Range Extender oder Plug-in: So kommen Hybride weiter

Range Extender oder Plug-in: So kommen Hybride weiter

Hinter den Fachwörtern REEV oder PHEV stecken E-Autos mit Notfallgenerator oder Verbrenner mit großer Hilfsbatterie. Zwei Konzepte, die auf den ersten Blick ähnlich wirken - aber ganz unterschiedliche Fahr-Typen ansprechen.

Marcus Zacher

... schreibt auf seinem Blog GenerationStrom.com über die Technik im E-Auto - mit dem Know-How des studierten Elektromobilisten! Er arbeitet in der Batterieentwicklung eines süddeutschen Herstellers von Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Was haben PHEV und REEV gemeinsam?

Bei den sogenannten PHEVs (Plug-In Hybrid Electric Vehicle) und REEVs (Range-Extended Electric Vehicle) handelt es sich im Grunde um ähnliche Konzepte, die Treibstoffverbrennung und einen Strom-Antrieb kombinieren. Der Plug-in-Hybrid fährt zunächst einige Kilometer elektrisch, bevor der Verbrenner übernimmt. Mit einem Range Extender fährt man lange elektrisch, bis im Notfall der Generator anspringt. Auch darüber hinaus haben sie einige Ähnlichkeiten:

Zunächst einmal verfügen beide Fahrzeugkategorien wie erwähnt über mindestens eine E-Maschine, die für elektrischen Vortrieb sorgt und welche das Fahrzeug auch ohne eingeschalteten Verbrennungsmotor antreiben kann. Darüber hinaus weisen beide Fahrzeuge eine Batterie auf, die über eine externe Lademöglichkeit aufgeladen werden kann. Ein entsprechender Ladeanschluss am Fahrzeug gehört natürlich ebenso dazu. So wäre es mit beiden theoretisch möglich, komplett elektrisch zu fahren.

Ein Verbrennungsmotor ist bei beiden Fahrzeugkategorien allerdings ebenfalls vorhanden. Die Bandbreite beginnt am unteren Ende mit dem Zweizylinder-Motor mit 650 cm³ und 28 kW im BMW i3 REX, der allerdings in Europa inzwischen nicht mehr angeboten wird. Das obere Ende der Fahnenstange markieren große Verbrennungsmotoren wie der Vierliter-V8-Motor mit 404 kW des Porsche Panamera Turbo S E-Hybrid. Es wird also die komplette Bandbreite von Verbrennungsmotoren in einem PHEV bzw. REEV eingesetzt.

Aber wo zieht man nun die Trennlinie zwischen den PHEV und REEV?

Was unterscheidet einen PHEV vom REEV?

Um eine genauere Unterscheidung zwischen den PHEVs und REEVs zu finden, können folgende Merkmale typischer Vertreter dieser Fahrzeugklassen angeschaut werden.

1. Größe der Batterie

Ein erstes Unterscheidungsmerkmal ist die Größe bzw. der Energieinhalt der Traktionsbatterie. Bei den hier betrachteten Fahrzeugen haben die REEVs mindestens 16 kWh (wenn man den Opel Ampera dazuzählt) und verfügen laut Hersteller über 80 bis 240 km elektrischer Reichweite.

Die besten PHEVs hingegen weisen lediglich elektrische Reichweiten von 30 bis 63 Kilometern auf. Da es sich hier ebenfalls um Herstellerangaben handelt, die nach NEFZ ermittelt wurden, fallen diese in der Praxis natürlich deutlich geringer aus.

Kann man also einen PHEV von einem REEV allein anhand der Batteriegröße bzw. der elektrischen Reichweite unterscheiden? Nur bedingt. Schließlich werden die PHEVs ebenfalls in Richtung elektrischer Reichweite weiterentwickelt. Der neue Porsche Panamera E-Hybrid hat bereits eine 14,1kWh-Batterie und kommt somit dem Opel Ampera relativ nahe. Dennoch lässt sich hier bereits eine Tendenz festhalten: REEVs haben größere Batterien und höhere elektrische Reichweiten als PHEVs.

2. Aufbau des Hybridsystems

Da sowohl REEV als auch PHEV über Elektro- und Verbrennungsmotor verfügen, kann man in beiden Fällen von einem Hybrid-Antrieb sprechen. Interessant ist hierbei jedoch die Umsetzung der Antriebe.

