Techrules präsentiert revolutionäre E-Auto-Technik

Eine brandneue und patentgeschützte Entwicklung des Unternehmens ist ein Elektroauto mit Turbinen-Lader (Trev-(Turbine-Recharging Electric Vehicle) bestehend aus einem seriellen Hybridantrieb mit Turbinen-Generator. Das Trev ist eine Kombination aus umfangreicher Erfahrung in der Luftfahrttechnik sowie bei Elektroautos mit mehreren patentgeschützten technischen Innovationen für beispiellose Effizienz und Leistung sowie geringstmögliche Umweltbelastung.

Das Trev verfügt über ein Range-Extender-System, das Strom über eine Mikroturbine erzeugt, der wiederum ein Akkupack lädt. Der Antrieb der Räder erfolgt über E-Motoren, die vom Akkumulator mit Energie versorgt werden. Neu entwickelte Batteriemanagement-Technologien ermöglichen höhere Ladeeffizienz. Dank des Trev-Range-Extenders werden weniger Akkuzellen benötigt, wodurch Gewicht und Platz eingespart werden.

Techrules präsentiert seine neue Technologie in einem Trev-Plug-in-Hybrid Range-Extender Konzeptfahrzeug, das den ersten Schritt hin zur Produktion des ersten Supersportwagens aus China darstellt, auf dem Internationalen Auto-Salon 2016 in Genf. Testfahrten mit einem Entwicklungsprototyp wurden im letzten Monat (Februar 2016) auf der weltberühmten Rennstrecke von Silverstone in Großbritannien aufgenommen.

Mit einer Spitzenleistung von 768 kW (1.044 PS) ergeben die ersten Vorausberechnungen atemberaubende Leistungswerte (0-100 km/h in 2,5 Sekunden, abgeregelte Höchstgeschwindigkeit von 350 km/h) und eine riesige Reichweite (mehr als 2.000 km). Im Plug-in-Betrieb wird ein Kraftstoffverbrauch von nur 0,18 l/100 km erzielt.

Techrules plant die Kleinserienproduktion der Trev-Technologie in einem Supersportwagen in einigen Jahren aufzunehmen. Einige Jahre später soll mit der Fertigung von Stadtautos in größerer Stückzahl begonnen werden.

William Jin, Gründer und CEO von Techrules erklärt: „Das Trev-System ist die perfekte Kombination aus Mikroturbinen- und E-Fahrzeug-Technologien. Es verfügt über eine sehr hohe Effizienz und sehr niedrige Emissionen und bietet eine optimale Lösung zum Laden von Elektrofahrzeugen. Wir glauben, dass es die Art und Weise neu definieren kann, wie Elektrofahrzeuge der nächsten Generationen angetrieben werden.“

Technische Details:
Trev ist ein brandneues und patentgeschütztes serielles Hybridantriebssystem mit einem Mikroturbinen-Generator, das von Luftfahrttechnik bzw. der Stromerzeugung in Kraftwerken beeinflusst ist. Die Turbine treibt einen Generator an, der einen Akkumulator lädt. Dieser wiederum stellt den Strom für den Antrieb der Fahrmotoren bereit. Im Gegensatz zu vielen früher entwickelten Turbinenantriebssystemen gibt es keine direkte elektrische Einspeisung vom Generator zu den Elektromotoren: Das Trev-System ist ausschließlich ein serielles Hybrid-Range-Extender-System.

Die in die Mikroturbine angesaugte Luft wird zuerst durch einen Wärmetauscher geleitet, in dem die kalte Ansaugluft von der Abluft erwärmt wird, nachdem sie verdichtet wurde. Bei der Zündung des verdichteten und vorgewärmten Kraftstoff-Luft-Gemischs entsteht eine enorme Energie, die auf die Turbinenschaufeln umgeleitet wird, um sie in Rotation zu versetzen. Das heiße Abgas durchläuft anschließend den Wärmetauscher, um die Wärmeenergie wiederzugewinnen und die Übertragung auf die kalte Ansaugluft sicherzustellen.

