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Alternative Antriebe

Hybridantrieb

Foto: Foto: Opel 14 Bilder

Als Hybridantrieb wird die Kombination aus zwei verschiedenen Antrieben bezeichnet. Dabei wird in der Regel ein Verbrennungsmotor mit einem E-Motor kombiniert. Als Verbrennungsaggregate kommen meist Benziner oder Dieselmotoren zum Einsatz.

09.01.2008

Eine Batterie dient als Energiespeicher für den Elektromotor. Eine Sonderstellung nehmen sogenannte Mild-Hybrid-Antriebe ein. Hier unterstützt der E-Motor lediglich den Verbrennungsmotor in gewissen Fahrzuständen, ein rein elektrischer Fahrbetrieb ist hier nicht vorgesehen. Als Plug-in-Hybrid bezeichnet man eine Antriebkonfiguration, die ein Nachladen der Batterie am konventionellen Stromnetz zulässt.

Toyota Prius 7:46 Min.

Unterschiedliche Konfigurationen

Die einzelnen Antriebe können dabei in unterschiedlichen Konfigurationen zusammenarbeiten. Bei paralleler Anordnung treiben beide Motoren die Räder an. Werden die Aggregate in Serie geschaltet, so treibt nur ein Antrieb unmittelbar die Räder an. Der zweite Motor stellt Energie bereit, die der Batterie zugeführt und von dort aus dem E-Motor zur Verfügung gestellt wird. Mit einer Parallel-Anordnung agiert beispielsweise der Toyota Prius. Der kommende Chevrolet Volt setzt dagegen auf eine serielle Triebwerksanordnung.

Toyota gebührt die Ehre, den Hybrid-Antrieb nicht nur großserienreif, sondern auch salonfähig gemacht zu haben. Kein anderes Unternehmen, nicht einmal Audi, wo der moderne Hybrid Ende der achtziger Jahre erdacht wurde, hat das Potenzial dieses Systems so frühzeitig erkannt. Sinn und Zweck des Hybrids ist das sparsame Fahren, vor allem in der Stadt. Dazu setzt das System auf die Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor. Allerdings machen die zusätzlichen Komponenten, zu denen auch umfangreiche Steuergeräte und ein Speicherakku gehören, das Auto erst einmal schwerer und teurer. Wobei der Aufbau keineswegs standardisiert ist und viele verschiedene Hybrid-Spielarten ermöglicht.

Two-Mode-Hybrid
 
Um den Entwicklungsvorsprung von Toyota einzuholen, haben sich zum Beispiel General Motors, Daimler-Chrysler und BMW zusammengetan: Das Global Hybrid Development Center in Troy (Michigan, USA) entwickelte ein so genanntes Two-Mode-Hybrid-System, das noch mehr Sparpotenzial als die Toyota-Lösung offerieren soll.

Anders als beim Prius gibt es hier zwei Betriebsarten, die durch die Verwendung eines zusätzlichen Planetengetriebes ermöglicht werden. Durch diese Übersetzung können die Elektromotoren kleiner dimensioniert werden, was die elektrischen Verluste reduziert. Die erste Betriebsart ist beim Anfahren und bei niedrigen Geschwindigkeiten aktiv. Bei höherem Tempo wird automatisch in die zweiten Stufe gewechselt. Allerdings soll dies für den Fahrer unmerklich erfolgen, da sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors nicht ändert. Insgesamt drei Planetenradsätze und zwei Kupplungen sorgen dafür, dass sowohl der Verbrennungs- als auch die beiden Elektromotoren stets in einem möglichst effizienten Betriebsbereich mit geringen Verlusten arbeiten.
 
Bei Bedarf kann die Antriebskraft des Motors durch die Elektromotoren unterstützt werden. Drei Varianten sind in Arbeit: je eine für SUV sowie leichte Nutzfahrzeuge, für heckgetriebene Limousinen und für frontgetriebene Kompaktwagen mit Quermotor. Zum ersten Mal in Serie eingesetzt wurde das Two-Mode-System Ende 2007 in den US-Geländewagen Chevrolet Tahoe und GMC Yukon.

