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Opel Ampera (2) - Der Antrieb


zu Opel Ampera (Teil 1) | zur Batterietechnik (Teil 3)|

Revolutionäres elektrisches Voltec-Antriebskonzept 

Aufbau 

Unter der Motorhaube steckt, neben dem Benziner zur Reichweitenverlängerung, das Herz des Ampera, das elektrische Voltec-Antriebssystem. Es besteht aus einem Haupt-Elektromotor, einem zweiten Elektromotor/Generator sowie einem Planetengetriebe und einem Differenzial. Im Gegensatz zu konventionellen Antriebssystemen gibt es im Ampera kein Getriebe mit gestuften Gängen.

Opel Ampera Antrieb

Unter der Motorhaube verbergen sich zwei Elektromotoren und der Verbrennungsmotor © GM Company

Kraftübertragung

Die Kraftübertragung der elektrischen Antriebseinheit erfolgt über das Planetengetriebe und das Differenzial auf die Vorderräder. Da die Effizienz eines Elektromotors mit Erreichen der Höchstdrehzahl abnimmt, nutzen die Opel Ingenieure das Planetengetriebe, um die Drehzahl des elektrischen Hauptantriebsmotors abzusenken. Diese Technik verwendet drei Kupplungen, die je nach Bedarf elektronisch aktiviert werden. Eine verbindet den Elektromotor/Generator mit dem Hohlrad des Planetengetriebes, eine zweite stellt den Kraftschluss zwischen Hohlrad und dem Getriebegehäuse her. Die dritte verbindet im Range-Extender-Betrieb Benzinmotor und Generator.

Die Fahrleistungen des Ampera sind dabei immer gleich, unabhängig davon, ob der elektrische Antriebsmotor nur von der Batterie oder im Range-Extender-Modus vom Generator mit Strom versorgt wird. Der zweite Elektromotor unterstützt entweder den Hauptantriebsmotor oder erhält als Generator den minimal notwendigen Ladezustand der Batterie konstant.

Opel Ampera Baugruppen Antrieb

Opel Ampera Baugruppen Antrieb © GM Company

 

Für einen optimalen Wirkungsgrad kommen bei hohen Geschwindigkeiten beide Elektromotoren zum Einsatz. Auf diese Weise kann der elektrische Hauptantriebsmotor mit geringerer Drehzahl im effizienten Bereich arbeiten. Das Optimierungsprogramm des Antriebssystems analysiert permanent den aktuellen Betriebszustand und wechselt je nach Bedarf nahtlos zwischen Ein- und Zwei-E-Motor-Betrieb. Auf diese Weise bleibt die maximale Energieeffizienz gewahrt, während die Leistungsanforderungen des Fahrers erfüllt werden.

Legende

 

 

 

Legende zu den folgenden Skizzen © GM Company

Fahren rein elektrisch

Ein Motor-Betrieb mit Batteriestrom

In diesem Betriebszustand liefert ausschließlich die 16-kWh-Batterie des Ampera den elektrischen Strom. Bei Geschwindigkeiten unter 100 km/h ist lediglich der elektrische Hauptantriebsmotor im Einsatz. Er stellt bis zu 111 Kilowatt Leistung bereit. Aus dem Stand heraus verfügt er über ein gleichmäßiges Drehmoment von 370 Nm für temperamentvollen Durchzug. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist in diesem Betriebszustand im Getriebegehäuse fixiert.

Ein Motorbetrieb mit Batteriestrom

Ein Motorbetrieb mit Batteriestrom © GM Company

Zwei Motorenbetrieb mit Batteriestrom

Bei höheren Geschwindigkeiten unterstützt der Elektromotor/Generator den Hauptantriebsmotor als zusätzliche Kraftquelle. Dies verhindert, dass der Hauptantriebsmotor bei Maximaldrehzahl laufen muss und damit an Wirkungsgrad einbüßt. Der Zwei-Motor-Betrieb ist energieeffizienter, so dass sich die Reichweite im reinen Batteriebetrieb bei schneller Autobahnfahrt erhöht. In diesem Betriebszustand ist der Generator mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden.

Zwei Motorenbetrieb mit Batteriestrom

Zweimotorenbetrieb mit Batteriestrom © GM Company

Im normalen Fahrbetrieb wechselt die intelligente Steuerungselektronik im Ampera nahtlos zwischen Antrieb mit einem und mit zwei Motoren, um die verfügbare Energie entsprechend der gewählten Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigungswunsch optimal zu nutzen.

Auch im Zwei-Motor-Betrieb bezieht der sekundäre Elektromotor seinen Strom aus der Batterie. In beiden Betriebszuständen wird der Ampera ausschließlich elektrisch angetrieben und konsumiert nicht einen Tropfen Benzin. Dank dieses innovativen elektrischen Antriebssystems kann der Ampera im reinen Batteriebetrieb eine Reichweite zwischen 40 und 80 Kilometer erreichen.