Matthew Jin, Chief Technology Officer von Techrules, erklärt dazu: „Bei den traditionellen Fahrzeugen, die das Straßenbild im 20. Jahrhundert beherrschten, war der Verbrennungsmotor, der die chemische Energie in einem Kraftstoff in nutzbare mechanische Energie umwandelte, auch der Antriebsmotor, der die Räder in Drehung versetzte.“

„Da Turbinen bei der Umwandlung von chemischer Energie in nutzbare mechanische Energie für den Radantrieb immer sehr ineffizient waren, gab es nur wenige Versuche, eine Turbine in einem Antriebssystem einzusetzen, wobei keinem jemals kommerzieller Erfolg beschieden war.“

„Bei Elektroautos dagegen wird ein Elektromotor zum Antreiben der Räder verwendet, wodurch der Verbrennungsmotor allein der Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie und schließlich in elektrische Energie dient. Das ist ein entscheidender Durchbruch, mit dem wir hocheffiziente Turbinenmotoren als hervorragende Range-Extender in unseren Fahrzeugen verwenden können.“

Mikroturbinen sind bei Range-Extender-Anwendungen erheblich effizienter als Hubkolbenmotoren, da deutlich weniger Energie durch Reibungsverluste verloren geht, d. h., die chemische Energie des Kraftstoffs besser genutzt wird.

Die Turbinenwelle treibt einen Generator an, der Strom zum Laden der Akkumulatorzellen erzeugt. In der Trev-Konfiguration von Techrules teilen sich die Turbine und der Generator dieselbe Welle und rotieren mit derselben Drehzahl: über 96.000 Umdrehungen pro Minute.

Das Gesamtgewicht des Trev Range-Extender-Systems (Mikroturbine, Umrichter, Kraftstoffpumpen, Luftpumpen und Generator ohne Akkumulatoren und Motoren) beträgt ca. 100 kg.

Trev-System mit patentgeschützten technischen Innovationen für beispiellose Effizienz
Das Trev-System integriert mehrere neue Technologien, die es gegenüber anderen Range-Extender-Systemen mit Benzinmotoren um etwa 50 % effizienter machen, wodurch die Realisierbarkeit einer kommerziellen Serienproduktion drastisch gesteigert wird.

Durch die hohen Wellendrehzahlen für das Ansaugen der erforderlichen Luftmenge ist das Erreichen einer möglichst niedrigen Reibung für die Effizienz des Trev-Systems entscheidend.

Techrules nutzt die Luftlagertechnik – Hochdruckeinspeisung von Druckluft – anstelle eines herkömmlichen Ölschmierfilms, um die Welle vom Lager zu trennen. Dies führt zu geringeren Reibungsenergieverlusten, da die parasitären Verluste eines mechanischen Lagers eliminiert werden. Zwar kamen schon bisher Luftlagersysteme zum Einsatz, aber die Art und Weise, wie Techrules das Luftlager nutzt, baut auf weltweit erstmaligen Innovationen auf.

Ein besonderes Merkmal ist die zusätzliche Unterstützung des Luftlagers durch ein Magnetfeld zur exakten Einstellung der Hochgeschwindigkeitswelle. Beide Lagerlösungen arbeiten zusammen, um für beispiellose Stabilität zu sorgen. Das Magnetlager ermöglicht viel mehr Spiel zwischen Welle und Wandauskleidung mit erheblichen Vorteilen für die langfristige Lebensdauer des Systems.

Das ist ein besonders wichtiger Aspekt bei Kfz-Anwendungen von Turbinensystemen, weil die gesamte Baugruppe – im Gegensatz zu den stabilen Bedingungen in Kraftwerken – den unberechenbaren Betriebsbedingungen, die sich z. B. aus vertikalen Stößen durch unebene Straßen und Seitenkräfte bei der Kurvenfahrt ergeben, widerstehen können muss. Das Hybridlagersystem von Techrules ist auch wirtschaftlicher herzustellen, da die extremen Toleranzanforderungen wegen des zusätzlich vorhandenen Zwischenraums geringer sind.

Außerdem wird eine neu entwickelte Innenfolie – ein wesentlicher Bestandteil in einem Luftlager – für den Lagerkörper genutzt, der den Luftdruck und -strom unterstützt. Sie wird aus einem neuen Verbundwerkstoff hergestellt, der für eine höhere Lebensdauer sorgt. Die neue Folie ermöglicht auch eine Serienproduktion des Lagerkörpers mit den erforderlichen Fertigungstoleranzen in großem Maßstab bei gleichzeitig geringem Kostenaufwand.