BMW nutzt Mikrohybrid-Technik

Mikrohybride sollen drei bis fünf Prozent Kraftstoff sparen, Vollhybride versprechen dagegen bis zu 30 Prozent. Die Grundfunktionen sind dabei stets ähnlich. Schließlich geht es darum, dass die E-Maschine den Verbrennungsmotor entlastet, was dazu führt, dass er häufig in seinem optimalen und damit sparsamsten Drehzahlbereich laufen kann. Beim Mikrohybrid fällt diese Unterstützung sehr moderat aus und beschränkt sich im Wesentlichen auf die Start-Stopp-Funktion und die Möglichkeit, Bremsenergie dem Akku zuzuführen, statt sie in Wärme umzusetzen. BMW nutzt diese Technik in den Efficient-Dynamics-Modellen.

Mildhybrid für große Limousinen

Mildhybride unterstützen den Verbrennungsmotor beim Beschleunigen oder Anfahren. Schwere Autos können so mit einem relativ kleinen, sparsameren Verbrennungsmotor ausgerüstet werden, ohne dass im entscheidenden Moment Leistung und Drehmoment fehlen, beispielsweise im BMW 7er Hybrid oder im Mercedes S 400 Hybrid.

Vollhybrid-Modelle noch ausbaufähig

Der Vollhybrid gilt als die Königsdisziplin. Er ist zwar technisch sehr komplex und damit teuer, spart aber am meisten und erlaubt das rein elektrische Fahren. Das kann der Toyota Prius schon heute, allerdings ist er im E-Modus auf 49 km/h beschränkt und schafft nur wenige Kilometer. Elektrische Leistungen bis deutlich über 150 kW sollen vor allem bei schweren SUV und Luxuslimousinen Sprit sparen helfen, besonders auf Märkten, wo der Diesel keine Rolle spielt.

Plug-in-Hybride, deren Akkus nicht nur durch die autoeigenen Systeme, sondern am normalen Stromnetz aufgeladen werden, versprechen dagegen Reichweiten von 40 bis 60 Kilometer. Die Emissionen werden auf die Kraftwerke verlagert, die Strom jedoch mit besserem Wirkungsgrad erzeugen als Hybridsysteme. Noch kann man sie leider nicht kaufen. Ein Toyota Prius-Großversuch läuft; die Markteinführung der Plug-in-Serienversion mit Lithium-Ionen-Batterie soll aber frühestens 2012 erfolgen. Mit dem F3DM hat der chinesische Hersteller Byd (Build your dreams) nach eigenen Angaben bereits schon 2009 ein serienreifes Plug-In-Hybridauto im Portfolio.

AntriebskonzeptVorteileNachteileModellbeispiele
MikrohybridErste Stufe der Hybridisierung. Aufwand, Mehrgewicht und Kosten halten sich im Rahmen.Geringe Kraftstoffersparnis im Vergleich zu anderen alternativen Antriebskonzepten.BMW Efficient-Dynamics, Smart Fortwo mhd
Mild-HybridGutes Verhältnis von Aufwand und Nutzen; bis auf elektrisches Fahren sämtliche Hybridfunktionen realisierbar; spürbare Verbrauchssenkung; verbesserte Fahrleistungen.Derzeit noch vergleichsweise teuer; Batterien, Elektromotor und Leistungselektronik benötigen Platz; zusätzliches Gewicht.Mercedes S 400 Hybrid, BMW 7er Hybrid
Voll-HybridSehr gute Fahrleistung; hohes Sparpotenzial gegenüber gleich starken Benzinern vor allem in der Stadt; lokal abgasfreies Fahren möglich.Hoher technischer und finanzieller Aufwand; Einsparungen gegenüber Diesel vor allem auf langen Strecken nur gering; zusätzliches Gewicht.Lexus LS 600h, BMW X6 Hybrid, Mercedes ML 450 Hybrid
Plug-In-HybridBei bestehendem Hybridsystem nur überschaubarer Zusatzaufwand; hohe konventionelle Reichweite; umgeht Fahrverbote in Innenstädten und City-Maut.Noch keine Lade-Infrastruktur vorhanden; elektrische Reichweite geringer als bei reinen Elektro-Autos, zusätzliches Batteriegewicht.Toyota Prius-Großversuch läuft; Markteinführung 2012.
Two-Mode-HybridHöheres Einsparpotenzial als Prius-Lösung, bei Bedarf kann die Antriebskraft des Motors durch die Elektromotoren unterstützt werden.Dieselben Nachteile wie beim Voll-Hybrid.Chevrolet Tahoe, GMC Yukon / Sierra, Cadillac Escalade
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