Technik-Inside: Hybridantrieb Begriffe

Hybridantrieb Begriffe: Zwischen Mikro und Plug-In

Eine Ehe zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor erweist sich als nicht ganz einfach, lässt sich aber gut in einzelne Happen aufdröseln.

Hybridantrieb Begriffe: Zwischen Mikro und Plug-In

Mikro-Hybrid

Spätestens seit Einführung der Start-Stopp-Automatik ist heute schon jeder Antrieb mit Verbrennungsmotor ein Mikro-Hybrid. Der Anteil an elektronischen und elektrischen Funktionen steigt darüber hinaus auch rapid. Dabei geht es darum, mitunter schwerfällige mechanische Energieverbraucher durch Einsatz schlauer elektrischer Komponenten zu ersetzen. Eines der ersten Elemente war die elektrische Servolenkung, die ihre hydraulische Vorgängerin ersetzte. Ein Beispiel ist auch eine Lichtmaschine, die nur mehr dann mitläuft, wenn sie auch tatsächlich zum Laden der Batterie benötigt wird.

Mild-Hybrid

Hier bewegt man sich eigentlich noch im Bereich der konventionellen Verbrennungskraftmaschine, auch wenn schon einzelne Gemeinsamkeiten mit einem Vollhybrid aufblitzen. Ein Merkmal kann zum Beispiel ein Starter-Generator sein, also eine Elektromaschine, die sowohl zum Starten des Motors als auch zum Laden der Batterie und zum Rückgewinnen von Bewegungsenergie (Rekuperieren) herangezogen wird. Er kann wie ein herkömmliche Starter parallel zur Motorachse angeordnet, aber auch in den Antrieb integriert sein. Im Unterschied zu einem Vollhybrid findet aber alles noch auf niedrigem Spannungsniveau statt, also im herkömmlichen Bordnetz mit 12 Volt, aber immer öfter auch im Rahmen eines zusätzlichen 48 Volt-Netzes. Die Abgrenzung zum Vollhybrid fällt am leichtesten über den elektrischen Leistungsumfang, der bei einem Mild-Hybrid bis etwa 15 Kilowatt reicht.

Vollhybrid

Die Pionierlösung in Sachen Vollhybrid: Kompaktes Hybridmodul von Toyota. Verbrennungsmotor, Elektromotor, Planetengetriebe, stufenloses CVT-Getriebe und elektronische Steuerung in einer Einheit. Foto: Toyota

Pionier in Sachen Vollhybrid ist sicher der Toyota Prius, der seit zwanzig Jahren gebaut und verkauft wird. Besonderes Merkmal ist die hohe elektrische Leistung und das dafür notwendige hohe Spannungsniveau. Der Elektromotor-Generator erreicht eine maximale Spannung von 650 Volt und eine Dauerleistung von 37 Kilowatt (kurzzeitig 53 kW). Das ermöglicht eine vielfältige Verschränkung des Benzin- und Elektrobetriebs. Und dafür ist auch die Mechanik geschaffen. Benzin- und Elektromotor stehen über ein Planetengetriebe und ein stufenloses CVT-Getriebe miteinander in Verbindung und können so hochflexibel elektronisch gesteuert zusammenarbeiten. Auch phasenweiser rein elektrischer Betrieb ist möglich. Zur Energiespeicherung verwendet Toyota noch immer seine bewährten Nickel-Metallhydrid-Batterien, während die anderen Hersteller auf Lithium-Ionen-Technik setzen. Dies ist ein sogenannter leistungsverzweigter Vollhybrid. Es gibt aber auch so genannte Parallelhybride, die durch spezielle Kupplungen ebenso rein elektrisches Fahren ermöglichen. Hier ist die Elektromaschine zwischen Motor und Getriebe angeordnet.

Plug-in-Hybrid

Hier handelt es sich um einen Vollhybrid, parallel oder leistungsverzweigt, mit noch größerer elektrischer Motorleistung und noch größeren Batterien. Damit kann Strom aus der Steckdose nachgeladen und auch weitere Strecken mit hohen Geschwindigkeiten rein elektrisch gefahren werden, üblicherweise bis zu 50 Kilometer weit. Der Plug-in-Hybrid spielt nicht nur technisch eine zwiespältige Rolle, nämlich als Elektro- und Verbrennerauto gleichzeitig, sondern auch in seiner Umweltwirkung. Viele Modelle sind im Hybridbetrieb ohne Nachladen an der Steckdose nicht sparsamer als solche mit reinem Benzinbetrieb. Das sporadische Nachladen von elektrischem Strom verschleiert den wahren Gesamtenergieverbrauch. Sinnvoll ist der technische Aufwand für einen Plug-in-Hybrid nur dann, wenn auch die überwiegenden Strecken rein elektrisch gefahren werden, also das Auto tatsächlich sehr oft an die Steckdose kommt.

Klassische Anordnung beim Plug-In-Hybrid, aber auch bei normalem Vollhybrid möglich: Elektromotor hinter dem Verbennungsmotor in die Getriebeglocke integriert – wäre genauso bei quer eingebautem Motor und Frontantrieb möglich. Die Batterien sind zwischen den HInterrädern am Kofferraumboden platziert. Foto: BMW
Eine Hybridvariante mit Frontantrieb als Ausgangsbasis: Batterien und Elektromotor werden als Modul an der Hinterachse platziert. Damit wird gleich ein Allradatrieb daraus. Die Elektronik sorgt für die Balance der Kräfte. Foto: BMW

Sonderfall: Serieller Hybrid

Hier dient ein Verbrennungsmotor ausschließlich als Generator, der die Batterie lädt. Eine Elektromaschine sorgt alleine für Vortrieb und Rekuperation. Es gibt keine direkte mechanische Verbindung vom Verbrennungsmotor zu den Antriebsrädern. Der technische Aufbau ist also genial simpel. Nachteil: die Umwandlungsverluste von mechanischer Energie in Strom und dann wieder in mechanischen Vortrieb sind hoch, ein Vorteil beim Systemwirkungsgrad ist schwer erreichbar. Dieser Antrieb bietet deshalb nur unter sehr eingeschränkten Rahmenbedingungen Vorteile, es gibt ihn immerhin derzeit in zwei Personenwagen, nämlich als Vollhybrid im BMW i3 mit Range-Extender, der rein elektrisch fahren kann, Strom nachladen aber auch nur mit Benzin vorwärts kommt. Oder als reinen Hybrid ohne äußere Stromzufuhr im Nissan Note e-Power in Japan.

Bespiel Nissan Note e-Power: Der Verbrennungsmotor lädt die Batterie, von wo der Elektromotor seinen Strom für den Vortrieb bezieht. Es gibt keine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrenner und den Rädern. Foto: Nissan

Text: Rudolf Skarics

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