Hybridisierung der Automobilbranche
Der Automobilmarkt ist momentan so vielfältig wie noch nie: Neben fossilen Benzin- und Diesel-Fahrzeugen, finden sich auch mit Gas betriebene und elektrische Fahrzeuge wie Hybride, Elektro- und Wasserstofffahrzeuge wieder. Der Trend geht also zum CO2-neutralen Fahren. Schon lange setzt der Hybridantrieb auf ein nachhaltiges Antriebskonzept. Doch was ist ein Hybridantrieb genau? Welche verschiedenen Arten gibt es und lohnt es sich, sich ein Hybridfahrzeug zuzulegen? In diesem Beitrag erfahren Sie es.
Inhalt
Historie einer revolutionären Idee
Die meisten Menschen verbinden als erstes den japanischen Automobilhersteller Toyota mit der Hybridtechnologie. Tatsächlich war es aber Ferdinand Porsche, der bereits im Jahr 1900 auf der Weltausstellung in Paris den Lohner-Porsche präsentierte – Ein Fahrzeug mit einem Otto-Motor und einem Elektromotor.
Nachdem sich jedoch die Hybridtechnologie auf dem aufstrebenden Automobilmarkt nicht durchsetzen konnte, erlebte die Technologie im Zuge der großen Energiekrise in den 70er Jahren eine Renaissance. Ziel der Hersteller war es, die leistungsfähige Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor zu entwickeln.
Zudem drängt der Umweltschutz auf eine Reduzierung der CO2-Emissionen. So brachte Toyota 1997 den Prius auf den Markt – das allererste serienmäßige Hybridfahrzeug. Der Prius konnte bis zu einer Geschwindigkeit von 30 km/h rein elektrisch fahren, bei höherer Geschwindigkeit wurde dann automatisch der Benzinmotor zugeschaltet.
Was ist ein Hybridantrieb?
Der Hybridantrieb ist eine Kombination aus verschiedenen Antrieben mit unterschiedlichen Energiequellen. Dabei wird die Kombination von einem Elektromotor mit einem Verbrennungsmotor am häufigsten verwendet. Das Ziel ist es, die Vorteile der beiden unterschiedlichen Antriebsarten zu verbinden und zu nutzen. Doch Hybrid ist nicht gleich Hybrid. Welche Hybridarten gibt es eigentlich?
Paralleler Hybrid
Bei einem parallelen Hybridantrieb addiert sich die Leistung beider Motoren im Fahrzeug. Der Elektromotor und der Verbrennungsmotor wirken beide gemeinsam auf die Antriebsachsen. In den meisten Fällen fungiert der Elektromotor dabei als Unterstützung, bei manchen Fahrzeugen ist aber auch rein elektrisches Fahren möglich. Die Akkus des Elektromotors werden durch die Rückgewinnung von Bremsenergie geladen, auch Rekuperation genannt. Eine externe Aufladung der Batterien durch ein Ladekabel ist hier nicht möglich. Je nach Umfang des Hybridantriebs wird von einem Vollhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybrid gesprochen.
Abbildung 1 Technische Darstellung des parallelen Hybridsystems
Vollhybrid
Die Vollhybridtechnik vereint einen Verbrennungsmotor mit einem leistungsstarken Elektromotor. Mit dieser Hybridart ist es möglich, rein elektrisch zu fahren. Der Vollhybrid ist dabei auch gleichzeitig die technische Basis für den seriellen Hybrid.
Mildhybrid
Mildhybride sind, im Gegensatz zu Vollhybriden, technologisch wesentlich weniger aufwendig. Demzufolge bringen sie aber auch einen geringeren Verbrauchsvorteil als Vollhybride. Fahrzeuge mit einem Mildhybrid sind nicht in der Lage, rein elektrisch zu fahren. Es wird immer ein Verbrennungsmotor benötigt. Auch die Leistung und Kapazität der Batterien sind kleiner. Für gewöhnlich wird der Mildhybrid mit einem 48 Volt-Netz kombiniert. Die Hauptaufgabe des Elektromotors dient hier der Rekuperation, also der Aufnahme von überschüssiger Energie. Diese kann dann in Lastmomenten, z. B. beim Anfahren aus dem Stillstand, verwendet werden.
Mikrohybrid
Mikrohybride nutzen mehr oder weniger nur die etwas verstärkte Technik eines konventionellen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. In diesem Fall ist auch die Rekuperation stark begrenzt. Durch die nur geringfügige Unterstützung des Elektromotors, ist die Verwendung des Begriffs „Hybridantrieb“ in Frage zu stellen. Trotz dem lässt sich so der Spritverbrauch um fünf bis zehn Prozent senken.
Serieller Hybrid
Im seriellen Hybrid hat der Verbrennungsmotor, anders als bei einem parallelen Hybrid, keine mechanische Verbindung zur Antriebsachse. Da der Elektromotor für das gesamte Drehmoment des Fahrzeuges aufkommt, ist dieser auch leistungsstärker als bei einem parallelen Hybrid. Dagegen ist der Verbrennungsmotor kleiner und treibt einen Generator an, der den Elektromotor mit Strom versorgt oder die Akkus lädt.
Abbildung 2: Technische Darstellung des seriellen Hybridsystems
Plug-in-Hybrid
Der Plug-in-Hybrid ist eine Weiterentwicklung des seriellen Hybrids. Die große Besonderheit bei dieser Variante ist, dass der Akku auf drei verschiedene Arten aufgeladen werden kann: über den Verbrennungsmotor, die Rekuperation oder über eine Ladesäule oder Steckdose – daher auch der Name. Ein Plug-in-Hybrid verfügt über sehr große Akkus. So können auch Strecken von bis zu 75 Kilometern rein elektrisch gefahren werden. Die meisten Modelle schaffen durchschnittlich 50 Kilometer rein elektrische Reichweite. Der Plug-in-Hybrid besitzt jedoch noch einen geringen Marktanteil, da die Entwicklung und Herstellung der Batterien sehr teuer ist.
