Zukunftstechnologien

Von der Rennstrecke auf die Straße

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Speichertechnik bestimmt E-Mobilität

Ein limitierender Faktor für Hybrid- oder reine Elektroantriebe ist die Speichertechnik für die elektrische Energie. In der WEC kommen Schwungrad-Speicher (Audi, Nissan), Ultracaps (elektrochemische Superkondensatoren / Toyota) und Lithium-Ionen-Batterien (Porsche) zum Einsatz. Jeder Hersteller wählt jenes Speichermedium, das am besten zum individuell gewählten Hybridsystem passt. Es ist grundsätzlich immer ein Abwägen zwischen Leistungsdichte und Energiedichte. Je höher die Leistungsdichte des Speichers, desto mehr elektrische Energie kann in kurzer Zeit zugeführt und wieder abgerufen werden.

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Auf der Rennstrecke ist dies ein ausschlaggebender Faktor, da in jeder Runde in möglichst kurzer Zeit viel elektrischer Strom in den Rückgewinnungssystemen erzeugt werden muss, so etwa beim Bremsen. Hier sind die sogenannten Ultracaps und Schwungradspeicher im Vorteil. Sie können vor allem hohe Energiemengen extrem schnell aufnehmen und auch in kürzester Zeit wieder abgeben. Aber es gibt eine zweite Anforderung, die dazu im Widerspruch steht: Eine hohe Energiedichte ermöglicht es nämlich, mehr elektrische Energie auch länger zu speichern und damit flexibel über die gut 13 km lange Runde in Le Mans einzusetzen. Über diese Eigenschaft verfügt grundsätzlich eine Batterie. So kann die gespeicherte Energie beim 919 Hybrid in allen Beschleunigungsphasen den über 400 PS starken Elektromotor an der Vorderachse antreiben und damit den Turbomotor an der Hinterachse ergänzen.

Der 919 wird zum temporären Allradler. Alexander Hitzinger, Technischer Direktor LMP1, erklärt die Fortschritte bei der Batterie-Entwicklung im Porsche-LMP1, die die beste Kombination aus den beiden Grundanforderungen (erstens: schnelle Energieaufnahme und -abgabe; zweitens: flexible Speicherung großer Energiemengen) darstellt: „Wir sind mit der Lithium-Ionen-Batterie des 919 in Leistungsdichten vorgestoßen, die fast das Niveau von Ultracaps erreichen, haben dabei aber eine viel höhere Energiedichte. Unsere Batterie kann schnell viel Leistung aufnehmen und abgeben, ist relativ leicht und hat dabei doch eine recht hohe Speicherkapazität.“ Porsche entwickelt die flüssigkeitsgekühlte Lithium-Ionen-Batterie des 919 Hybrid selbst. Die einzelnen Zellen sind mit einer extrem gleichmäßigen Kühlung ausgerüstet und auf engstem Raum vibrationsgedämpft gelagert – eine Entwicklung mit großem Potenzial für künftige Hybrid-Sportwagen.

Königsklasse acht Megajoule

Von allen Le-Mans-Startern hat nur Porsche bisher den Sprung in die höchste Energierückgewinnungsklasse geschafft. Acht Megajoule pro Runde (13,629 km) in Le Mans kann der 919 Hybrid abrufen – dafür müssen dem Rennwagen mit muss rund 1000 PS Systemleistung 4,76 Liter Kraftstoff pro Runde genügen. Bei normalem Rennverlauf kann ein Porsche 919 Hybrid binnen 24 Stunden bis zu 1000 KWh elekterische Energie erzeugen. Mit dieser Energiemenge könnte der Volkswagen e-Golf als eines der effizientesten Elektroautos der Kompaktklasse mehr als 6100 km zurücklegen. Das ist mehr als die Entfernung von Le Mans nach New York.

Einige Ingenieure arbeiten bei Porsche in einer Doppelfunktion sowohl für das Rennsportprogramm als auch für Straßenfahrzeuge. Damit geht es nicht nur um den Austausch von Informationen, manchmal wird auch Handfestes getauscht: Zum Beispiel wenn eine 919-Hybrid-Vorderachse mitsamt KERS, E-Motor und Batterie zu Testzwecken in einen 911 GT3-Prototypen eingebaut wird – lange bevor der erste Porsche LMP1-Rennwagen rollte. Begehrlichkeiten bei Serieningenieuren wecken auch andere technische Errungenschaften. Für das LMP1-Programm wurde in Weissach der modernste Fahrsimulator des Volkswagenkonzerns installiert. Jetzt steht er auch der Serie für Fahrdynamikuntersuchungen und die weitere Erforschung von Hybridabstimmungen und -strategien zur Verfügung.

So erreichte Effizienzsteigerungen führen zu geringerem Energieverbrauch bei gleicher Fahrweise oder erlauben sportlicheres Fahren bei gleichbleibendem Verbrauch. Bei Porsche geht es immer auch um Performance. Dafür ist der nächste Verwandte des 919 Le-Mans-Prototyps, der 918 Spyder, ein Paradebeispiel: der 887-PS-Supersportwagen ist gleichzeitig ein Dreiliter-Auto, das emissionsfrei fahren kann. Und den Rekord auf der Nürburgring-Nordschleife (6:57 Minuten) hält – nicht trotz, sondern aufgrund seiner kraftvollen Hybridisierung.

Nah dran: Rennelfer und Serienelfer

Aber auch die nicht hybridisierte Rennwagen von Porsche übernehmen Vorreiterrollen für Serienmodelle. Beim Aerodynamikvergleich des 911 RSR mit seinen alltagstauglichen Brüdern reicht dies von der Ausformung der Frontspoiler-Lippe über die Gestaltung von Kühlluftkanälen und des Temperaturmanagements bis hin zur Ausführung des strömungsgünstigen Unterbodens und beider Heckflügel. Obendrein ist der neue 911 GT3 RS um 10 kg leichter als der 911 GT3. Motor- und Kofferraumhaube bestehen aus Kohlefaser, die Heckscheibe aus dünnem Polycarbonat und weitere Leichtbauteile aus alternativen Werkstoffen. Es sind viele Komponenten, die im 911 RSR erprobt und von ihm abgeleitet wurden. Auch das Magnesiumdach des GT3 RS folgt der Idee der Absenkung des Fahrzeug-Schwerpunkts aus dem Rennsport. Seine neue 12-Volt-Lithium-Ionen-Leichtbaubatterie, die herkömmliche, wesentlich schwerere Bleiakkus ersetzt, stammt ebenfalls grundsätzlich aus dem Motorsport.

Die Wertschätzung für Effizienz verbindet Porsche und Le Mans schon lange. Früher gab es in Le Mans Sonderwertungen, sie hießen „Index of Performance“ und „Index of Thermal Efficiency“. Porsche gewann diese Effizienzwertungen lange vor dem ersten von 16 Gesamtsiegen der Marke. Bereits 1955 erzielte der Porsche 550 Spyder Platz eins in der Verbrauchswertung. Auch der 917 konnte bei den Gesamtsiegen 1970 und 1971 Effizienzpreise einstreichen. Von 2007 bis 2011 blieb der 911 GT3 in seiner Klasse bei der Treibstoffeffizienz ungeschlagen und gewann die Michelin Green X Challenge.

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