Techrules hat außerdem einen neuen und innovativen Wärmetauscher entwickelt, dessen thermischer Wirkungsgrad höher ist als die bisher üblichen Ausführungen. In den Hybrid-Wärmetauscher wurde ein neuer Werkstoff integriert, mit dem die Effizienz der Wärmerückgewinnung aus der Abluft erheblich gesteigert wird.

Die Turbine erzeugt bei einer Drehzahl über 96.000 Umdrehungen pro Minute eine Leistung von 36 kW. Von dieser Leistung entfallen 30 kW auf den Antrieb des Generators, wovon 6 kW direkt für den Betrieb von Zusatzkomponenten wie den Umrichtern verwendet werden. Die elektrische Leistung von 30 kW des Generators dient zum Laden des Akkupacks.

Intelligentes Batteriemanagement mit neuer Lade-Balancing-Strategie
Das Trev-System verwendet ein innovatives intelligentes Batteriemanagementsystem, das die Effizienz beim Laden des Akkumulators und den Ladungsausgleich zwischen den Akkumulatorzellen optimiert.

Bei einem herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriemanagementsystem muss die Spannung in den Zellen – die alle mit einer geringfügig anderen Rate geladen werden – während des Ladens ausgeglichen werden, um ein Überladen der Zellen zu verhindern. Dieser Ladeausgleich erfolgt in der Regel durch aktives Entladen der Zellen, die schneller geladen wurden, um den anderen Zellen ein „Aufholen“ zu ermöglichen. Bei dieser Vorgehensweise wird ein Teil der Energie durch den Ladevorgang verschwendet, wodurch sich der Zeitaufwand zum vollständigen Laden aller Zellen erhöht.

Um die Nachteile bei diesem weitverbreiteten Vorgehen zu beheben, hat Techrules eine neuartige Ladeausgleichsstrategie eingeführt. Das intelligente Akkumulator-Ladeausgleichssystem nutzt die »überschüssige« Spannung in den Zellen, die schneller geladen wurden, indem sie ihre Ladung mit den langsamer ladenden Nachbarzellen teilen, um den erforderlichen Ausgleich zu erzielen. So wird das gesamte Akkupack schneller geladen und keine Energie für das aktive Entladen der schnell ladenden Zellen verschwendet.

Das Trev-System verwendet die leicht verfügbaren Lithium-Manganoxid-Akkuzellen vom Typ 18650. Techrules konzentriert seine Kompetenz auf die Effizienz des Batteriemanagements anstatt auf die Batteriechemie selbst. Das gewonnene Know-how und das intelligente Batteriemanagementsystem werden auch auf zukünftige Batterietechnologien mit höherer Kapazität anwendbar sein.

Im Gegensatz zu den meisten Elektroauto-Entwicklungsprogrammen steht für Techrules die Leistungsdichte (Fähigkeit der Akkus zur Bereitstellung von Spitzenleistung) und nicht die Energiedichte (Fähigkeit der Akkus zur Speicherung von maximaler Energie) im Vordergrund, da das Trev-System über einen seriellen Hybrid-Range-Extender verfügt.

Das intelligente Batteriemanagementsystem des Trev optimiert die Effizienz des Akkuladens, indem die Zeit zum Laden des Akkus und die Energieverschwendung reduziert wird.

Geringere Umweltbelastung über die gesamte Lebensdauer
Die Trev-Technologie senkt die Umweltbelastung von Elektroautos über die gesamte Lebensdauer, da mehrere wichtige Nachteile der aktuellen Technologie gelöst oder vermieden werden. Mit dem Trev wird einem seriellen Hybrid-Supersportwagen eine beispiellose Reichweite ermöglicht.

Vorausberechnungen auf der Basis der ersten Tests deuten darauf hin, dass die Reichweite eines zukünftigen Serien-Supersportwagens im Batteriebetrieb allein bis zu 150 km betragen wird. Die Trev-Technologie kann den Akkumulator überall aufladen, entweder unterwegs oder im geparkten Zustand selbst da, wo keine Ladestationen verfügbar sind, wodurch die Reichweitenangst eliminiert wird. So soll der Wiederaufladevorgang vollständig unüberwacht, z.B. in der Nacht, ausgeführt werden können.

