Yamaha Corporation und Sumitomo Corporation Power & Mobility: Nachweis wesentlicher CO2-Reduktionen durch Installation von thermoelektrischem Generator in einem Fahrzeug

Die Yamaha Corporation und die zur Sumitomo Corporation gehörende Konzerngesellschaft Sumitomo Corporation Power & Mobility Co., Ltd. (im Folgenden kurz „die beiden Unternehmen“ oder „wir“), haben gemeinsam ein neues Abwärmerückgewinnungssystem auf Grundlage eines thermoelektrischen Generators (im Folgenden kurz „TEG“) vorgestellt, das elektrischen Strom aus Abgaswärme generiert und die CO₂-Emissionen bei Fahrzeugprüfungen auf einem Rollenprüfstand nachweislich senkt (im Folgenden kurz „der Demonstrationsversuch“).

Diese Pressemitteilung enthält multimediale Inhalte. Die vollständige Mitteilung hier ansehen: https://www.businesswire.com/news/home/20220524006208/de/

Illustration of TEG unit’s Effect for Automotive (Graphic: Business Wire)

Durch die TEG-Anlage, die in einem Teil des Auspuffsystems des Fahrzeugs installiert wird, können die CO₂-Emissionen infolge der Reduktion der Generatorbelastung reduziert werden, was durch die Generierung von elektrischem Strom aus ungenutzten Abgasen und ebenso durch die frühere Erwärmung des Motors dank Erwärmung der Kühlflüssigkeit durch die TEG-Anlage beim Motorstart erreicht wird.

In diesem Demonstrationsversuch wurde die TEG-Anlage in einem Testfahrzeug installiert, und der durch die TEG-Anlage erzeugte elektrische Strom sowie die CO₂-Emissionen wurden auf einem Rollenprüfstand gemessen. Dank der TEG-Anlage reduzierten sich die CO₂-Emissionen während des europäischen WLTP-Fahrzyklus^*1 um 1,9 % (d. h. 3,9 g/km). Angesichts dieses Ergebnisses wurde der potenzielle Nutzen der TEG-Anlage bei weiteren Optimierungen der Installation der TEG-Anlage in Fahrzeugen mit einer geschätzten CO₂-Reduktion um 3,1 % (d. h. 6,4 g/km) beziffert.

Hintergrund der Entwicklungsbemühungen

In letzter Zeit haben die Bestrebungen zum Erreichen einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft weltweit zugenommen, und weitere CO₂-Reduktionen werden von der Automobilindustrie dringend gefordert.

TEG-Anlagen ziehen schon lange Aufmerksamkeit auf sich als umweltfreundliche Technologie, und in der Automobilindustrie sind verschiedene Entwicklungsbemühungen im Gange, um die Technologie zur Reduktion der CO₂-Emissionen zu nutzen. Aufgrund der ungenügenden Leistung und Verlässlichkeit der TEG-Komponenten und auch wegen mangelhafter ingenieurtechnischer Arbeiten an der Konstruktion eines Systems mit TEG-Anlage für Fahrzeuge ist die Technologie jedoch bisher nicht in der Praxis eingesetzt worden.

Im März 2021 nahmen beide Unternehmen probeweise den Verkauf der TEG-Komponente YGPX024^*2 auf, die über die höchste Leistung verfügt und das größte Format aufweist,^*3 um damit die Marktbedürfnisse zu erkunden. Jetzt haben wir diesen Demonstrationsversuch für Anwendungen im Automobilbereich durchgeführt, wo ein großes Marktpotenzial vorhanden sein dürfte.

Der Demonstrationsversuch im Überblick

Dieser Demonstrationsversuch wurde an die FEV Europe GmbH (Hauptsitz: Aachen) ausgegliedert. Ein aus der TEG-Anlage und einem Gleichspannungswandler bestehendes System wurde in einem Testfahrzeug installiert, worauf der Demonstrationsversuch auf einem Rollenprüfstand durchgeführt wurde. Im Folgenden sind weitere Einzelheiten zum Demonstrationsversuch aufgeführt.

