Reichweitenverlängerer (Range Extender) für die E-Mobilität

Die Idee

Das Auto der Zukunft fährt elektrisch. Darüber gibt es keine Zweifel. Es stellt sich jedoch die Frage:
Wie kann der heutige Fahrkomfort auch in Zukunft beibehalten werden?

  • Uneingeschränkt
  • Grenzenlos
  • Verfügbar
  • Bezahlbar

Alles typische Verbindungen in Bezug auf moderne Mobilität, jedoch nicht auf rein batteriebetriebene Fahrzeuge. Diese sind weder uneingeschränkt, bezahlbar noch grenzenlos zur Bewegung verfügbar. Unabhängig von dem Ausbau der Ladeinfrastruktur als auch der technologischen Entwicklung verschiedenster Batteriekonzepte, ein Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge ist ein wichtiger Baustein im Konzept des Autos der Zukunft. Nur damit lässt sich grenzenlose, bezahlbare und nachhaltige Mobilität erreichen.

VS.

Das etwas ANDERE Konzept

Der sog. "Range-Extender" (Reichweitenverlängerer) ist selbstverständlich kein neues Konzept. Bislang jedoch werden die über Jahrzehnte hoch entwickelten PS-Traktionsmotoren in dieses Korsett gezwängt. Naheliegend. Etwas Modifikation hier, etwas optimieren da und fertig ist die Kiste.
Warum also dieser Aufwand?

  • Schwer
  • Groß
  • Teuer

Die Elektrofahrzeuge von morgen werden mit einer Batterie ausgestattet, die es erlaubt 90 % aller täglichen Fahrten rein elektrisch zu bewältigen, bevor sie wieder an die Steckdose müssen. Eine Verbrennungskraftmaschine die groß, schwer, teuer und wartungsintensiv ist dauerhaft mitschleppen? Eher unsinnig.
Aus diesem Grund haben wir ein Konzept entwickelt, welches klein, leicht, wartungsarm und günstig umzusetzen ist.
Ein Konzept speziell konstruiert für diesen Anwendungsfall.

Mikroturbinen Range Extender

Der Mikroturbinen Range-Extender

Die Mechanische Leistung ist definiert zu P = M x n. Wobei M das Drehmoment und n die Drehzahl einer angetriebenen Welle ist. Möchte man eine hohe Leistung erzielen, kann sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl erhöht werden. Die Erhöhung des Drehmonents geht immer einher mit der Erhöhung des Durchmessers ∅ und damit die Erhöhung der Abmaße, sowie des Gewichts.
Aus diesem Grund haben wir uns dazu entschieden die Drehzahl zu erhöhen.

Mikroturbinen werden bei sehr hohen Drehzahlen aber relativ kleinen Drehmomenten betrieben, weswegen eine kompakte Bauweise erzielt werden kann. Daneben ergeben sich eine Reihe weiterer Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen.

  • Saubere, kontinuierliche Verbrennung
  • Möglichkeit der Verbrennung aller flüssigen Brennstoffe
  • Direkte Verfügbarkeit warmer Luft
  • Einfaches Leistungs-"Up-Scaling"
  • Geringe Anzahl von Komponenten
  • Reduzierter Wartungsaufwand

TECHNISCHE DATEN

Nennleistung: 25 kW
Nenndrehzahl: 105.000 U/min
Maße: ∅ = 350 mm
L = 460 mm
Gewicht: 45 kg (Prototyp)
30 kg
Generatortyp: Switched Reluctance
Generatorphasen: 3
Zwischenkreis: 120 V
Kühlung: Wasser

Artikel online veröffentlicht im Logistik Journal

(Quelle: https://www.logistik-journal.de/mikroturbine-verlaengert-reichweite-von-e-fahrzeugen-81790; online beim Herausgeber leider nicht mehr verfügbar)

Mikroturbine verlängert Reichweite von E-Fahrzeugen

Über 200 Erfindungen beim Innovationstag Mittelstand in Berlin erwartet

Eine ultrakompakte Mikroturbine zur Verlängerung der Reichweite von Elektro-Autos ist eine der 200 Erfindungen, die auf dem Innovationstag Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) am 9. Mai 2019 in Berlin vorgestellt werden…

Mit der von der Matuschek Messtechnik GmbH in Alsdorf (Nordrhein-Westfalen) als ZIM-Einzelprojekt entwickelten Mikroturbine wird die Batterieaufladung in E-Fahrzeugen erheblich verbessert. Bisher sind Elektrofahrzeuge mit moderater Batteriereichweite zusätzlich mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren für die Batterieaufladung oder den unmittelbaren Antrieb ausgestattet. Diese Methode ist kostenintensiv und mit hohem Gewicht verbunden. Bei dem neuen ultrakompakten und ultraleichten Turbinenantrieb wird die Luft in einem Verdichter komprimiert, mit einem gasförmigen oder flüssigen Treibstoff vermischt und gezündet. Die hohen thermischen Energien treiben die Mikroturbine an. Im Generator wird die mechanische Energie der Turbine in elektrische Energie transformiert. Außerdem wird ein Wärmetauscher integriert, der die hohen Temperaturen der Turbinenabgase nutzt, um die verdichtete Verbrennungsluft vorzuwärmen. So wird der Wärmeaufwand in der Brennkammer reduziert und ein Teil der eingesetzten Energie zurückgewonnen. Das Unternehmen sieht gute Marktchancen für die Mikroturbine u.a. bei neuen E-Automobilherstellern.
"Die unbürokratische Projektunterstützung durch das ZIM-Programm war sehr hilfreich", so Geschäftsführer Axel Heinemann.

Abbildung 1: Range-Extender auf dem Prüfstand. © Matuschek Messtechnik GmbH, 2019