Abbildung 3: Technische Darstellung des Plug-In-Hybridsystems
Mischhybrid (leistungsverzweigter Hybrid)
Kommt in einem Fahrzeug sowohl der serielle als auch der parallele Hybrid zum Einsatz, wird von einem Mischhybrid oder einem leistungsverzweigten Hybrid gesprochen. Bei dieser Technik kann der Fahrer sich zwischen parallelem und seriellem Antrieb entscheiden. Dabei wählt er aus, ob der Verbrennungsmotor lediglich als Stromgenerator (serieller Hybrid) dienen, oder ob er direkt mit der Antriebsachse verbunden werden soll (paralleler Hybrid). Ein Mischhybrid zeichnet sich durch seine besondere Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Sparsamkeit aus. Jedoch sind Fahrzeuge mit einem Mischhybrid häufig teurer als andere Hybridarten.
Abbildung 4: Technische Darstellung des Mischhybridsystems
Welche Vorteile besitzt die Technologie gegenüber anderen Motorkonzepten?
Grundsätzlich versucht das Konzept des Hybridantriebs die Vorteile des Verbrennungsmotors und Elektromotors zu vereinen. Da ein Elektromotor bereits im niedrigen Drehzahlbereich einen hohen Wirkungsgrad aufweist, ist er besonders gut zum Anfahren und für niedrige Drehzahlen geeignet. Bei hohen Drehzahlen arbeitet dagegen der Verbrennungsmotor besser. In den meisten Hybridfahrzeugen wechseln sich die Motoren automatisch ab oder agieren zusammen, um so eine größtmögliche Effizienz zu gewährleisten.
Weitere Vorteile werden vor allem in Städten und der alltäglichen Nutzung erkennbar. Zum Beispiel:
- Bei Fahrten in Städten oder Ballungsräumen verbraucht ein Hybridfahrzeug bis zu 25 Prozent weniger Sprit als ein Verbrennungsmotor. Gründe dafür sind der ständige Stop-and-Go-Verkehr und die geringe Geschwindigkeit in den Städten.
- Im Gegensatz zu einem reinen Elektrofahrzeug sind Fahrer nicht auf ein Ladekabel oder eine Ladestation angewiesen.
- Der Ladevorgang für Plug-In-Hybride ist, aufgrund der kleineren Batterie, wesentlich geringer. Wie beim Elektroauto kann der Hybrid auch von zuhause aus aufgeladen werden.
- Zudem besitzt der Hybride eine höhere Reichweite und ist so langstreckentauglich wie ein Diesel.
Wann lohnt sich die Anschaffung eines Hybridfahrzeug?
Die Vorteile liegen also auf der Hand: Durch die Kombination der zwei Motoren, lässt sich Kraftstoff einsparen und der CO2-Ausstoß verringert sich. Auch im Angesicht immer strenger werdender Klimapolitik und der dadurch resultierenden Fahrverbote stehen Halter von Hybridfahrzeugen auf der sicheren Seite.
Nun betrachten wir das Ganze anhand eines Beispiels:
Als Autofahrer fahren Sie 50 Kilometer am Tag zu Ihrem Arbeitsplatz. Bei 20 Arbeitstagen pro Monat kommen insgesamt 1000 Kilometer zusammen. Werden weitere alltägliche Fahrten, Urlaubsfahrten oder ähnliches hinzugerechnet, ist die 15.000 Kilometermarke sehr schnell erreicht.
Angenommen, Sie machen diese Fahrten mit einem Mittelklassefahrzeug, so liegt der Verbrauch auf 100 Kilometer bei circa 8 Liter. Bei durchschnittlichen Benzinpreisen in Höhe von 1,50 €, müssen Sie mit 1.800 € Benzinkosten jährlich rechnen. Fahren Sie stattdessen ein Hybridfahrzeug, reduziert sich der Verbrauch auf etwa 4 Liter auf 100 Kilometer. So sparen Sie jährlich rund die Hälfte Ihrer normalen Benzinkosten.
Zudem erhalten Besitzer bis Ende 2021 beim Erwerb eines Plug-in-Neufahrzeuges, die bis zu 40.000 € kosten, eine Förderung in Höhe von 6.750 €. Bei Plug-in-Hybriden ab 40.000 € bis 65.000 € liegt die Förderung bei 5.625 €.
Ausblick
Der Hybridantrieb gewinnt immer mehr an Beliebtheit in Deutschland, da er aktuell eine optimale Alternative zum Elektrofahrzeug darstellt. Mit seiner hohen Reichweite wird der Faktor „Reichweitenangst“ komplett eliminiert. Zudem sind Hybride günstiger als Elektrofahrzeuge. Besonders der Plug-in-Hybrid wird in Zukunft immer attraktiver werden. Dafür müssen jedoch zunächst wesentliche Fortschritte bei den Akkus, insbesondere hinsichtlich der Energiedichte, Kosten und Lebensdauer erzielt werden. Betrachtet man den Markt wird deutlich, dass viele Automobilhersteller viel Zeit und Geld in die Entwicklung von Hochleistungsbatterien stecken und immer mehr neue Plug-in-Hybride auf dem Markt implementiert werden. Der höhere Wettbewerb wird dann auch den Preis drücken.
Haben Sie noch Fragen zum Thema Hybridisierung in der Automobilbranche? Dann melden Sie sich gerne persönlich bei uns. Wir beraten Sie unverbindlich!