Grundsätzlich muss man zwischen seriellem und parallelem Hybrid unterschieden. Beim seriellem Hybrid hat der Verbrennungsmotor keine mechanische Kopplung zu den angetriebenen Rädern, sondern wird lediglich als Generator verwendet, welcher die Batterie nachlädt. Die Räder werden also immer über die E-Maschine angetrieben.

Beim parallelem Hybrid können sowohl E-Maschine als auch Verbrennungsmotor die Räder antreiben. Die meisten PHEVs sind nach dieser Konfiguration aufgebaut.

Die Elektroautos mit Reichweitenverlängerer verfügen grundsätzlich über einen seriellen Hybridantrieb, womit eine Grundvoraussetzung für die Einordnung eines solchen Fahrzeugs definiert wäre. Allerdings gibt es auch Mischvarianten wie die B-Klasse-Studie E-Cell Plus von 2011 oder den Opel Ampera. Diese Fahrzeuge verfügen zusätzlich über eine mechanische Kupplung, die es ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor die Räder direkt antreibt. Dadurch wechselt das Fahrzeug vom seriellen Modus zum Parallelen.

Das ist besonders dann sinnvoll, wenn der Gesamtwirkungsgrad durch den direkten Zugriff des Verbrenners auf die Räder gesteigert wird. Im Gegenzug muss jedoch ein erhöhter mechanischer Aufwand betrieben werden, weshalb beispielsweise der Opel über ein relativ komplexes Getriebe verfügt.

Abgesehen vom Mitsubishi Plug-in Hybrid Outlander verfügen so gut wie alle Plug-In-Hybride ausschließlich über einen parallelen Hybridantrieb. Die meisten PHEVs wurden als "klassische" Verbrenner konzeptioniert. Der parallele Hybrid lässt sich dabei deutlich einfacher in die vorhandene Fahrzeugarchitektur integrieren als der serielle Hybrid.

Man kann also festhalten: Verfügt das Fahrzeug ausschließlich über einen parallelen Hybrid ist es mit hoher Wahrscheinlichkeit ein PHEV. Ist das Fahrzeug als serieller Hybrid ausgeprägt, ist es wahrscheinlich ein REEV. Für die Kategorisierung der Mischvarianten müssen aber weitere Merkmale hinzugezogen werden.

3. Leistungsverhältnis zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor

Als drittes Unterscheidungsmerkmal kann die Leistung (P) von Verbrennungsmotor (VM) und Elektromotor (EM) herangezogen werden. Diese wurden für die Kategorisierung ins Verhältnis zueinander gesetzt.

Ist das Verhältnis größer 1 bedeutet dies, dass der Elektromotor eine höhere Leistung aufweist als der Verbrennungsmotor. Bei einem Verhältnis von kleiner 1 bestimmt der Verbrennungsmotor die Leistung des Fahrzeugs.

Hier wird deutlich, dass die Leistung der REEVs vor allem durch den Elektromotor bestimmt wird. Zusätzlich lässt sich ablesen, dass die Fahrzeuge mit seriellem Hybridantrieb ein Verhältnis von größer 1 aufweisen. Wie kommt es dazu?

Die maximale Leistung wird bei den meisten Elektroautos ausschließlich für das Beschleunigen und das Fahren der Höchstgeschwindigkeit benötigt. Vor allem die Beschleunigungsphasen erstrecken sich immer nur über sehr kurze Zeiträume. Die hierfür benötigte Leistung stellt die E-Maschine alleine zur Verfügung. Für das kontinuierliche Fahren, zum Beispiel auf der Autobahn mit vielleicht 130 km/h, werden nur rund 20 bis 30 kW inklusive der Nebenverbraucher benötigt.

Der Range-Extender im BMW i3 ist daher genau so dimensioniert, dass er diese konstante Leistung liefert, damit die Batterie kontinuierlich nachgeladen werden kann. Hierbei sind natürlich auch entsprechende Wandlungs- und Ladeverluste zu berücksichtigen, die bei der Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie entstehen.

