Pedeorelha | Funktionsweise des E-Flex-Antriebssystems von GM

Cameron Merritt
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Ein Blick in den Chevrolet Volt. Der Elektromotor und der Range Extender befinden sich vorne und die Batterie läuft in der Mitte des Autos. Weitere Bilder von Elektroautos. Foto mit freundlicher Genehmigung von General Motors

1996 erschien das batteriebetriebene Elektroauto EV-1 von General Motors in Saturn-Showrooms in Kalifornien und Arizona. In den nächsten sieben Jahren wurden mehr als 1.000 Modelle an Fahrer vermietet, die sich fortbewegen wollten, ohne Benzin in ihre Autos stecken zu müssen. Letztendlich entschied GM jedoch, dass die Nachfrage der Verbraucher und die Batterietechnologie nicht ganz auf dem neuesten Stand waren, und die meisten dieser Autos landeten in einer Brechanlage.

Seit den 1990er Jahren ist der Kraftstoffpreis in die Höhe geschossen und die Batterietechnologie hat sich erheblich weiterentwickelt. Daher hat GM beschlossen, dass es Zeit ist, das Elektroauto erneut zu knacken. Diesmal machen sie die Dinge jedoch etwas anders.

Das E-Flex-Antriebssystem ist eine brandneue Plattform von GM, die voraussichtlich die mit Spannung erwartete Chevrolet Volt-Limousine untermauern wird, die Ende 2010 in den Ausstellungsräumen erhältlich sein wird. Das System verleiht dem Elektroauto einen revolutionären Dreh - eine, die jedoch mit elektrischer Energie angetrieben wird kann mit Hilfe eines Verbrennungsmotors Hunderte von Kilometern fahren.

"[E-Flex-Fahrzeuge benötigen] keine Unterstützung durch einen Gasmotor, im Gegensatz zu einem Hybrid, der ohne den Motor nicht betrieben werden kann", sagte GM-Sprecher Dave Darovitz. "Unser Motor ist nicht direkt mit den Rädern verbunden und schaltet sich nur ein, wenn die Batterie leer ist. Er fungiert als stationärer Bordgenerator, um zusätzlichen Strom zum Aufladen der Batterie und zum Antrieb des Autos zu erzeugen." Im Gegensatz zu Hybridautos wie dem Toyota Prius, der einen kleinen Elektromotor für langsames Fahren verwendet und zum Beschleunigen und schnelleren Fahren auf einen Verbrennungsmotor umgestellt wird, betrachtet GM Autos, die auf der E-Flex-Plattform gebaut wurden, eher als Elektroautos als Plug-in-Hybride.

Nach einer Nacht des Aufladens (jede Haushaltssteckdose reicht aus) werden die Räder des Autos ausschließlich mit elektrischem Strom aus dem Akkupack angetrieben. Der benzinbetriebene Motor wird nur zum Aufladen der Batterie verwendet, wenn die Energie ausgeht.

Wenn bei GM alles nach Plan läuft, können mit E-Flex betriebene Autos allein mit elektrischem Strom bis zu 64 Kilometer weit fahren, ohne einen Tropfen Benzin zu verbrauchen. Nach 64 Kilometern ist die anfängliche Batterieladung des Autos erschöpft und der Verbrennungsmotor - a genannt Reichweitenverstärker -- Der Start erfolgt nahtlos und der Betrieb eines Generators, der die Batterie auflädt und das Auto mit Strom versorgt.

Im nächsten Abschnitt werden wir uns das Herz der E-Flex-Plattform ansehen - ihre Batterie - und wie viel Geld Sie mit einem Auto sparen würden, das mit einem Auto fährt.

Inhalt

Die E-Flex Batterie
E-Flex Onboard Generator und Motor
Der E-Flex Range Extender
E-Flex und die Umwelt
Die Zukunft von E-Flex

Ein 16-Kilowatt-Akku für den Chevrolet Volt (rechts) wird neben dem originalen 16-Kilowatt-Akku EV-1 im GM-Batterielabor in Warren, Michigan, ausgestellt. John F. Martin / General Motors

Die E-Flex-Batterie ist eine fortschrittliche Lithium-Ionen-Batterie mit einem Gewicht von 181 Kilogramm, die bis zu 16 Kilowattstunden Strom erzeugt.

Die Fortschritte in der Batterietechnologie, die diese Art von Geräten in den letzten Jahren ermöglicht haben, erklären, warum ein Auto auf der E-Flex-Plattform das kann, was es tut. Der EV-1 verwendete zum Beispiel einen Blei-Säure-Akku, der die gleiche Leistung wie ein Fahrzeug mit E-Flex-Antrieb hatte, aber etwa 998 Kilogramm mehr wog.

