Range Extender: Mehr als nur mehr Reichweite
ZF hat das technische Prinzip des Range Extenders erheblich weiterentwickelt. Damit erfüllt der Reichweitenverlängerer die Bedürfnisse vor allem chinesischer E-Autobauer, kann aber auch in Europa und Nordamerika der Elektromobilität neuen Schwung verleihen.
Manchmal dauert es etwas länger, bis sich gute Ideen durchsetzen. Ein Beispiel dafür ist der Range Extender. Wie schon der Name sagt, verlängert er die Reichweite eines Elektrofahrzeugs. Grundsätzlich besteht ein Range-Extender-System aus einer zusätzlichen E-Maschine, die als Generator fungiert, aus einem Inverter zur Spannungswandlung sowie aus einem kleinen Verbrennungsmotor. Letztgenannter treibt den Generator an, der unterwegs die Hochvoltbatterie lädt, sobald dies nötig wird. Der für Elektrofahrzeuge obligatorische Stopp an einer Ladesäule bei niedrigem Batteriestand entfällt. So wird ein Battery Electric Vehicle (BEV) zum Range Extended Electric Vehicle (REEV).
Einer der Pioniere beim Einsatz von Range Extendern war General Motors mit dem Kompaktwagen „Chevrolet Volt“. Der rollte seit dem Jahr 2011 in den USA vom Band, später in Kanada, Europa und Südkorea als Opel. Doch die Stückzahlen blieben niedrig. E-Fahrzeuge mit immer leistungsfähigeren Antriebsbatterien sowie der Vormarsch der Plug-in-Hybride (PHEV), ließen das REEV-Konzept in einen Dornröschenschlaf fallen. „Wir haben die Vorteile von Range Extendern früh erkannt und bereits im Jahr 2018 die ersten elektrischen Taxis in London damit ausgestattet. Nun bieten wir eine Baukastenlösung an, die den CO2-Fußabdruck im Vergleich zum PHEV noch einmal merklich verkleinert“, sagt Kay Schmidt, verantwortlicher Produktlinienleiter der Range-Extender-Systeme bei ZF.
Der “electric Range Extender (eRE)” von ZF: ein innovatives, modulares Antriebssystem.
Starke Nachfrage in China
Es sind vor allem chinesische E-Autobauer, die seit einiger Zeit wieder verstärkt auf Range-Extender-Antriebe setzen, weil die Kundennachfrage nach REEVs im eigenen Land massiv anzieht. Zu verlockend die Aussicht, elektrisch unterwegs zu sein, bei der Reichweite jedoch kaum Zugeständnisse machen zu müssen. ZF hat sich auf diese Entwicklung eingestellt und arbeitet an einem modularen Range-Extender-Antrieb. Sein Name: „electric Range Extender (eRE)“. Er könnte auch die in Europa und in den USA lahmende Elektromobilität bei BEVs beleben. Große Hersteller wie Hyundai, Ford und Stellantis zeigen sich an der Range-Extender-Technik interessiert und planen Fahrzeuge damit innerhalb der kommenden zwei Jahre.
Was REEV sowie PHEV trennt und verbindet
E-Fahrzeuge mit Range Extender haben spezielle Vorteile. Wie Plug-in-Hybride besitzen auch REEVs eine Steckdose zum Laden, verfügen aber zusätzlich über eine On-Board-Stromerzeugung. Sie lädt unterwegs die Antriebsbatterie nach, die deshalb auch kleiner ausfallen kann. Damit sinken Fahrzeuggewicht und Anschaffungskosten. Der Range Extender kompensiert die verringerte Batteriekapazität und die damit verbundene kürzere Reichweite. Dazu kommt, dass die Antriebstechnik im E-Fahrzeug mit Reichweitenverlängerer einfacher ist als die in einem Plug-in-Hybrid. Dies beschleunigt die Entwicklungszeiten.
In der klassischen Ausführung ist ein REEV ein serieller Hybrid, bei dem der Vortrieb rein elektrisch erfolgt; weder der kleine Verbrenner noch die damit verbundene E-Maschine treiben die Räder an. Nur das PHEV lässt die Wahl zwischen elektrischem und verbrennungsmotorischem Fahren. Beide Antriebskonzepte verbindet, dass sie eine Vorstufe auf dem Weg zur reinen Elektromobilität sind. Sie senken den CO2-Ausstoß drastisch. Dass REEV und PHEV aufgrund ihrer möglichen Reichweiten sich gleichermaßen gut für Regionen mit noch nicht entwickelter Ladeinfrastruktur eignen, ist eine weitere Gemeinsamkeit.
Entwickelt in China für die Welt
Im November 2023 startete ZF die Entwicklung seines neuen modularen Range-Extender-Systems „eRE“ – E-Maschine, Inverter mit Software und Planetengetriebe – in seinem Tech-Center in Schanghai. Dabei haben die Ingenieure darauf geachtet, dass es sich sowohl für 400-Volt- als auch für 800-Volt-Architekturen eignet. Es spielt ebenfalls keine Rolle, ob ein Kunde auf klassische Silizium-Halbleiter (Si) setzt oder auf solche aus Siliziumkarbid (SiC). Weil ein permanenterregter E-Motor (PSM) mit skalierbaren Leistungen zwischen 70 kW und 110 kW beim „eRE“ als Generator dient, ist der Range Extender hocheffizient. „Vorteilhaft für unsere Kunden ist, dass wir beim Range Extender auf robuste und bewährte Komponenten aus unserem Portfolio für Elektro- und Hybridfahrzeuge zurückgreifen können. Das macht uns auch preislich attraktiv“, sagt Dr. Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter elektrische Antriebstechnologien bei ZF.
Range Extender von ZF mit einzigartigem Zusatznutzen
Doch wollten die ZF-Entwickler bei der klassischen Range-Extender-Funktionalität nicht stehenbleiben. In einer erweiterten Version des „eRE“ fügten sie eine intelligente Kupplung und ein Differenzial hinzu, der damit zum „eRE+“ wird. Damit wird es möglich, dass die E-Maschine des Range Extenders entweder als Generator arbeitet oder aber auf Wunsch die Vorderräder antreibt: Es entsteht ein Vierradantrieb. Dazu E-Entwicklungschef Scharrer: „Mit unserem „eRE+“, dessen Leistung sogar bis 150 kW reicht, haben wir das Konzept des Range Extenders praxisnah weiterentwickelt und eine Weltneuheit geschaffen.“
Ein weiteres Plus des Range Extenders von ZF sind dessen kleine Baumaße sowie die einfache Montage am Verbrenner. Zur Kompaktheit trägt bei, dass der Inverter ins Gehäuse der E-Maschine integriert ist. Nachdem ZF sein Range-Extender-Projekt früh gestartet hat, soll die Serienproduktion im Laufe des Jahres 2026 anlaufen.
