Hybrid-Antriebe: Diese Systeme gibt es

Plug-in-Hybride mausern sich zum Kassenschlager: keine Reichweitenangst, keine Fahrverbote, wenig Treibstoffkosten und voller Komfort. Die Verkaufszahlen liegen in Deutschland mittlerweile gleichauf mit denen der Elektroautos. In 2017 wurden ungefähr genauso viele Elektroautos und Plug-In Hybride zugelassen (insgesamt 54.407) wie klassische Hybridautos (55.236). Bedenkt man, dass letztere bereits vor über 20 Jahren eingeführt wurden, ist das außerordentlich bemerkenswert.

Viele sehen in dem Konzept des Plug-In-Hybrids die Weiterentwicklung der Hybrid-Antriebstechnologie – andere halten diese Fahrzeuge nur für einen faulen Kompromiss, bestenfalls für eine Übergangstechnologie.

Aber was genau macht eigentlich einen Plug-In-Hybrid aus? Und wie ist er aufgebaut?

Hybrid-Systeme erhöhen die Leistung und die Funktionalität

Schauen wir zunächst auf den Hybrid-Antrieb als solchen. Das erste Hybrid-Auto, das kommerziell am Markt eingeführt wurde, war 1997 der Toyota Prius. 2017 überstiegen die kumulierten Hybrid-Verkäufe der Japaner die Zehn-Millionen-Marke und der Prius ist bereits in vierter Generation erhältlich. Allerdings dauerte es zunächst zehn Jahre, bis die erste Million Prius-Fahrzeuge verkauft war.

Die Hybrid-Technologie ermöglicht folgende Funktionen:

• Unterstützung des Verbrennungsmotors: Mittels angepasster Motorsteuerung wird die Betriebsweise optimiert, der Motor vorwiegend im Drehzahlbereich mit maximaler Effizienz betrieben
• Stopp-Start-Funktion
• Elektrifizierung von Nebenaggregaten (z.B. Wasserpumpe, Servolenkung, Klimaanlage)
• Elektrischer Fahrbetrieb durch direkten Antrieb der Achse über einen Elektromotor
• Kinetische Energierückgewinnung beim Bremsen, genannt Rekuperation: im Schubbetrieb wird über die Generatorfunktion Bremsenergie umgewandelt in elektrische Energie und in einer Batterie gespeichert, statt in Form von Wärme ungenutzt zu bleiben

In einem parallelen Hybrid treiben der verbrennungsmotorische und der elektrische Antrieb, bestehend aus Elektromotor/Generator, Wechselrichter und Batterie, die Achsen an.

In einem seriellen Hybrid treibt allein der Elektroantrieb die Achsen an und ein beliebiges Aggregat, ein Verbrennungsmotor oder auch eine Brennstoffzelle, speist den Elektromotor. Je nach Ausführung wird dieses Konzept auch Range Extender genannt. Der BMW i3 ist ein Beispiel dafür und zugleich für einen Plug-In Hybriden.

Mischhybride verbinden den seriellen und den parallelen Hybridantrieb während der Fahrt variabel mittels einer Kupplung entsprechend den Fahrzuständen. Der leistungsverzweigte Antrieb des Toyota Prius ist eine Form des Mischhybrid. Bei ihm lässt sich mithilfe eines Planetengetriebes die Leistung des Verbrennungsmotors auf die Achse und auf den Generator aufteilen.

Während die Begriffe parallel, seriell und Mischhybrid die Systemarchitektur beschreiben, unterscheidet man darüber hinaus Mikro-, Mild- und Vollhybride, um den Anteil der elektrischen Leistung am Gesamtantrieb einzuordnen. Insbesondere Mikro-Hybride lassen sich auch mit Niedervolt-Batterien realisieren.

Herkömmliche Hybride kommen ohne Stecker aus

Bei klassischen Hybriden ist das System in sich geschlossen und die Batterie, die den Elektromotor mit Energie versorgt, wird durch die oben genannte Rekuperation oder durch den Verbrennungsmotor über den Generatorbetrieb wieder aufgeladen. Die Batterie hat in der Regel eine Speicher-Kapazität von ein bis drei Kilowattstunden (kWh). Rein elektrisch fahren kann ein solches Hybridauto nur sehr kurze Strecken, um die ein bis fünf Kilometer (km), wenn der Segelbetrieb optimal genutzt wird.