Für die in Genf präsentierte Akkukonfiguration im Supersportwagen-Konzeptfahrzeug wurde eine maximale Reichweite (unter städtischen Fahrbedingungen) von mehr als 2.000 km aus 80 Litern des Flugzeugtreibstoffs Kerosin oder einem Kraftstoff mit einem vergleichbaren Brennwert berechnet.

Eine weitere grundlegende Herausforderung für die Masseneinführung von Elektroautos auf mehreren Märkten ist die massive Belastung des Stromnetzes, die mit der bisherigen Netzkapazität nicht bewältigt werden könnte. Wenn Plug-in-Elektroautos z. B. auf dem chinesischen Markt eingeführt würden, wäre eine massive Erhöhung der Umweltverschmutzung durch die Kohlekraftwerke die Folge. Auch viele Märkte in der westlichen Welt befinden sich beängstigend nahe an der Grenze der Stromerzeugungskapazität ihrer Energieinfrastruktur. Diese Märkte könnten keine umfassende Einführung von Plug-in-Elektroautos verkraften.

Auf der Basis einer gemeinsamen Grundarchitektur kann das Trev-System auf den Betrieb mit einer von mehreren Kraftstoffvarianten zugeschnitten werden. Das bedeutet, dass die Konfiguration des Trev-Systems auf den Kraftstoff abgestimmt werden kann, der bereits mit einer umfassenden Versorgungs- und Verteilungsinfrastruktur in einem bestimmten Markt vorhanden ist. Folglich bedeutet die Übernahme des Trev-Systems für die Kraftstoffversorgungsindustrie, Autohersteller und Verbraucher keine großen Investitionen in neue Netze, wie es bei Plug-in-Elektroautos oder Brennstoffzellenfahrzeugen nötigt wäre. Die Turbine des Trev-Systems wurde in verschiedenen Varianten getestet, wobei die alternativen Versionen mit Erdgas, Biogas, Diesel, Benzin und dem Flugzeugtreibstoff Kerosin betrieben wurden.

Da die Verbreitung von Elektroautos im Wesentlichen von den verfügbaren Ladestationsnetzen abhängt, die umfangreiche Investitionen in eine neue Infrastruktur bedingen, wird durch die Nutzung der vorhandenen kraftstoffverteilungsinfrastrukturen die Abhängigkeit von jenen Netzen reduziert.

Das Trev-System sorgt für sehr hohe Effizienz und sehr niedrige Emissionen und ist eine komplett abgeschlossene Antriebslösung, die nahezu keine Wartung während des gesamten Lebenszyklus benötigt. Die einzige Wartungskomponente ist der Luftansaugfilter.

Konzeptfahrzeug eine Vision des zukünftigen Trev-Serien-Supersportwagens
Techrules präsentiert seine Trev-Technologie in einem Zweisitzer-Allrad-Supersportwagen-Konzeptfahrzeug auf dem Internationalen Auto-Salon 2016 in Genf. Der Turbinen-Generator ist hinter dem Fahrzeuginnenraum und vor den Hinterrädern angeordnet, wodurch das Konzeptfahrzeug zu einem „Mittelmotor“-Elektroauto wird.

Es wird in zwei Design-Ausführungen, dem AT96 und dem GT96 vorgestellt. Diese Designs mit einer jeweils anderen Konfiguration des Trev-Systems sind zwei Variationen einer Vision, wie Turbinen-Lader-Supersportwagen aussehen könnten, wenn die Technologie im ersten Supersportwagen Chinas in die Produktionsphase eintritt.

Die Abkürzung »AT« »Aviation Turbine« zeigt an, dass die Turbine auf den Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff wie den Flugzeugtreibstoff Kerosin, Diesel oder Benzin abgestimmt ist. Der AT96 ist die Vision einer Rennstreckenversion des Supersportwagens mit einem großen Heckflügel, der für Stabilität bei der Geradeausfahrt sowie für Abtrieb bei schnellen Kurvenfahrten sorgt.

