Der Hybridantrieb: Mit der Kraft der zwei Herzen
Ein Hybridantrieb ist die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder Energiequellen. Gebräuchlich sind Hybride mit Benzin- oder Diesel- und Elektroantrieb. Alle Vor- und Nachteile von Mild-Hybrid, Voll-Hybrid und Plug-in-Hybrid.
Hybridantriebe sparen Kraftstoff
Unterschied: Mild-, Voll- oder Plug-in-Hybrid
Hybridtechnik: Ausgereift und alltagstauglich
So funktioniert die Hybridtechnik
Der Grundgedanke bei Benzin-/Diesel-Elektro-Hybridfahrzeugen ist, die Vorteile des Elektro- und die des Verbrennungsmotors so miteinander zu kombinieren, dass das Gesamtsystem möglichst effizient und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Überschüssige Leistung des Verbrennungsmotors wird in elektrische Energie umgewandelt und in einer Batterie gespeichert. Letztere wiederum treibt bei Bedarf dann den Elektromotor an. Dies ist energetisch sinnvoll, solange die Wirkungsgradverbesserungen die Verluste aus den Umwandlungen von mechanischer in elektrische Energie und deren Speicherung in einer Batterie übersteigen.
Zusätzlich kann beim Bremsen frei werdende kinetische Energie in der Batterie gespeichert und für den Vortrieb genutzt werden. Lässt die Batterieleistung nach, arbeitet der Elektromotor automatisch als Generator und lädt die Batterie während der Fahrt wieder auf. Um die Vorteile der beiden Antriebe optimal auszunutzen und die Nachteile zu kompensieren, wird permanent automatisch der optimale Betriebsmodus ausgewählt.
Hybrideffekt: Weniger Sprit, mehr Leistung
Um die gleichen Fahrleistungen zu erhalten wie bei einem nur mit Verbrennungsmotor ausgestatteten Fahrzeug, genügt bei der Kombination von Verbrennungsmotor und Elektromotor meist ein kleinerer Verbrennungsmotor ("Downsizing"). Letzterer wird zusätzlich so geregelt, dass er stets mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Überschüssige Energie verwendet der Generator zum Laden der Batterie. Beim Bremsen wird ebenfalls Energie zurückgewonnen und in die Batterie eingespeist.
So sind Kraftstoffeinsparungen von ca. 15 bis 25 Prozent – je nach Auslegung des Systems – im Vergleich zu einem herkömmlichen Benzinfahrzeug gleicher Größenordnung möglich.
Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor, der erst im oberen Drittel des Drehzahlbereichs sein maximales Drehmoment erreicht, beherrscht dies der Elektromotor bereits aus dem Stand heraus. Durch die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor kann das Fahrzeug um etwa zehn bis 20 Prozent schneller beschleunigt werden.
Mild-Hybrid: E-Motor unterstützt nur
Die einfachste Form der Hybridisierung. Ein kombinierter Startergenerator erzeugt einerseits beim Rollen und Bremsen Strom, der in einer Batterie gespeichert wird, und unterstützt andererseits als Elektromotor bei Bedarf den Verbrennungsmotor.
Ein Mild-Hybridsystem (oft "48-Volt-Technik") speichert die Energie, die beim Bremsen oder Verzögern normalerweise verloren geht, um sie dann beim Beschleunigen wieder einzusetzen. Im Leerlauf oder beim Ausrollen übernimmt die Batterie und versorgt die elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Strom, damit der Motor häufiger abgestellt werden kann, was den Kraftstoffverbrauch verringert.
Beschleunigen/Überholen: Bei Beschleunigungs- bzw. Überholvorgängen unterstützt der Elektromotor den Benzinmotor und erhöht so die Gesamtantriebsleistung.
Normalfahrt: Nach Erreichen der Reisegeschwindigkeit arbeitet der Benzinmotor allein, während der Elektromotor im Generatorbetrieb die Batterie bei Bedarf auflädt.
