Das Mild Hybrid Electric Vehicle (MHEV) ist eine der preiswertesten und einfachsten Lösungen aus dem Bereich der Hybridantriebe. Im folgenden Text werfen wir einen Blick auf die Merkmale dieser Lösung und stellen die praktischen Aspekte der Wartung von Autos in einem sanften Hybridsystem vor.
Wir beginnen mit einer Klassifizierung von Hybridautos. Eine große Anzahl von Hybridsystemen wurde entwickelt und wird in verschiedenen Autos eingesetzt. Der Begriff Hybrid wird verwendet, um eine Reihe von Autos zu beschreiben, die sich in Bezug auf Design und Leistung deutlich unterscheiden.
Dieser Begriff wird normalerweise für Fahrzeuge verwendet, die mit einem Start-Stopp-System ausgestattet sind. Der Begriff Hybrid ist in diesem Fall weit hergeholt, da solche Autos von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden und keinen Elektromotor haben. Einige Systeme versuchen, die Bremsenergie ein wenig zurückzugewinnen, aber bei herkömmlichen 12-V-Blei-Säure-Batterien funktioniert dieses Konzept nicht. Die Voraussetzung dafür, dass mehr Strom auf die Batterie übertragen werden kann, ist, dass die Batterie teilweise entladen wird, was auf Dauer zur Sulfatierung führt. Außerdem erzeugt die Übertragung von mehr Strom bei 12V sehr hohe Ströme, was unpraktisch ist.
Dabei handelt es sich um ein Antriebssystem, bei dem der Elektromotor nicht in der Lage ist, das Fahrzeug vollständig anzutreiben, sondern eine Hilfsfunktion während der Fahrt übernimmt. Der Kern des Systems besteht darin, den Anlasser und die Lichtmaschine durch eine einzige elektrische Maschine zu ersetzen, die beide Funktionen übernehmen kann (Integrated Starter-Generator – ISG). Als Energiespeicher werden 48V-Batterien verwendet, obwohl einige Lösungen (Mazda) auch 24V verwenden. Die beim Bremsen zurückgewonnene Energie wird zur Unterstützung des Verbrennungsmotors verwendet. Das Auto speichert nur eine geringe Menge an Energie. Im Vergleich zum reinen Verbrennungsmotor können unter realen Bedingungen etwa 10% Kraftstoff eingespart werden. Der Begriff Soft-Hybrid bezieht sich daher auf Autos mit Verbrennungsmotor, die mit einem zusätzlichen Elektromotor/Generator ausgestattet sind.
Ein klassisches Hybridsystem, bei dem ein Fahrzeug sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch – in begrenztem Umfang – von einem Elektromotor angetrieben werden kann, ohne dass der Verbrennungsmotor beteiligt ist. Dies erfordert eine geeignete Konstruktion des Antriebsstrangs, die es beiden Antriebsarten ermöglicht, unabhängig voneinander zu arbeiten. Im typischen Fahrbetrieb besteht die Hauptfunktion des Elektroantriebs darin, Bremsenergie zurückzugewinnen und zum Anfahren zu verwenden, was im Stadtverkehr erhebliche Kraftstoffeinsparungen ermöglicht (der Kraftstoffverbrauch ist niedriger als bei Mild-Hybrid-Lösungen). In einem Vollhybridsystem wird der Strom nur von den Generatoren im Fahrzeug bezogen; wir haben nicht die Möglichkeit, aus dem Netz zu laden. Hybridautos dieses Typs erreichen mit dem Elektromotor eine sehr kurze Reichweite, in der Größenordnung von 2 km.
Bei dieser Variante handelt es sich um eine Erweiterung des Vollhybridsystems mit einem Akkupaket, um im Elektromodus eine nützliche Reichweite zu erzielen. Plug-in-Hybride können am Stromnetz aufgeladen werden und können theoretisch als Elektroautos für kurze Fahrten verwendet werden. Plug-in-Hybride sind sehr umstritten, weil sie bei den aktuellen Normen sehr gute CO2/km-Emissionsergebnisse erzielen, da sie einen großen Teil der Teststrecke im Elektromodus fahren können, was auch den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch senkt. Normalerweise fahren diese Autos auf langen Strecken nur mit Verbrennungsmotor, was sich in einer viel ungünstigeren Emissionsleistung und einem viel höheren Kraftstoffverbrauch als angegeben niederschlägt. Ein Plug-in-Hybrid umfasst eine große Fahrzeugmasse, die zusätzlich zum Verbrennungsmotor ein großes Batteriepaket enthält, ähnlich wie bei Elektroautos.
Eine typische Konfiguration eines solchen Systems in einem Personenkraftwagen umfasst die folgenden Komponenten.