Die E-Flex-Batterie ist im Gegensatz zu den zylindrischen Lithium-Ionen-Batterien, die von den meisten Autos ihres Typs verwendet werden, ebenfalls leer. Flache Zellen nehmen weniger Platz ein als zylindrische Zellen, sodass mehr Energie im Batteriepack des Autos gespeichert werden kann. Diese Zellen sind auch leichter zu kühlen und zu konditionieren, da Flüssigkeit leicht über eine flache Oberfläche fließen kann.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die einfach in den Motorraum eines Autos eingelegt werden, ist die E-Flex-Batterie so groß, dass sie tatsächlich in das Auto selbst eingebaut ist. Die T-förmige Batterie läuft durch die Fahrzeugmitte zwischen Vorder- und Hinterrad, wobei sich die Oberseite des "T" unter dem Beifahrersitz befindet. Dies schützt die Batterie im Falle eines Unfalls.

Die Einzigartigkeit der Plattform schafft jedoch Herausforderungen, denen sich GM stellen muss.

"Das Herz und die Seele von [der E-Flex-Plattform] ist die Batterie mit einem Fahrzeug an der Spitze", sagte Tony Posawatz, der Leiter der Fahrzeuglinie für den Chevrolet Volt. Ingenieure wissen, wie man Fahrzeuge konstruiert und baut, sagte er. "Aber den Akku einbauen, heizen und kühlen, die verwendeten Materialien ... das ist alles nicht bekannt."

Im Gegensatz zu Wasserstoffbrennstoffzellen müssen wir auf diese Technologie nicht warten. "Die Infrastruktur für Elektrofahrzeuge ist bereits vorhanden", sagte Posawatz. "Strom kostet ein oder zwei Cent pro Meile, gegenüber 10 Cent pro Meile für Benzin im Moment."

Die E-Flex-Batterie ist mit einem Elektromotor verbunden, der die Vorderräder des Fahrzeugs antreibt. In diesem Modus ist es völlig leise und ein Fahrer hört nur das Straßengeräusch.

Dieser Motor erzeugt ungefähr 120 Kilowatt Leistung, was ungefähr 160 PS bei einem Verbrennungsmotor entspricht. Da Elektromotoren jedoch sofort ein Drehmoment liefern - Sie müssen den Motor nicht drehen, um seine volle Leistung zu erzielen - bietet der Chevrolet Volt eine erheblich bessere Leistung.

Es wird erwartet, dass der Volt in weniger als 9 Sekunden von null auf 97 km / h steigt. Es ist jedoch das Gefühl, das Auto auf den Markt zu bringen, das leistungsverrückte Fahrer wirklich beeindrucken wird. Die Beschleunigung wird sich eher wie bei einem sportlichen Auto mit V-6-Motor anfühlen als bei einem kleinen sparsamen Auto. Das Auto benutzt auch regeneratives Bremsen, Dies bedeutet, dass das Auto beim Ausrollen oder Bremsen kinetische Energie sammelt und diese Energie zum Aufladen seiner Batterie verwendet. Wenn sich die Batterie im Boden des Autos befindet, bedeutet dies auch einen niedrigen Schwerpunkt.

Die Lithium-Ionen-Batterien, die in E-Flex-Fahrzeugen verwendet werden, sind die gleichen, mit denen Mobiltelefone und Laptops betrieben werden, nur viel größer. Um den Akku aufzuladen, schließen Sie das Auto einfach an eine 110-Volt-Steckdose an - jede normale Haushaltssteckdose funktioniert. GM geht davon aus, dass die meisten Kunden das Auto über Nacht in ihren Garagen aufladen werden. Dieser Vorgang dauert etwa sechs Stunden. Bei einem 220-Volt-Stromkreis benötigen die Fahrer drei bis vier Stunden, um den Akku aufzuladen.

Die Ingenieure von GM versuchen, ein Auto zu bauen, das jeder bedienen kann. Während die vielen Komponenten von E-Flex-Fahrzeugen kompliziert klingen, möchte Andrew Farah, der Chefingenieur des Volt, dass die Leute verstehen, dass es so einfach ist, das Auto am Laufen zu halten, wie ein Gerät anzuschließen. Der Volt hat an der Seite einen Stecker zum Einstecken in Steckdosen zum Laden.

