Die Kraft der zwei Herzen: Warum Hybridantrieben nach holprigem Start die Zukunft gehört
Wie einfach ist das doch mit dem Verbrennungsmotor. Er hat ein oder mehrere Zylinder, arbeitet mit flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen und verteilt seine Kraft über ein manuelles oder automatisches Getriebe direkt auf die Antriebsräder. Um seine Trägheit bei niedrigen Drehzahlen zu überwinden, wird er immer häufiger von einem Turbolader beatmet – aus der Sicht des Technikers ebenfalls keine Hexerei. Da ist die Welt des Hybridmotors doch wesentlich komplizierter. Stopp: Schon in dieser Formulierung steckt der erste, häufig anzutreffende Fehler: Denn einen Hybridmotor gibt es gar nicht, sondern nur Hybridantriebe, bei denen nach heutigem Stand der Automobiltechnik ein Verbrennungs- mit einem Elektromotor kombiniert wird.
Wer hofft, damit seien alle Unklarheiten beseitigt, wird schnell eines Besseren belehrt, sobald er tiefer in die Materie eindringt. Denn beide Motoren können nach höchst unterschiedlichen Prinzipien zusammenarbeiten. Entsprechend vielfältig ist das Vokabular, mit dem Techniker die verschiedenen Auslegungen bezeichnen. Sie unterscheiden zwischen einem Mild- und Voll-Hybridantrieb, sprechen von seriellen, parallelen oder leistungsverzweigten Systemen oder Plug-in-Hybriden, die ihre elektrische Reichweite mit einem Aufenthalt an der Steckdose regenerieren.
Man ahnt schon, dass es bei dieser Vielfalt unterschiedliche Auffassungen darüber gibt, welches System für welche Anforderung die beste technische Lösung darstellt. Doch grundsätzlich geht es zunächst um die Frage, auf welche Weise uns der Hybridantrieb den Zielen, weniger CO2 zu emittieren und von Erdöl-Importen unabhängiger zu werden, überhaupt näher bringen kann, also um die „basic idea behind“, um die grundlegende Idee, die dahinter steckt. Es ist ja nicht unbedingt plausibel, dass Kraftstoff dadurch einspart wird, indem man einen zusätzlichen Motor und schwere Akkus in ein Antriebssystem einbringt. Jedes zusätzliches Gramm verursacht primär zunächst einmal einen höheren Verbrauch. Entsprechend kontrovers wurde das Thema diskutiert als Toyota 1999 den ersten Prius mit Hybridantrieb vorstellte. In der ökologischen Gesamtbilanz seien Hybride eine einzige Katastrophe, befand der damalige VW-Chef Bernd Pischetsrieder. Und auch der in dieser Zeit zuständige Experte des Umweltbundesamt, Axel Friedrich, war der Auffassung, dass der Gewichtsnachteil den Verbrauchsvorteil derart minimiere, dass konventionelle Antriebe vergleichbare Fortschritte mit geringerem Aufwand erzielen könnten.
Damals ging man unter anderem davon aus, dass die reine Elektromobilität, entweder durch Fortschritte bei der Brennstoffzelle oder bei der Speicherkapazität der Akkus, schneller vorankommen könnte als sich das heute abzeichnet. Denn trotz extremer Leichtbauweise wie beim BMW i3 oder serienmäßigen Schnellladefunktionen wie beim Renault Zoé sind Elektrofahrzeuge noch weit von einem breiten Markterfolg entfernt. Gerade auch die Erfahrungen im Winter mit drastisch verringerten Reichweiten tragen nicht dazu bei, die Akzeptanz zu beschleunigen. Dies ist mit ein Grund dafür, dass Hybridfahrzeuge heute anders beurteilt werden als zu Beginn ihrer Entwicklung. Aber auch die Fortschritte, die bei dem dualen Antriebssystem selbst erzielt worden sind, werfen inzwischen ein differenzierteres Licht auf Hybride. „Plug-in“ ist in diesem Zusammenhang das entscheidende Stichwort. Hybride, die an der Steckdose aufgeladen werden und damit eine veritable Strecke rein elektrisch zurücklegen können, liegen im Trend, weil sie ein weitaus größeres Sparpotenzial haben als Hybride, die nur unterwegs die ansonsten verlorene Bremsenergie zurückgewinnen.
