Nullwert ein.

Kompakt: Der Dual-Mode-Hybrid

Trotz seiner beiden Elektromotoren ist das Herz des Dual-Mode-Konzepts eine vergleichsweise kompakte Baueinheit, da auf ein mehrstufiges Getriebe verzichtet werden kann. Die Kurbelwelle des hier im Bild nicht dargestellten Verbrennungsmotors ist fest mit dem Elektromotor EM1 verbunden und leitet so die Kraft ins System (Pfeil). Eine Besonderheit ist die doppelreihige Ausführung des integrierten Torsionsdämpfers, der die spezifische Drehungleichförmigkeit des Dreizylinders direkt am Ort des Entstehens bekämpft und so die Einleitung ins Getriebe weitgehend vermeidet. Eine elektromechanisch betätigte Klauenkupplung stellt bei Bedarf eine feste Verbindung zwischen der Einheit Verbrennungsmotor/EM1 und dem primär für den elektromotorischen Antrieb zuständigen Aggregat EM2 her. Diese Anordnung entspricht der eines Parallelhybrids. Für seriellen Betrieb öffnet diese Kupplung. Dann wird die Energie auf elektrischem Weg vom EM1 zum EM2 übertragen.

Axel Eiser, verantwortlicher Motorenentwickler bei Audi, sieht die Zukunft des Verbrennungsmotors optimistisch. Lesen Sie hier das Interview.

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