Lesen Sie weiter, um mehr über die Rolle eines Verbrennungsmotors im Chevy Volt zu erfahren.

Das Chevrolet Volt Concept Car ist das erste Fahrzeug, das von E-Flex angetrieben wird. Foto mit freundlicher Genehmigung von General Motors

Sobald der Akku seine anfängliche Ladung verliert, ist es Zeit, dass der Range Extender - GMs Name für den Verbrennungsmotor vorne im Fahrzeug - zur Arbeit geht. Beim Konzeptauto Chevrolet Volt handelt es sich um einen 1,0-Liter-3-Zylinder-Motor (1.000 Kubikzentimeter), der für den Betrieb eines Generators ausgelegt ist, der die Batterie aufgeladen hält. Es wird mit einem 45-Liter-Kraftstofftank betrieben.

"Bei einem typischen Elektrofahrzeug haben Sie eine Batterie und einen Elektromotor", sagte Ingenieur Andrew Farah. "Das ist alles, was du brauchst, bis dir die Ladung ausgeht ... dann musst du es nach Hause schieben." Mit dem Gasmotor auf der E-Flex-Plattform sei das kein Problem mehr, sagte er.

Der Zweck des benzinbetriebenen Range Extenders besteht darin, ein Elektroauto zu haben, in dem die Fahrer nicht ständig auf eine Anzeige starren, um zu sehen, wie viel Saft sie noch haben, bevor sie das Auto umdrehen und zum Aufladen nach Hause fahren müssen.

Trotz der Wirksamkeit des Elektromotors müssen die Fahrer daran denken, ihre Gastanks voll zu halten. Während das Auto mit Batteriestrom bis zu 64 Kilometer fahren kann, muss der Gasmotor laufen, um den Generator anzutreiben.

Laut GM sollte der durchschnittliche Kunde jedes Jahr rund 1.892 Liter Kraftstoff einsparen und fast nie zur Tankstelle gehen oder typische Motorwartungspläne einhalten müssen. Das Unternehmen empfiehlt, das Auto so oft und so lange wie möglich anzuschließen, um die Batterie konditioniert zu halten.

Derzeit arbeiten GM-Ingenieure daran, dass der Range Extender sowohl mit Benzin als auch mit dem Ethanol / Benzin-Gemisch E85 betrieben wird. In Europa experimentieren sie auch mit Dieselkraftstoff. Sie arbeiten auch an einer Brennstoffzellenvariante von E-Flex [Quelle: Farah]. Bei diesem Fahrzeug würden der Range Extender und der Generator entfernt und durch Wasserstoffbrennstoffzellen ersetzt. In einem solchen Fahrzeug sagte Farah: "Sie würden die Brennstoffzelle die meiste Zeit laufen lassen und die Batterie nicht so viel."

GM möchte, dass die E-Flex-Plattform hinsichtlich Emissionen und Kraftstoffverbrauch umweltfreundlich ist. Bis jetzt sind sie auf dem richtigen Weg: E-Flex-Fahrzeuge verursachen auf den ersten 64 Kilometern keinerlei Emissionen. Während das Auto mit Batteriestrom betrieben wird, setzt der Elektromotor keine der Chemikalien und Luftschadstoffe frei, für die benzinbetriebene Autos so schlecht gelaunt sind.

Sobald der Verbrennungsmotor anspringt, schätzen die GM-Ingenieure, dass die Fahrer mit dem Range Extender 21 Kilometer / Liter pro Gallone erreichen. Das Chevy Volt-Konzeptauto wies eine Gesamtreichweite von mehr als 966 Kilometern auf, aber die Serienversion hat aufgrund einer reduzierten Gastankgröße eine Reichweite von 579 Kilometern. GM-Ingenieure entschieden einfach, dass der zusätzliche Tankraum und das zusätzliche Gewicht nicht notwendig waren.

GM-Beamte bestehen darauf, dass die Änderung sinnvoll ist. "Da die Leute fast nie mehr als 400 Meilen fahren, ohne anzuhalten, warum sollten Sie all den zusätzlichen Kraftstoff mit sich herumtragen, den Sie vielleicht nie verbrauchen?" Fragte Darovitz. Tatsächlich verwenden die meisten Menschen möglicherweise nie Benzin, da GM schätzt, dass mehr als 75 Prozent der US-Pendler weniger als 64 Kilometer pro Tag fahren [Quelle: Chevrolet].

