Thermoelektrik macht Hybridantriebe effizienter

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Thermoelektrische Generatoren (TEG) verwandeln Abwärme in elektrischen Strom. Setzt man diese Technologie in modernen Hybrid- und Range-Extender-Fahrzeugen ein, erhöht das die Effizienz. Das ist das Ergebnis des Forschungsprojekts »RExTEG«.

© Fraunhofer IPM; DLR e.V. | Bildquelle in Farbe und Druckqualität: www.ipm.fraunhofer.de.
Drei Entwicklungswege wurden verfolgt, damit Thermoelektrische Generatoren (TEG) moderne Hybridfahrzeuge effizienter machen können. Erstens wurden spezielle thermoelektrische Module entwickelt (links), zweitens wurden spezielle TEG designt und drittens wurde ein Funktionsmuster im Range-Extender-Forschungsfahrzeug des DLR erfolgreich getestet. (rechts)

Reine Elektrofahrzeuge haben einen entscheidenden Nachteil: Ihre Reichweite ist recht klein. Um diese zu vergrößern, besitzen Hybrid- und Range-Extender-Fahrzeuge zusätzlich zum Elektromotor auch noch einen Verbrennungsmotor. Der schaltet sich ein, wenn die Batterie erschöpft ist. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM und vom DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte haben nun gemeinsam erforscht, wie moderne Hybridantriebe mithilfe neuartiger Thermoelektrischer Generatoren (TEG) jetzt noch effizienter werden können.

Mehr Effizienz durch Thermoelektrik

Bei Verbrennungsmotoren gehen zwei Drittel der im Kraftstoff gebundenen Energie als Abwärme verloren. TEG nutzen diese Abwärme zur Erzeugung von Strom. Dass das auch in modernen Hybridfahrzeugen sinnvoll ist, konnten Forscher im Rahmen des Projekts »RExTEG« nachweisen. TEG haben in Hybridfahrzeugen ein enormes Potenzial wenn man sowohl das Design der einzelnen thermoelektrischen Module als auch das Gesamtsystems optimiert.

Zu diesem Zweck hat Fraunhofer IPM neuartige thermoelektrische Module entwickelt, die speziell auf die Temperaturen und Wärmeströme eines Range-Extenders angepasst sind. Das DLR hingegen kümmerte sich um die optimale thermomechanische Auslegung und Konstruktion des Thermogenerators. Das fertige Funktionsmuster, in dem beide Optimierungen vereinigt wurden, musste sich dann auf einem Motorprüfstand beweisen. Das Ergebnis war eine beachtliche Steigerung der Leistungsdichte: Die bei der Auslegung erzielte Leistungsdichte ist für fahrzeuggerechte TEG die weltweit höchste, die jemals erreicht wurde.

Bisher werden thermoelektrische Module im Wesentlichen manuell in mehreren Einzelschritten hergestellt. Das ist für eine breite Anwendung im Automobil zu aufwändig und zu teuer. Fraunhofer IPM hat daher im Projekt auch geeignete Prozesse identifiziert, mit denen sich thermoelektrische Module kostengünstiger herstellen lassen.

Das Projekt »RExTEG« wurde im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft und Finanzen Baden-Württemberg mit Mitteln der Baden-Württemberg-Stiftung bearbeitet.

Weitere Infos:

DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte: www.dlr.de/fk