Bremsenergierückgewinnung

Forscher entwickeln Schwungradspeicher für Serien-Elektro- und Hybridautos

28.03.13 | Redakteur: Thomas Kuther

Auf dem Prüfstand: Das Flywheel der TU Graz für Serien-Elektro- und Hybridautos wird derzeit auf Herz und Nieren getestet
Auf dem Prüfstand: Das Flywheel der TU Graz für Serien-Elektro- und Hybridautos wird derzeit auf Herz und Nieren getestet (Bild: TU Graz)

Forscher der TU Graz arbeiten an einem mechanischen System zur Bremsenergierückgewinnung für die Serienanwendung in Elektro- und Hybridfahrzeugen und testen derzeit einen Prototyp auf dem Prüfstand.

Viele Elektro- und Hybridautos können es bereits: rekuprieren – also die Bremsenergie zwischenspeichern und später beim Beschleunigen wieder nutzen. Meist wird die überschüssige Energie dabei in Akkus gespeichert. Das funktioniert aber ebenso mit anderen Speichern, beispielsweise mit komprimierter Luft wie bei dem von Bosch und PSA Peugeot Citroën entwickelten Hybridantrieb „Hybrid Air“ mit Druckluftantrieb.

Gyrobusse der 50er Jahren nutzten Schwungradspeicher

Schwungräder eignen sich ebenfalls als Zwischenspeicher, wie elektrisch angetriebene Gyrobusse bereits in den 50er Jahren in der Schweiz und Österreich bewiesen. Auch in den 1990er-Jahren wurden Omnibusse mit Schwungradspeichern eingesetzt, und zwar in München und Bremen.

Flywheels als Speicher sind weit verbreitet

Porsche setzt heute beim 911 GT3 R auf ein Schwungrad als Energiespeicher, ebenso wie Volvo und Audi beim R18 e-tron quattro.

In Zwickau geben Straßenbahnen Bremsenergie an Schwungräder ab, die in Kästen neben der Strecke stehen. In der Formel setzte das Team Williams ebenfalls auf ein Schwungrad-KERS und kaufte zu diesem Zweck eigens eine Firma. Das Schwungrad-KERS kam zwar bei Williams F1 nie zum Einsatz, die Firma gibt ewse aber noch immer: Williams Hybrid Power baut Schwungradspeicher für Hybridantriebe, u.a. auch für den Audi R18 e-tron. Der USV-Hersteller Active Power nutzt Schwungräder als Speicher und bietet USV-Anlagen auf Basis der Schwungrad-Technik an.

Flywheel-Technik für Serien-Elektro- und Hybridautos

Nun haben Wissenschaftler an der Technischen Universität Graz unter der Leitung von Dr. Gert Holler diese alte Idee aufgegriffen und arbeiten an einem serientauglichen Flywheel für den Einsatz in Serien-Elektro- und Hybridfahrzeugen, das sich seit Kurzem auf dem Prüfstand befindet.

Einzelheiten zu den Entwicklungsarbeiten im Rahmen des vom Klima- und Energiefonds als Leuchtturmprojekt der Elektromobilität geförderten Elektromobilitätsprojekts „Clean Motion Offensive“ des Automobil-Clusters Oberösterreich verrät Dr. Holler im folgenden Interview:

Was ist neu am Flywheel der TU Graz?

Wir haben das System der Energierückgewinnung in puncto Energieinhalt und Lebensdauer an eine automotive Anwendung angepasst und den Wirkungsgrad optimiert.

Welche Schwierigkeiten hatten Sie bei der Entwicklung zu überwinden?

Dr. Gert Holler: „Wir haben das System der Energierückgewinnung in puncto Energieinhalt und Lebensdauer an eine automotive Anwendung angepasst und den Wirkungsgrad optimiert.“
Dr. Gert Holler: „Wir haben das System der Energierückgewinnung in puncto Energieinhalt und Lebensdauer an eine automotive Anwendung angepasst und den Wirkungsgrad optimiert.“ (Bild: TU Graz)

Wir mussten widersprüchliche Anforderungen an Trafobleche von mechanischer als auch elektrischer Seite her lösen (hochfeste Bleche haben sehr schlechte elektrische Eigenschaften). Gleichzeitig ergaben sich im Bereich der Kreiselmomente hohe Belastungen der Lager durch die einwirkenden Reaktionskräfte. Ein möglichst wartungsfreier Betrieb der Lager ist ebenfalls ein Ziel.

Ist die Technologie für den Serieneinsatz geeignet, bzw. in welcher Weise stellt sie einen echten Mehrwert für die E-Mobilität dar?

Die Technologie ist prinzipiell für den Serieneinsatz geeignet. Sie ermöglicht den Ausgleich der Belastungsspitzen der primären Energiequelle (Akku etc.) und erhöht damit die Lebensdauer dieser Energiequelle oder ermöglicht überhaupt erst deren Einsatz (im Fall von z.B. Brennstoffzellen), außerdem ist eine deutlich verbesserte Rekuperation der Bremsenergie möglich, wodurch die Reichweite von E-Mobilen erhöht werden kann.

Was unterscheidet Ihr Flywheel von dem im Audi e-tron verwendeten? (Rallye-Sieger von Le Mans)

Unser Flywheel ist auf eine lange Lebensdauer ausgelegt, wir verzichten außerdem auf Faserwerkstoffe und arbeiten an der Optimierung in Bezug auf einen akzeptablen Preis in der Serie.

Wie könnte der Einsatz in der Formel 1 den Einsatz in den Serienfahrzeugen beeinflussen?

Durch die Werbewirkung bzw. die Demonstration, dass im Rennbetrieb der sichere Betrieb eines Schwungradspeichers gewährleistet ist.

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