Die anderen Fahrzeuge mit einem Leistungsverhältnis von größer 1 weisen zum Teil deutlich stärkere Verbrennungsmotoren auf. Diese ermöglichen das Fahren mit Höchstgeschwindigkeit auch bei leerer Batterie, also wenn fast die komplette Leistung aus dem Verbrennungsmotor bezogen werden muss.

Wie bereits im Abschnitt davor erwähnt, kann es vom Gesamtwirkungsgrad her besser sein, den Verbrennungsmotor direkt an die Antriebsachse zu koppeln, anstatt die Leistung erst von mechanischer in elektrische Energie wandeln zu müssen um diese anschließend direkt wieder von elektrischer in mechanische Energie zurückzuwandeln.

Als Schlussfolgerung kann folgender Aspekt festgehalten werden: Bei PHEVs dominiert fast immer der Verbrennungsmotor gegenüber dem Elektromotor. Bei REEVs ist dies genau umgekehrt. Allerdings gibt es auch hier wieder Ausnahmen wie den Mitsubishi Plug-in Hybrid Outlander oder den Opel Ampera. Für eine eindeutige Kategorisierung müssen daher alle Aspekte berücksichtigt werden. Doch selbst dann lässt sich der Opel Ampera nicht genau einer Kategorie zuweisen, sondern verbleibt als ein Sonderling genau im Graubereich zwischen REEV und PHEV.

Vor- und Nachteile der Konzepte

Legt man die tatsächliche, durchschnittliche Fahrstrecke pro Tag zugrunde, würden für zwei Drittel der Fahrten die praxistauglichen, elektrischen Reichweiten der aufgeführten REEVs ausreichen. Beim BMW i3 REX könnten sogar mehr als 90 Prozent aller Fahrten locker reinelektrisch zurückgelegt werden.

Der Vorteil eines REEV ist der sehr günstige elektrische Verbrauch, da der ganze Antriebsstrang auf diesen Betrieb ausgelegt wurde. Wenn jedoch lange Strecken zurückgelegt werden sollen, muss der Range-Extender einspringen. Da der Verbrennungsmotor nicht häufig eingesetzt wird und möglichst günstig sein soll, handelt es sich hier häufig um eher einfache Motoren, die relativ schlechte Verbräuche aufweisen.

Wer mit dem REEV einmal im Jahr in den Urlaub fährt, wird damit wohl zurechtkommen. Wobei sich dann auch die Frage stellt, ob man dann überhaupt noch einen Verbrenner herumschleppen möchte. Man kauft sich schließlich auch keinen Mercedes Sprinter, weil man einmal im Jahr zu IKEA oder zum Baumarkt fährt.

Das Angebot an REEV ist allerdings auch verschwindend gering. Von den hier aufgeführten Fahrzeugen sind in Deutschland nur der BMW i3 REX und der Opel Ampera verkauft worden und heute ausschließlich als Gebrauchtwagen erhältlich. Die B-Klasse war leider nur eine Studie und wurde nie in Serie produziert. Beim LEVC TX handelt es sich um das neue Londoner Taxi, welches für Privatkunden sowieso nicht verfügbar ist.

Wer regelmäßig längere Distanzen zurücklegt, ist grundsätzlich mit einem REEV oder PHEV gut bedient. Je höher der Langstreckenanteil ist, desto eher kann der Fokus auf den Verbrenner und somit auf den PHEV gelegt werden. Diese weisen allerdings aufgrund der Optimierung im Verbrennerbetrieb geringe elektrische Reichweiten und hohe elektrische Verbräuche auf. Im Gegenzug gibt es inzwischen ein sehr umfangreiches Angebot an Plug-In-Hybriden.

Beide Konzepte sind aber grundsätzlich nachteilig, wenn fast nur elektrisch gefahren werden soll. Im Gegensatz zum reinelektrischen Fahrzeug fallen weiterhin die hohen Wartungskosten eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor an, ohne dabei die elektrischen Reichweiten selbst einfacher bzw. alter Elektroautos vom Schlage eines Smart ED, Mitsubishi i-MiEV oder einer Renault Zoe zu erreichen.

Sie müssen also abwägen, wie viel Verbrenner benötigen Sie wirklich noch? Schreiben Sie uns doch in die Kommentare!

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Dieser Artikel ist eine überarbeitete Version des Beitrags von Generationstrom.com.

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