Der GT96 – GT für Gasturbine – ist für gasförmige Kraftstoffe wie Biogas und Erdgas ausgelegt und ist konzipiert als straßentauglicher Supersportwagen. Der Supersportwagen verfügt auch über eine Plug-in-Ladefunktion für Märkte mit öffentlichen oder privaten Ladenetzen, die im Idealfall mit Strom aus erneuerbaren Energien gespeist werden.

Ein erster Entwicklungsprototyp des Supersportwagens – auf der Basis der AT96-Turbinenkonfiguration für Flugzeugtreibstoff – wurde von Techrules-Partnern für Spezialfahrzeugtechnik in Italien und Großbritannien produziert. Im Februar 2016 begannen die ersten Tests auf der berühmten Rennstrecke von Silverstone in Großbritannien.

Beim Supersportwagen-Konzeptfahrzeug ergibt sich mit Plug-in-Akkustrom allein eine Reichweite von 150 km bzw. bei Einsatz des Trev-Range-Extenders eine Gesamtreichweite von mehr als 2.000 km aus 80 Litern des Flugzeugtreibstoffs Kerosin – oder einem Kraftstoff mit einem vergleichbaren Brennwert.

Die kombinierte Antriebsleistung beläuft sich auf 768 kW (1.044 PS), wobei für das maximale Radmoment mehr als 8.600 Nm errechnet wurden. Mit so viel direkt und unmittelbar verfügbarer Leistung weist das Supersportwagen-Konzeptfahrzeug Spitzenkennwerte auf, die den heutigen Supersportwagen in nichts nachstehen: 0 – 100 km/h in 2,5 Sekunden, Höchstgeschwindigkeit elektronisch auf 350 km/h abgeregelt.

Der Kraftstoffverbrauch soll gerade einmal 0,18 l/100 km betragen. Mit einer vollen, nur vom Trev-System bereitgestellten Ladung wird der Kraftstoffverbrauch auf etwa 4,8 l/100 km geschätzt. Das Entwicklungsfahrzeug hat derzeit ein Leergewicht von 1.380 kg. Das Ziel für den zukünftigen Serien-Supersportwagen ist ein Trockengewicht unter 1.000 kg. Kernstück des Konzeptfahrzeugs ist ein Kohlefaser-Monocoque für beispiellose Torsionssteifigkeit und Insassenschutz. Die Karosserie und die Schmetterlingstüren bestehen ebenfalls aus gewichtssparender Kohlefaser.

Der hintere Hilfsrahmen trägt die Hauptkomponenten des Range-Extenders wie Mikroturbinen-Generator, die direkten Nebensysteme sowie die Kühlung für die elektrischen Fahrmotoren, das Akkupack, die Heckmotoren und die Umrichter.

Unter der Kohlefaserkarosserie verläuft entlang der Längsachse des Autos ein T-förmiges Akkupack, das im Innenraum genauso wie ein Getriebetunnel in einem Auto mit Frontmotor und Heckantrieb aussieht. Das Akkupack verfügt über eine Flüssigkeitskühlung, um eine optimale Betriebstemperatur für die Zellen beizubehalten.

Das Akkupack besteht aus 2.376 einzelnen, maximal betriebssicheren Lithium-Manganoxid-Rundzellen vom Typ 18650 mit einer nutzbaren Nennkapazität von 20 kWh und einer Spannung von 760 V. Dank des intelligenten Batteriemanagementsystems kann das Akkupack in dieser Konfiguration in ca. 40 Minuten vom Turbinen-Generator geladen werden.

Das Konzeptfahrzeug wird von sechs elektrischen Fahrmotoren angetrieben, die jeweils 13 kg wiegen und mit einem eigenen Umrichter gekoppelt sind. Die Vorderräder werden jeweils von einem einzigen Motor, die Hinterräder von einem Motorpaar angetrieben. Der Hauptvorteil von zwei kleineren Motoren anstatt eines einzelnen größeren Motors für jedes Hinterrad liegt im effizienteren Einbau und der einfacheren Montage am Monocoque.

Der Aufbau mit sechs Motoren und unabhängiger Stromeinspeisung für jedes Rad bietet eine ideale Konfiguration für das Torque-Vectoring, das von einem elektronischen Steuergerät gesteuert wird. Das Vierwege-Torque-Vectoring gewährleistet maximale Kurvenfahrstabilität bei hoher Geschwindigkeit und ermöglicht den Verzicht auf komplexe und schwere mechanische Differentiale.