• Testfahrzeug
  
  Jaguar F-PACE (2,0-l-Benzinturbomotor, SUV)

• Konfiguration der TEG-Anlage
  
  Die TEG-Anlage besteht aus vier YGPX024-Komponenten, zwei Wärmetauschern für Abgas und drei Wärmetauschern für den Kühlwasserkreislauf. Mit ihrer urheberrechtlich geschützten Struktur und Fertigungsmethode bietet die YGPX024-Komponente die größte Leistung auf der Welt und eine für Anwendungen im Automobilbereich geeignete Verlässlichkeit.^*3
  

• Schaltbild der Installation der TEG-Anlage in einem Fahrzeug
  
  Die TEG-Anlage wurde im Auspuffrohr auf der dem Katalysator nachgelagerten Seite installiert. Der Motorkühlkreislauf wurde verzweigt und auf die TEG-Anlage ausgeweitet. Die bestehende Wasserpumpe des Fahrzeugs wurde zur Versorgung der TEG-Anlage mit Kühlflüssigkeit verwendet. Parallel zum bestehenden Generator wurde die TEG-Anlage über einen Gleichspannungswandler mit MPPT-Funktion (Maximum Power Point Tracking) direkt an die bestehende 12-V-Batterie angeschlossen, wodurch die Anlage optimal betrieben werden und auf effiziente Weise elektrischen Strom beziehen konnte. Für diesen Test wurden keine externen Vorrichtungen verwendet, weil die Beurteilung des tatsächlichen Nutzens für das Fahrzeug von großer Bedeutung war.

• Beurteilungsmethode
  
  Dieser Demonstrationsversuch wurde auf der Grundlage verschiedener Testzyklen durchgeführt, wie z. B. der europäische WLTP-Fahrzyklus (inkl. Phase 4), der US06-Fahrzyklus^*4 und ein stationärer Fahrzyklus. Während der Untersuchungen auf einem Rollenprüfstand wurden die CO₂-Emissionen und die von der TEG-Anlage erzeugte elektrische Leistung gemessen, um den Effekt der TEG-Anlage beurteilen zu können.

Testergebnis

CO₂-Reduktion und elektrische Leistung der TEG-Anlage werden wie folgt zusammengefasst.

• Europäischer WLTP-Fahrzyklus
  
  CO₂-Reduktion: 1,9 % (3,9 g/km); maximale elektrische Leistung: 165 W
• US06-Fahrbetrieb
  
  Durchschnittliche elektrische Leistung: 97 W
• Stationärer Fahrzyklus bei 2.000 U/Min. (für Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite und Serienhybridfahrzeuge)
  
  Elektrische Leistung: 195 W, entspricht 40 % der vom Generator erzeugten Leistung

Bei diesem Demonstrationsversuch gab es erhebliche Installationsbeschränkungen für die TEG-Anlage, und die Gastemperatur bei der Abgaszuleitung erreichte den Zielwert nicht. Daher führten wir einen zusätzlichen Test durch, bei dem die angestrebte Gastemperatur erreicht wurde, und aufgrund dieses Testergebnisses kam unsere Analyse auf eine maximale Reduktion der CO₂-Emissionen um 3,1 % (6,4 g/km) bei einer optimierten Installation der TEG-Anlage im Fahrzeug.

Zukunftsaussichten

Es ist unbestritten, dass Elektrifizierung und effizientere Verbrennungsmotoren in der Automobilindustrie unumgänglich sind, um eine kohlenstoffneutrale Gesellschaft zu erreichen. Die meisten Automobilhersteller benötigen neuartige Technologien für weitere Verbesserungen der CO₂-Reduktion von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Unser Ziel ist es, zusammen mit unseren Kunden eine kohlenstoffneutrale Gesellschaft durch den weltweit ersten praktischen Einsatz einer TEG-Anlage für Anwendungen im Automobilbereich zu schaffen.

• Informationen über Sumitomo Corporation Power & Mobility Co., Ltd.
  
  Sumitomo Corporation Power & Mobility Co., Ltd., entwickelt breit gefächerte Geschäftstätigkeiten rund um die Welt, die mit dem „Aufbau der nächsten Generation von Transportsystemen und sozialer Infrastruktur“ zusammenhängen, indem das Unternehmen auf die reichhaltige Erfahrung und Fachkompetenz der Sumitomo Corporation und des internationalen Netzwerks des Konzerns zurückgreift. Wichtige Geschäftsbereiche sind (1) der Handel mit Automobilen und Schienenfahrzeugen sowie Ausrüstungen für Stromerzeugungsanlagen (Ein- und Ausfuhr sowie Dreieckshandel), (2) die Entwicklung und Durchführung von Kraftwerks- und Transportprojekten im Ausland und (3) die Entwicklung neuer Geschäftsfelder im Bereich Mobilität.
  
  Weitere Einzelheiten finden Sie hier: https://www.sc-pmco.com/en/

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