Verzögern/Bergabfahrt: Beim Verzögern oder bei Bergabfahrt fungiert der Elektromotor als Generator und lädt die Batterie wieder auf.
Fahrzeugstopp: Sobald das Fahrzeug anhält oder sich im Leerlauf befindet, wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet und spart dadurch Benzin. Wird die Bremse gelöst oder die Kupplung betätigt, startet er sofort wieder.
Voll-Hybrid: Mal elektrisch, mal Verbrenner
Gleiches Antriebsprinzip wie beim Mild-Hybrid. Zusätzlich ist auch das Fahren allein mit Elektromotor bis etwa 50 km/h möglich. Die Leistung des verwendeten Elektromotors ist dabei höher als beim Mild-Hybrid. Die Voll-Hybridtechnologie ist darauf ausgelegt, Leistung und Effizienz gleichzeitig zu optimieren. Sie nutzt die Synergie zwischen dem Elektro- und Benzinantrieb, indem während der Fahrt permanent automatisch der optimale Betriebsmodus ausgewählt wird.
Anfahren: Beim Anfahren und bei geringer Geschwindigkeit nutzt der Elektromotor Energie aus der Batterie, um das Fahrzeug anzutreiben. Bei niedrigem Batteriestand setzt der Benzinmotor ein, um die Batterie zu laden; ebenso bei kaltem Katalysator sowie bei gleichzeitiger Verwendung zusätzlicher elektrischer Verbraucher (z.B. Klimaanlage, Heizung).
Normalfahrt: Im normalen Fahrbetrieb nutzt der Hybridantrieb sowohl den Elektro- als auch den Benzinmotor. Der Benzinmotor liefert Kraft für den Generator, der seinerseits den Elektromotor mit Strom versorgt. Gleichzeitig treibt der Benzinmotor über eine Kraftweiche die Räder an. Das Verhältnis der Kraftverteilung wird permanent überwacht und stets so geregelt, dass ein maximaler Wirkungsgrad gewährleistet ist.
Beschleunigen/Überholen: Für Beschleunigungs- bzw. Überholvorgänge, in denen Höchstleistung gefordert ist, speist die Batterie – sofern der Ladezustand ausreicht – zusätzlich Energie ins System ein, um Benzin- und Elektromotor wirkungsvoll zu unterstützen.
Verzögern/Bergabfahrt: Beim Verzögern und beim Bergabfahren fungiert der Elektromotor als Generator und lädt die Batterie wieder auf.
EV-Modus: Aktiviert der Fahrer den EV-Fahrmodus, so wird das Fahrzeug – sofern möglich (abhängig von bestimmten Parametern wie z.B. Geschwindigkeit, Ladezustand der Batterie, Katalysator-Temperatur) – ausschließlich von seinem Elektromotor angetrieben, der die erforderliche Energie aus der Batterie bezieht, und verbraucht keinen Kraftstoff.
Fahrzeugstopp: Sobald das Fahrzeug anhält, wird der Benzinmotor gestoppt, der Kraftstoffverbrauch geht auf null.
Plug-in-Hybrid: Akku lädt an der Ladesäule
Lässt sich bei einem Hybridfahrzeug die Batterie zum Antrieb des Elektromotors auch über das Stromnetz extern aufladen (über einen Stecker), so spricht man vom Plug-in-Hybrid. Plug-in-Hybride haben einen deutlich stärkeren Elektromotor und eine größere Hochvoltbatterie als Voll-Hybride. Damit können sie – wie aktuell der Wey Coffee 01 – bis über 140 Kilometer rein elektrisch fahren. Je nach Batteriegröße und Effizienz liegt die durchschnittliche Reichweite jedoch bei etwa 40 bis 60 Kilometern, womit man vorzugsweise in den Städten lokal emissionsfrei fährt.
