VOLTEC

Da es immer wieder Diskussionen über die Funktionsweise des Opel Ampera/Chevrolet Volt VOLTEC-Antriebes gibt, habe ich mich entschlossen hier etwas Aufklärungsarbeit zu leisten. Das Voltec-Antriebssystem besteht aus einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen, einem Planetengetriebe, zwei rotierenden Kupplungen und einer Bremse. Über die Motor-Steuerung werden automatisch 4 Funktionsweisen (Betriebsmodi) zur Erzielung von höchst möglichen Wirkungsgraden geregelt.

Man findet im Netz und in Publikationen eine Vielzahl von Grafiken, die das System schematisch beschreiben. Einige werde ich hier zur Veranschaulichung verwenden. Bevor es zu den Erklärungen kommt, einige gelungene Abbildungen der Hauptkomponenten  des AV’s :

powertrain-klein-de

Ein Bild das die genaue Konstruktion  schon mehr erahnen läßt, bzw eine Grafik vom Getriebe selbst:

voltec-A

2011-Chevy-Volt-Voltec-Drive-unit-klein

Normal – Modus 1 und 2

Der Ampera/Volt („AV“) wird als elektrisches Fahrzeug mit verlängerter Reichweite  (E-REV) bezeichnet. Warum diese Abgrenzung zu anderen hybridelektrischen Fahrzeuge (HEV) ? Nun, der AV wird einfach primär als Elektrofahrzeug betrieben. Alle Leistungsanforderungen (100%) werden im elektrischen Betrieb erfüllt, hierzu gehören insbesondere auch Volllast-Beschleunigungen (111kW) und Fahrten mit Maximalgeschwindigkeit (160 km/h). Wie sieht das im Details aus ?

Wenn man also (morgens) das Auto startet und eine (über Nacht voll-) geladene Antriebsbatterie vorfindet, erfolgt der Antrieb erst einmal über den elektrischen Hauptmotor „B“ (111kW / 149PS) im Modus 1. Der Hauptmotor „B“ bewegt vom Planetengetriebe das innere Rad (Sonnenrad), das äußere Rad (Hohlrad) wird durch eine Kupplung (C1) fest gehalten und die (beim AV 5 Stück) Planetenräder geben mittels Planetenträger die Leistung an die Antriebsräder weiter.

planetenrad

voltec-1-klein

Wenn wenig Drehmoment benötigt wird, wird zur Verbesserung des Gesamt-Wirkungsgrades der 2.Elektromotor „A“ (54kW / 72PS) im Modus 2 über das äußere Rad (Hohlrad) dazugeschaltet, d.h. Kupplung C1 geöffnet und C2 geschlossen. Dadurch wird die Drehzahl des Hauptmotors reduziert und der Wirkungsgrad damit erhöht:

E-Modus-1-2

Die beiden folgenden Bilder veranschaulichen deutlich die reduzierte Drehzahl des Hauptmotors (im Zentrum) bei gleichbleibender Antriebsleistung (Planetenräder):

Modus 1 (C1 fixiert Außenring) – Modus 2 (eMotor A treibt Außenring an)

M-1-20 M-2neu

Eine Grafik von Opel verwendet die Unterscheidung „niedrige/hohe Geschwindigkeit“ was aber nicht exakt die Abhängigkeiten beschreibt. Auch beim „cruisen“ bei niedrigen Geschwindigkeiten kann das System auf Modus 2 schalten wenn der Wirkungsgrad dadurch verbessert wird. Umgekehrt wird auch wenn z.B. bei 120 km/h beschleunigt wird (>500Nm) der Modus 1 aktiviert (siehe auch obere Leistungskurve).

Opel-M1-2

Zum Abschluss noch ein Bild zu den Wirkungsgraden (bezogen auf das Drehmoment am Getriebe). Man sieht im linken Bild die geringere Effizienz des Modus 1 (EV1) bei Drehmomente unter 200Nm (blau ~ 60-75%) und im rechten Bild die deutlich besseren Wirkungsgrade im Modus 2 (rot ~ 75-85%) auch für geringe Drehmomente: effizienz-1

So, damit ist also das Hauptsystem des Elektrofahrzeugs Ampera/Volt beschrieben. Je nach Anwendungsprofil kann man so 40-80km zurücklegen, bevor man die Batterie wieder aufladen muß. Das reicht für Herrn/Frau Österreicher für ~85% aller täglichen Fahrten. Bei mir sind das sogar 98%, danach wird wieder über Nacht geladen.

Aber das ist natürlich nicht das Ende der Geschichte, man will ja schließlich auch manchmal mehr als o.a. Strecken fahren und/oder eine Urlaubsreise machen. Dafür gibt es dann einen zusätzlichen Motor der eine verlängerte Reichweite erlaubt. Wie dieser Motor in das System integriert ist habe ich auf der nächsten Seiten beschrieben: Voltec – (Teil 2)

Literatur / Abbildungen:

Reif K., Noreikat K.E. und Kai Borgeest (Herausgeber):
Kraftfahrzeug-Hybridantriebe
Springer Vieweg Verlag
ISBN 978-3-8348-0722-9
Grebe U., Nitz L.:
Voltec – Das Antriebssystem für Chevrolet Volt und Opel Ampera
MTZ −Motortechnische Zeitschrift Ausgabe Nr.: 2011-05
Namdoo K., Kwon J., and A. Rousseau:
Comparison of Powertrain Configuration Options for Plug-in HEVs from a Fuel Economy Perspective
SAE 2012-01-1027
Miller M., Holmes A., Conlon B., and P. Savagian:
The GM ‘Voltec’ 4ET50 Multi-mode Electric Transaxle
SAE 2011-01-0887, 2011.

Ein Gedanke zu “VOLTEC

  1. Vielen Dank für diesen tollen Artikel! Wirklich Bombe 😀

    Hat mir im Bezug auf ein paar Dinge einen „Aha!“-Effekt gegeben

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