Mit der Kraft der zwei Herzen
Beim Hybridantrieb im Auto machen Verbrennungs- und E-Motoren gemeinsame Sache. Das Ziel: mehr Effizienz.
(dpa) Autos mit Hybridtechnik ist eines gemein: Egal wie der Antrieb ausgelegt ist, er soll das Fahren effizienter und sparsamer machen. Nebenbei sinken die Emissionen. Doch damit hören die Gemeinsamkeiten schon auf. Grundsätzlich lassen sich mehrere Grundstrukturen unterscheiden, sagt Andreas Richter von der Sachverständigenorganisation Dekra.
Je nach Stärke des E-Motors und nach Größe der Batterie, schreibt der ADAC, sind im Vergleich zu einem herkömmlichen Benzinfahrzeug gleicher Größenordnung Kraftstoffeinsparungen von 15 bis 25 Prozent möglich. Das größte Einsparpotenzial sei bei den auf maximale Effizienz ausgelegten sogenannten Voll- und Plug-in-Hybriden zu erreichen. Das gelte vor allem für den Stadtverkehr, sagt Matthias Vogt, vom ADAC Technik Zentrum in Landsberg. Wie die Systeme funktionieren, erklärt der folgende Überblick:
Der Mikrohybrid: Verschwindend gering ist der Hybridisierungsgrad dieses Systems. ADAC-Experte Vogt sagt sogar: „Das ist kein Hybrid, da kein E-Motor vorhanden ist, der eine Antriebsfunktion wahrnehmen könnte.“Manche Hersteller bezeichnen eine Start-Stopp-Automatik als Mikrohybrid, die zum Beispiel beim Halt an der Ampel den Verbrennungsmotor aus- und bei Druck aufs Gaspedal wieder einschaltet. Start-Stopp-Technik sei im Auto aber längst der Standard, sagt Vogt. Im Mikrohybrid ist der Generator im Vergleich mit einer konventionellen Lichtmaschine oft etwas leistungsstärker, die Blei-Gel-Batterie ist zyklenfester. „Sie ist haltbarer und kann die Belastung durch Start-Stopp besser verkraften“, sagt Andreas Richter. Im Schiebebetrieb, also beim Ausrollen, wird „rekuperiert“. Der Generator wandelt die Bewegungsenergie in Strom und speist die Starterbatterie. Die mögliche Kraftstoffersparnis ist von allen Hybridsystemen am geringsten.
Der Mildhybrid: Hier unterstützt die E-Maschine den Verbrenner beim Antrieb und wirkt leistungssteigernd. Vor allem beim Anfahren und Überholen hilft der E-Motor mit. Also immer dann, wenn der Verbrennungsmotor Drehmoment erst kraftraubend aufbauen müsste, das elektrisch sofort zur Verfügung steht. Wie bei allen Hybridsystemen ist die leitende Idee, den Verbrenner dadurch möglichst nah an seinem optimalen, also effizientesten Betriebspunkt laufen zu lassen, sagt Richter.
Deshalb, und weil ein Teil der Bremsenergie zurückgewonnen werden kann, sei das Antriebssystem
effizienter, sagt Vogt. „Insgesamt ist das Sparpotenzial aber überschaubar.“Je nach Fahrsituation arbeiten Benzin- und Elektromotor ergänzend, phasenweise lädt der Elektromotor die Batterie bei Bedarf auf. Weil beide Motoren zeitgleich agieren können, wird das System auch als „Parallelhybrid“bezeichnet. Wegen der niedrigen Batterieleistung kann der E-Motor das Fahrzeug aber nur selten allein bewegen. Mit der aufkommenden 48-Volt-Technik hat sich das etwas verbessert. Gegenüber den herkömmlichen 12 Volt kann damit viermal so viel Leistung bei gleichem Strom genutzt werden. So können 48-Volt-Mild-Hybride im Verkehr rein elektrisch mitschwimmen, ausparken oder rangieren. „Vollwertige Fahraufgaben kann man aber nicht erfüllen“, sagt Richter.