Elektrische Turbine – einige Systeme verwenden elektrische Unterstützung für den Turbolader. Der Ladedruck kann durch Strom aus der Batterie erzeugt werden. Es kann sein, dass die elektrische Unterstützung des Turboladers eine stärkere Beschleunigung beim Anfahren ermöglicht als ein Elektromotor, der mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Im Gegensatz zu klassischen Hybriden und Plug-in-Hybriden erfordert die Wartung von Soft-Hybriden keine zusätzlichen elektrischen Qualifikationen. Die im System vorhandenen Spannungen gelten als sicher. Das bedeutet natürlich nicht, dass jeder Mechaniker sofort in der Lage ist, solche Fahrzeuge zu warten. Wie bei jeder neuen Technologie lohnt es sich, mit einer Schulung zu beginnen und sich das nötige Wissen anzueignen, um die ersten Schritte bei der Wartung von Hybriden dieser Art sicher zu gehen.
Eine der ausfallsichersten Komponenten des Systems ist zweifellos das Batteriemodul, das einem natürlichen Verschleiß unterliegt und auch durch Fehler beim Betrieb des Autos in Mitleidenschaft gezogen werden kann. Lithiumzellen müssen nicht wie Blei-Säure-Zellen vollständig geladen werden – ein teilweise geladener Zustand ist für sie sogar vorteilhaft, da sie sich in diesem Zustand langsamer abbauen. Beim Entladen ist jedoch Vorsicht geboten – eine tiefentladene Batterie kann beschädigt werden. In vielen Fällen kann die in den Akku integrierte Elektronik verhindern, dass ein tiefentladener Akku wieder aufgeladen werden kann. Beugen Sie daher gemäß den Empfehlungen der Hersteller einer Entladung der Batterie vor, indem Sie das Auto mindestens einmal im Monat starten. Auch bei Aftermarket-Batterien sollten Sie vorsichtig sein. Wenn sie zu lange in einem entladenen Zustand waren (z.B. bei Unfallwagen), können sie sich trotz ihres geringen Alters oder Kilometerstandes als wertlos erweisen. Wenn wir von der Batterie sprechen, meinen wir nicht nur die Lithiumzellenbatterie, sondern auch die integrierte Elektronik, die in der Regel mit einem zusätzlichen Anschluss für die Kommunikation mit dem Steuergerät ausgestattet ist. Die zweite problematische Komponente ist der Wechselrichter. Dies ist die mit hohen Strömen belastete Komponente, die für die Stromübertragung im System verantwortlich ist. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, diese Komponenten zu miniaturisieren und gleichzeitig die Kosten zu optimieren. In vielen Fällen ist die Ausfallrate von Wechselrichtern wahrscheinlich auf ihre relativ kurze Lebensdauer zurückzuführen, und es ist zu erwarten, dass die Probleme in zukünftigen Generationen von Systemen beseitigt werden. Die dritte und am wenigsten ausfallsichere Komponente von Hybridfahrzeugen dieser Art ist die elektrische Maschine. Moderne Motoren dieser Art, ohne Bürsten oder Kommutator, sind langlebig und sollten keine Probleme verursachen, solange sie richtig konstruiert und hergestellt werden.
Ein Beispiel für eine Messung, die relativ einfach durchzuführen ist, um in der Praxis zu sehen, wie Autos mit einem Soft-Hybrid-System funktionieren, ist eine Oszilloskop-Messung mit Stromzangen. Wenn wir gleichzeitig die Spannung messen wollen, müssen wir sicherstellen, dass wir ein Gerät haben, an das wir 48 V sicher anschließen können. Für viele Geräte müssen wir geeignete Stromzangen mit einem Teiler verwenden. Mit dem Werkstatt-Oszilloskop Scope DT müssen wir uns darüber keine Gedanken machen, da wir eine solche Spannung an jeden der Eingänge anschließen können. Außerdem schützt die Konstruktion der Eingänge vor der Möglichkeit eines Kurzschlusses. Bei der Auswahl der Klemmen müssen wir ein Element mit einem geeigneten Strombereich verwenden, z.B. 400A. Die Klemmen decken eines der Stromkabel ab, die zur Batterie führen. Indem wir den Test unter Dynamometerbedingungen durchführen, können wir sehen, wann Strom in die Batterie fließt und sie auflädt und wann zusätzliche Leistung an den Elektromotor übertragen wird, der den Verbrennungsmotor unterstützt.
Wie Sie ein bestimmtes Soft-Hybrid-Auto warten können, hängt von der Version des Systems ab. An diesen Systemen herrscht kein Mangel auf dem Markt und die Hersteller entwickeln neue Generationen von Systemen mit unterschiedlicher Technologie und Leistungsfähigkeit. Wenn Sie 48V-Systeme in Erwägung ziehen, sollten Sie sich immer an die Serviceverfahren des jeweiligen Fahrzeugs halten.
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