Da mit dem Gaspedal so viel Leistung und Geschwindigkeit abgerufen werden können, ist auch die Bremskraft entsprechend leistungsstark ausgelegt. Erzielt wird eine schnelle Verzögerung mit belüfteten 405-mm-Bremsscheiben und 6-Kolben-Bremssätteln vorne und belüfteten 380-mm-Bremsscheiben und 4-Kolben-Bremssätteln hinten.

Derzeit ist die Fertigung und der Verkauf eines Supersportwagens mit Trev-Antrieb in kleinen Stückzahlen innerhalb der nächsten Jahre geplant. Dank der kleinen Stückzahlen wird Techrules den Fertigungsprozess des Trev-Systems perfektionieren und von dessen Leistungsfähigkeit unter realistischen Bedingungen lernen können, während es das System für eine Fertigung in größeren Stückzahlen weiterentwickelt.

Durch die Einführung der Trev-Technologie in seinem Supersportwagen kann Techrules auch dessen Qualitäten als umweltfreundliche Technologie mit dem Potenzial für beispiellose dynamische Leistung demonstrieren. Mit der schnellen Weiterentwicklung vom Automobilforschungs- und -entwicklungsunternehmen zum Automobilhersteller möchte Techrules den Paradigmenwechsel in der chinesischen Autoindustrie hin zu Qualitäts- und Leistungsstandards der Spitzenklasse bei Autos anführen.

Nach der Markteinführung von Supersportwagen in kleinen Stückzahlen wird Techrules dann sein Know-how ausbauen, um sein nächstes Ziel zu realisieren: Die Entwicklung der Technologie für Anwendungen mit hohen Stückzahlen für Kleinwagen oder die Kompaktklasse (B- und C-Segment), die einige Jahre später auf dem Markt eingeführt werden sollen.

Technische Spezifikationen:
Kennwerte (alle Vorausberechnungen basieren auf ersten Tests mit dem Supersportwagen-Konzeptfahrzeug)
Leistung: 768 kW (1.044 PS)
Raddrehmoment:
Vorne: 2.880 Nm (2.124 lb ft)
Hinten: 5.760 Nm (4.248 lb ft)
Gesamtdrehmoment (Rad): 8.640 Nm (6.372 lb ft)
Beschleunigung (0-100 km/h): 2,5 Sekunden
Höchstgeschwindigkeit: 350 km/h
Kraftstoffverbrauch: 0,18 l/100 km

Getriebe
Anzahl Vorwärtsgänge: 1

Akkupack
Spannung: 760 V
Batterieart: Lithium-Manganese-Oxide
Kapazität: 20 kWh nutzbar
Wärmemanagement: Flüssigkeitskühlung
Batterie- und Wärmemanagementsysteme mit mehreren redundanten Sicherheits- und Schutzsystemen.

Fahrgestell
Konstruktion: Kohlefaser-Monocoque
Radaufhängung, vorne: Doppelquerlenker
Radaufhängung, hinten: Doppelquerlenker
Felgen-/Reifengröße, vorne: 9,5Jx20 / 265/35 R20
Felgen-/Reifengröße, hinten: 11Jx20 / 325/30/R20

Abmessungen
Länge: 4.648 mm
Breite: 2.034 mm
Höhe: 1.140 mm
Radstand: 2.655 mm
Spurweite vorne / hinten: 1.740 mm / 1.653 mm
Trockengewicht: 1.380 kg

Bremsen
Vorne: Bremsscheiben, belüftet, Ø 405 mm, Breite 34 mm, mit 6-Kolben-Bremssattel
Hinten: Bremsscheiben, belüftet, Ø 380 mm, Breite 28 mm, mit 4-Kolben-Bremssattel

Lenkung
Servo-Zahnstangenlenkung

Sicherheitssysteme
ABS
Torque-Vectoring mit Stabilitätsfunktion
Sicherheitsabschaltsysteme
Steuergerätarchitektur mit Mehrfachauslegung zur Überwachung der sicherheitsrelevanten Elektroniksysteme

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