Der Vollhybrid: Das Antriebssystem ähnelt der milden Variante, nur ist der E-Motor beim Vollhybriden kräftiger und die Bordspannung höher: „Vollhybride haben mehr als 48 Volt“, sagt Richter. Rein elektrisches, konventionelles und kombiniertes Fahren ist möglich. In Sachen Kraftstoffersparnis lohnt ein Vollhybrid ebenfalls vor allem im Stadtverkehr. Nicht umsonst seien viele Taxifahrer mit Hybridfahrzeugen unterwegs, ergänzt Vogt.
Doch die Batterie ist recht klein und die Reichweite auf wenige Kilometer begrenzt. „Deshalb ist die Höchstgeschwindigkeit für rein elektrisches Fahren oft auf 50 oder 60 km/h limitiert.“Bekanntestes Beispiel für diese Konstruktionsweise ist der seit 1997 gebaute Toyota
Prius mit der Hybrid Synergy Drive Technology (HSD). Diese ist laut ADAC darauf ausgelegt, Leistung und Effizienz gleichzeitig zu verbessern. Unterwegs agieren beide Motoren gemeinsam und wirken auf ein Getriebe. In der Fachwelt werden solche Fahrzeuge auch als Mischhybride bezeichnet, weil sie je nach Fahrzustand auch seriell arbeiten – der Verbrenner also die Batterie lädt und das Fahrzeug rein elektrisch fahren kann.
Range Extender: Zu den seriellen Hybridfahrzeugen, bei denen die Motoren nicht parallel geschaltet sind, sondern hintereinander in Reihe (seriell) arbeiten, zählen auch solche mit Reichweitenverlängerer (Range Extender). „Der direkte Antrieb erfolgt in der Regel nur über den Elektromotor“, sagt Matthias Vogt vom ADAC. Der Verbrenner, oft ein hubraumkleiner Dreizylinder, werkelt im Hintergrund als kleines E-Kraftwerk. Denn seine Aufgabe besteht darin, einen Generator anzutreiben, der die Batterie nachlädt. So muss das
Fahrzeug nicht sofort wieder an die Steckdose. In aller Regel wirkt der Range Extender nicht auf die Kurbelwelle und ist damit vom Antrieb entkoppelt. So läuft er stets kraftstoffsparend im optimalen Drehzahlbereich. Neben dem zeitweise damit erhältlichen BMW i3 zählt der Fisker Karma oder der erste Opel Ampera von 2012 zu den Range-Extender-Modellen. Der Verbrenner des Ampera kann sich in manchen Fahrsituationen aber am Antrieb direkt beteiligen. Weil beim Energieaustausch zwischen Kraftstoff, Generator, Batterie und E-Maschine viel Verlust auftritt, haben Range-Extender-Modelle nicht das größte Sparpotenzial. „Am besten taugen sie als Mittel gegen die Reichweitenangst“, sagt Dekra-Experte Richter.
Plug-in-Hybrid: Hybrid-Fahrzeuge, die von außen aufgeladen werden können, heißen Plug-in-Hybride. „Sie haben einen deutlich stärkeren Elektromotor und eine größere Hochvoltbatterie als Vollhybride“, sagt ADAC-Fachmann Vogt. Rein elektrisch sind sie damit schneller, um die 100 km/h sind möglich. Die zusätzliche Batteriegröße lässt Strecken zwischen 30 und 60 Kilometern zu, auch die Rekuperationsleistung ist höher. In Städten kann man sie lokal emissionsfrei fahren. Plug-in-Hybride eignen sich laut ADAC besonders für Berufspendler, wenn sie an Start- und Zielorten wieder aufgeladen werden können. „Für einen Dienstwagen, der über lange Strecken auf der Autobahn bewegt wird, ist der Plug-inHybrid aus Umweltgesichtspunkten aber nicht die beste Variante“, sagt Vogt.
Auch sie taugen als Mittel gegen Reichweitenangst, der Benzintank ist meist groß. Urlaubsfahrten sind damit zwar kein Problem. Für möglichst hohe elektrische Fahranteile im Alltag sollten Langstreckeneinsätze aber eher die Ausnahme sein. Die Verbrauchsvorteile sind ansonsten schnell aufgezehrt, und der CO2-Ausstoß erhöht sich bei leergefahrener Batterie schnell auf oder sogar über das Niveau eines reinen Verbrenners.