Im Prinzip kann man den Plug-In-Hybrid als Weiterentwicklung des Hybrid-Autos verstehen: Ein Elektromotor treibt zusätzlich zum Verbrennungsmotor die Achse (dieselbe oder die andere) an. Dabei entfaltet er vor allem in niedrigen Drehzahlbereichen zusätzlichen Schub, was zum Beispiel das dynamischere (und lautlose) Anfahren an der Ampel ermöglicht. Auch bei hohen Drehzahlen lässt sich seine Leistung additiv abrufen und für einen Boost sorgen. Dadurch können die Entwickler den Verbrennungsmotors vorrangig in einem optimaleren Drehzahlbereich halten und damit effizienter betreiben. Dadurch sinken Verbrauch und CO2-Emissionen.

Die Batterie des Plug-In Hybrids lässt sich am Stromnetz laden

Ein Plug-In-Hybrid hat im Vergleich zum klassischen Hybrid eine größere Batterie, mit acht bis zwölf kWh Speicherkapazität. Sie lässt sich zusätzlich an der Steckdose wieder aufladen.

Bei diesen Kapazitäten der Batterie kommt das Fahrzeug in der Regel 50 km weit. Für viele genügt das im täglichen Fahrbetrieb, legen wir doch statistisch gesehen im Durchschnitt nicht mehr als 40 km am Tag zurück. Ein Plug-in kommt meist rund 600 km weit. Da zudem immer die Möglichkeit besteht, Treibstoff wie bisher zu tanken, müssen wir keine Reichweitenangst haben und können spontan losfahren oder Umwege machen. Beispiele sind die Plug-in-Versionen des Kia Niro oder des Mini Countryman.

Verbrauchsangaben helfen nicht mehr weiter

Für Plug-In Hybride geben die Hersteller Verbrauchswerte von weniger als drei Liter bis hin zu sechs Liter pro 100 km an, je nach Fahrzeuggröße. Da lohnt sich das genaue Hinschauen auf die Messverfahren und der Abgleich mit dem eigenen Fahrprofil. Entscheidend ist, welchen elektrischen Fahranteil ich realisieren kann, denn im rein verbrennungsmotorischen Betrieb zeigen die Systeme oft nicht die besten Wirkungsgrade und damit spezifisch höhere Verbräuche als herkömmliche Fahrzeuge.

Vereinfacht gesagt: Wer zuhause und auf der Arbeit laden kann, der fährt wochentags mit 0,0 Litern. Wer gar nicht lädt, landet schnell bei sechs, vielleicht sogar acht Litern Benzin.

Für die nähere Zukunft haben die Hersteller eine Vielzahl von Plug-ins angekündigt. Insbesondere die deutschen Autobauer werden eine breite Palette anbieten. Wie die Kunden die Fahrzeuge annehmen werden, ob diese den erwünschten positiven Einfluss auf Klima und Luftqualität haben, sich langfristig als Standard etablieren und evolutionär weiterentwickelt werden, bleibt abzuwarten. Womöglich werden sie schon bald wieder von besseren Produkten oder auch von Mobilitäts-Services abgelöst und stellen damit nur eine Brückentechnologie dar.

Der Plug-In-Hybrid hat alles drin – aber nichts zum Optimum ausgereift

Klar ist: Der ökologische Nutzen steht und fällt mit dem Gasfuß des Fahrers – nicht unwesentlich anders als auch heute schon bei Benzin und Diesel also. Er muss zudem bereit sein, die Batterie zu laden. Damit bleibt diese Fahrzeuggattung wohl heute noch denen vorbehalten, die das unkompliziert zuhause tun können. Die Emissionen an Treibhausgasen durch individuelle Mobilität lassen sich so nicht wirklich spürbar senken. Aber für die Autofahrer ist es der erste Schritt in die richtige Richtung und eine Chance zum Umdenken.