Wenn bei den E-Flex-Fahrzeugen alles nach Plan verläuft, werden diese Fahrer während ihres täglichen Pendelverkehrs niemals einen Tropfen Benzin verbrauchen oder schädliche Emissionen verursachen - obwohl die verringerte Größe des Gastanks den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge ironischerweise steigern kann. Aber nur für den Fall, dass diese Fahrer beschließen, ihren neuen Antriebsstrang zu testen und auf offener Straße zu fahren, erreichen die Autos immer noch 21 Kilometer / Liter..

Wann und für wie viel können Sie den Chevy Volt kaufen? Was können Fahrer sonst noch auf der E-Flex-Plattform finden? Finden Sie es auf der nächsten Seite heraus.

Der Range Extender des Opel Flextreme ist ein Turbodieselmotor anstelle der in den meisten amerikanischen Autos verwendeten Verbrennungsvariante. Cate Gillon / Getty Images

Der Chevrolet Volt wurde auf der North American International Auto Show 2007 (NAIAS) vorgestellt und ist das erste Fahrzeug auf der E-Flex-Plattform. Im Gegensatz zum zweisitzigen zweitürigen EV-1 ist der Volt eine viertürige Kompaktlimousine mit vier Sitzen. Der Innenraum sollte einen 6-Fuß-2-Zoll-Mann bequem auf den Vorder- und Rücksitzen unterbringen. Das Fehlen eines Mittelsitzes im Fond bietet Platz für die Fahrzeugbatterie in der Fahrzeugmitte und hält das Dach für eine bessere Aerodynamik niedrig. Um den Kraftstoffverbrauch zu senken, den GM wünscht, wird der Volt extrem aerodynamisch sein.

Es wird einige Arbeit erfordern: Viele haben den Zeitplan für die Veröffentlichung des Volt als äußerst ehrgeizig bezeichnet. GM möchte die Autos bis Ende 2010 auf der Straße haben, und das bedeutet umfangreiche Tests der Batterie und die Entwicklung des Autos selbst.

Der Akku muss kühl bleiben. Es muss sicher sein. Es muss holprige Straßen bewältigen und muss auch in Massenproduktion hergestellt werden. Ingenieure müssen auch das Auto selbst - alles, was die Batterie im Wesentlichen funktioniert - bis zum Erscheinungsdatum einsatzbereit haben.

Das Unternehmen hatte 30.000 US-Dollar als angemessenen Preis für den Volt angestrebt, aber in den letzten Monaten haben GM-Beamte auf diese Zahl gewaffelt und Reportern mitgeteilt, dass der Preis des Volt mit dem Benzinpreis beim Start des Autos verbunden sein würde [Quelle: Blanco].

"Die Preise für den Chevrolet Volt sind noch nicht festgelegt", sagte Darovitz. "Wir werden viele Faktoren wie staatliche Steuergutschriften, Kundennutzen und -wert, andere Subventionen, Stromkosten im Vergleich zu Benzineinsparungen und Anfangsmengen bewerten, bevor wir den Preis festlegen."

Einige Monate nach der Enthüllung des Volt stellte GM seinen Cousin, den Opel Flextreme, vor. Als E-Flex-Fahrzeug für den europäischen Markt ist es ein stilvolles fünftüriges Fließheck mit dem gleichen Herzen wie der Volt. Die einzige Ausnahme ist der Range Extender des Flextreme, bei dem es sich um einen 1,3-Liter-Turbodiesel (1.300 Kubikzentimeter) handelt und nicht um den Verbrennungsmotor des Volt. Damit eignet sich der Flextreme besser für europäische Länder wie Deutschland, den Heimatmarkt von Opel, in dem Dieselkraftstoff die meisten Fahrzeuge antreibt.

Im Januar 2008 kam der Cadillac Provoq SUV auf die Auto-Show-Rennstrecke. Es verwendet ein E-Flex-System in Verbindung mit Wasserstoff-Brennstoffzellen, um ein Fahrzeug zu liefern, das mit Wasserstoff 451 Kilometer und mit elektrischer Batterieenergie 32 Kilometer fahren kann - und dabei keine Emissionen außer Wasserdampf abgibt.

Während sich Volt, Flextreme und Provoq noch in der Konzeptphase befinden, sind die E-Flex-Komponenten laut Farah für den Einsatz in einer Vielzahl von Fahrzeugen ausgelegt. "Wir sollten in der Lage sein, die Verfügbarkeit dieser Art von Technologie zu erweitern, um sie in alle Arten von Autos zu integrieren, die die Menschen wollen", sagte er.

Funktionsweise des E-Flex-Antriebssystems von GM

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