Plug-in-Hybride eignen sich besonders dann, wenn das Fahrzeug überwiegend für Fahrten innerhalb der elektrischen Reichweite verwendet wird und an den Start-/Zielorten wieder aufgeladen werden kann (z.B. für Berufspendler) und dennoch aber auch für Langstrecken und Urlaubsfahrten geeignet sein muss. Um insgesamt möglichst hohe elektrische Fahranteile im Alltag realisieren zu können, sollten Langstreckeneinsätze aber eher die Ausnahme sein.
Nennleistung oder Systemleistung?
Wichtig zu wissen beim Vollhybrid und Plug-in-Hybrid: Die vom Hersteller angegebene Systemleistung wird nur dann erreicht, wenn Verbrenner und Elektromotor zusammenarbeiten. Im Falle des E-Motors ist es aber so, dass er nur seine volle Leistung entfalten kann, wenn die Antriebsbatterie genügend Energie hat. Gerade bei Fahrzeugen mit sehr kleiner Hybridbatterie kann es sein, dass man in einigen Fahrszenarien wie Autobahnfahrt oder Bergfahrt eher mit der Nennleistung des Verbrenners als mit der Systemleistung unterwegs ist. Im Fahrzeugschein der beiden Fahrzeugtypen oder auch in den technischen Daten steht meist die Nennleistung des Verbrennungsmotors.
Letztlich hängt es vom Fahrszenario und der Auslegung des Systems ab, in welchem Betriebsbereich sich ein Hybridfahrzeug mehr bewegt.
Sonderform: E-Autos mit Range Extender
Eine Sonderform sind Elektrofahrzeuge mit Range Extender (Reichweitenverlängerer). Sie zählen auch zu den Hybridfahrzeugen, da sie zum Antrieb zwei verschiedene Energiequellen nutzen. Der direkte Antrieb erfolgt zwar in der Regel nur über den Elektromotor. Ist die über das Stromnetz geladene Batterie jedoch leer, so wird diese über einen Verbrennungsmotor geladen, um die Reichweite zu verlängern.
Hybrid: Sicher und alltagstauglich
Sicherheit
Dass Hybridfahrzeuge genauso sicher sind wie Fahrzeuge mit konventionellen Antrieben, zeigen die Ergebnisse im Euro-NCAP-Crashtest. Hier erzielten die Modelle Honda Civic und CR-V, Toyota Corolla und RAV4 oder Lexus UX in der Gesamtbewertung fünf Sterne.
Beispiel Toyota Hybrid Synergy Drive Technologie (HSD): Toyotas Hybridsystem schaltet – basierend auf dem Airbag-Auslösesignal – alle elektrischen Systeme bei einem Unfall sofort ab und unterbricht den Batteriekontakt.
Kommt es bei leichteren Unfällen nicht zur Auslösung der Airbags, gibt es zwei Möglichkeiten zur manuellen Deaktivierung der Hybridbatterie: Durch Entfernung des Wartungssteckers oder des IGCT-Relais wird der Hochspannungsstromkreis ebenfalls unterbrochen. Es ist jedoch grundsätzlich zu beachten, dass nach der Deaktivierung der Hybridbatterie die Hochspannung noch etwa drei Minuten erhalten bleibt. Alle Hochspannungskabel sind orangefarben markiert. Die Hybridbatterie selbst ist sicher im Gepäckraum hinter den Rücksitzen untergebracht und wird durch eine zusätzliche Stahlstruktur geschützt.
Alltagstauglichkeit
Ein ADAC Langzeittest mit einem Toyota Prius über 90.000 Kilometer hat gezeigt, dass sich die Hybridtechnik auch im Alltag bewährt. Der Prius lief absolut problemlos. Keine Pannen, keine Ausfälle, keine außerordentlichen Reparaturen – weder im konventionellen Bereich des Fahrzeugs noch bei der Hybridtechnik und der Batterie.