Fahren mit Range-Extender

Ein Motor mit Generatorstrom

Immer wenn die Batterie des Ampera auf ihren minimalen Ladezustand sinkt, startet der 63 kW/86 PS starke 1,4-Liter-Benzinmotor Benzinmotor, um die Reichweite zu erhöhen Die Verbrennungsmaschine wird mit dem zweiten Elektromotor verbunden, der nun als Generator arbeitet und den Fahrstrom für den elektrischen Hauptantriebsmotor produziert. Gleichzeitig hält der Generator den Ladezustand der Batterie konstant. Das Hohlrad ist dann wiederum im Getriebegehäuse fixiert.

Zweimotoren mit Generatorsrom

Ein Motor mit Generatorstrom © GM Company

Zwei Motoren mit Generatorstrom

Bei Geschwindigkeiten jenseits von 100 km/h übernimmt der Elektromotor/Generator eine doppelte Funktion. Während er als Generator Strom produziert, wirkt er gleichzeitig als Hilfsmotor. Dann liefert er zusätzliches Antriebsmoment, indem er mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden wird wie im einmotorigen batterieelektrischen Modus. In diesem Zwei-Motor-Betriebszustand erzielt der Ampera bei Autobahngeschwindigkeiten einen höheren Wirkungsgrad als es alleine mit dem Hauptantriebsmotor möglich wäre. Das mechanische Zuschalten des Benzinmotors dient der Effizienzsteigerung. Auch in diesem Modus fährt der Ampera jedoch elektrisch.

Zwei Motoren mit Generatorstrom

Zwei Motoren mit Generatorstrom © GM Company

In diesem Betriebszustand verlängert sich die Reichweite auf mehr als 500 Kilometer ohne Tankstopp. Der Betrieb des Benzinmotors ist auf maximalen Wirkungsgrad, sparsamen Verbrauch und niedrige Emissionen ausgelegt. Selbst nach längeren inaktiven Phasen funktioniert der Motor zuverlässig und erfüllt bereits kurz nach einem Kaltstart die Abgasvorschriften.

Der Benzinmotor

Der Vierzylinder-16-Ventil-Motor (Ecotec-Motor) ist darüber hinaus besonders wartungsfreundlich und verfügt über einen Zylinderkopf aus Aluminium. Weitere Konstruktionsmerkmale sind:

  • Nockenwellenantrieb mit Steuerkette für reibungsarmen und wartungsfreien Betrieb

  • Einzelspulenzündung statt Zündkabel für zuverlässigeren Betrieb und geringen Wartungsaufwand

  • Mit Platin veredelte Zündkerzen erlauben Wechselintervalle von 160.000 km

Zwei Zusatzmodi ergänzen die beiden Hauptfahrmodi

Opel geht davon aus, dass rund 90 Prozent der täglichen Fahrstrecken im Normal- und Sportmodus zurückgelegt werden, die mit dem „Drive-Mode“-Schalter auf der Mittelkonsole eingestellt werden können.

Der Normalmodus als Grundeinstellung bietet maximale Effizienz in den meisten Fahrsituationen. Der Sportmodus ändert automatisch das Ansprechverhalten des Gaspedals, der Drehmomenteinsatz bei sportlicher Fahrweise ist spontaner. Für besondere Bedingungen stehen mit dem Berg- und dem Hold-Modus zwei weitere Fahrmodi zur Verfügung. Der Bergmodus sollte vom Fahrer mindestens 10 bis 15 Minuten vor einer schnell gefahrenen, längeren Steigungsstrecke im Gebirge aktiviert werden. So steht auch in einem solchen extremen Fall ausreichend Batteriekapazität zur Verfügung. Im Hold-Modus schaltet sich der Generator sofort ein und hält die Batterie auf ihrem aktuellen Ladezustand. So bleibt die eingesparte Batterieladung für rein elektrisches Fahren ohne Emissionen am Zielort erhalten – beispielsweise in Umweltzonen oder Innenstädten, in denen wie in London, Mailand, Florenz oder Stockholm eine Abgas-Steuer erhoben wird.

Rekuperative Kombi-Bremse

Das innovative Kombi-Bremssystem des Ampera nutzt das Potenzial zur Energierückgewinnung durch „Brake Blending“ optimal aus. Der Elektromotor lädt die Batterie im Schiebebetrieb und bei leichtem Bremsen per Rekuperation, während sich bei stärkerem Bremsen nahtlos und für den Fahrer nicht spürbar die Scheibenbremsen zuschalten.

Kompromisslos gute Fahrleistungen

Ampera-Kunden müssen aus Effizienzgründen nicht auf gute Beschleunigungswerte und Fahrspaß verzichten. Durch das unmittelbar anliegende Drehmoment von 370 Nm fühlt sich der Ampera beim Starten aus dem Stand wie eine leistungsstarke Sechszylinder-Limousine an. Auf freier Strecke können Ampera-Fahrer den kraftvollen Durchzug des 111 kW/150 PS starken Elektromotors nutzen, um entsprechend der Verkehrssituation bedenkenlos zu überholen. Das Antriebssystem des Ampera ermöglicht eine Beschleunigung von null auf 100 km/h in rund 9 Sekunden und eine elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit von 161 km/h. Mit seiner Beschleunigung von null auf 50 km/h in nur 3,1 Sekunden ist der Ampera im Stadtverkehr schneller als viele sportliche Autos.

Video Animation von Opel zu Funktion des Antriebs im Opel Ampera

 


Quelle: GM Company
 
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Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015

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