Dabei spielen nicht zuletzt die weltweit immer strenger gefassten Verbrauchsvorschriften eine entscheidende Rolle. Die EU verlangt ab 2020 im Flottendurchschnitt einen CO2-Ausstoß von durchschnittlich nur noch 98 Gramm pro Kilometer. Gerade hat Herbert Diess, Entwicklungsvorstand bei BMW, bekräftigt, dass dieser Wert sogar mit einem X5 erzielt werden könne, allerdings nur mit Plug-in-Hybridantrieb. BMW wolle diese Technologie künftig bei allen Modellen mit Heckantrieb verfügbar haben. Eine Voll-Elektrifizierung bei Autos für größere Distanzen sei nicht der richtige Weg, da dann die Batterie sehr schwer und sehr teuer sei, sagte er in einem Interview mit der Branchenzeitung „Automobilwoche“. Für Autohersteller sind Fahrzeuge, die einen Teil der Strecke rein elektrisch zurücklegen können auch deshalb interessant, weil sie bei der Berechnung des Normverbrauches durch ein spezielles Messverfahren eindeutig begünstigt werden. Nach EU-Vorschrift absolvieren Hybridmodelle den beste Testzyklus zweimal: einmal mit leeren und einmal mit voll geladenen Akkus. Der Verbrauch wird danach über eine komplizierte Formel ermittelt, bei der die verbrauchte elektrische Energie unberücksichtigt bleibt.
Die Werte des Porsche Panamera S E-Hybrid veranschaulichen eindrucksvoll, dass die EU-Formel keine alltagsrelevanten Ergebnisse liefert. Die Sportlimousine mit einer Systemleistung von 416 PS (306 kW) hat einen Normverbrauchswert von 3,1 Liter, was einem CO2-Ausstoß von nur 71 g/km entspricht. Obwohl dies wenig realistisch ist, zwingt das Wettbewerbsrecht Porsche und alle anderen Hersteller dazu, diesen Normwert anzugeben. Die Lücke zwischen Norm und Praxis ändert jedoch nichts daran, dass der Hybrid-Porsche ein in dieser Klasse bemerkenswert sparsames Fahrzeug ist. Bei einer sogenannten Verbrauchsrunde ermittelte eine Autozeitschrift einen Durchschnittswert von 5,7 Liter für die Limousine, die aus dem Stand in 5,5 Sekunden Tempo 100 erreicht und bis zu 36 Kilometer rein elektrisch zurücklegen kann. Wer häufig kürzere Strecken fährt und dazwischen die Lithium-Ionen-Akkus an der Steckdose auflädt, wird mit einem vollen Benzintank ziemlich lange auskommen. Vom Prinzip Is it credit check though? I don’t know if it is, beyond what I suggested. her ist der Panamera ein Parallel-Vollhybrid, weil beide Motoren – einzeln oder gemeinsam – mechanisch mit der Antriebsachse verbunden sind.
Über flexible Betriebsstrategien nutzt Porsche alle Vorteile der beiden Antriebe geschickt aus. Auf Kurzstrecken wählt der umweltbewusste Fahrer den Elektromodus, insbesondere dann, wenn es gleich nach der Tour eine Lademöglichkeit gibt. Die elektrische Energie kann aber auch konserviert werden, um sie gezielt dann abzurufen, wenn das Fahrzeug zu einem späteren Zeitpunkt der Fahrt – etwa in einem Ballungszentrum – emissionsfrei bewegt werden soll. Auch eine gezielte Aufladung der Akkus während der Fahrt ist vorgesehen. Dazu wird der Verbrennungsmotor im Teillastbereich gezielt höher belastet bis er einen besonders effizienten Betriebspunkt erreicht hat – quasi ein Nachladen ohne spürbaren Mehrverbrauch. Per Fernsteuerung mit einem Smartphone kann zudem die Klimatisierung des Panamera aktiviert werden. So lange der Porsche an der Steckdose hängt, steigt der Fahrer in ein angenehm temperiertes Auto ein, ohne dass sich dadurch die elektrische Reichweite verringert.
Auch beim Audi A3 Sportback e-tron, ebenfalls ein Parallel-Vollhybrid, der ab Spätsommer verfügbar sein wird, kann der Fahrer unterschiedliche Betriebsarten vorwählen. Zur Auswahl steht zunächst die rein elektrische Fahrt mit einer Reichweite von annähernd 50 Kilometern. Im Modus „Batterieladung erhalten“ arbeitet der Verbrennungsmotor so lange weitgehend autark bis der Fahrer sich für eine andere Gangart entscheidet. „Batterieladung verbrauchen“ entspricht dem klassischen Hybridantrieb, bei dem der E-Motor zur Entlastung (und damit zur Verbrauchsminderung) bedarfsweise zugeschaltet wird. Auch Audi ermöglicht es, in einem vierten Modus die Aufladung so zu forcieren, dass zu einem späteren Zeitpunkt der Fahrt wieder die volle elektrische Energie bereit steht.
Genau darin besteht der technische Unterschied zum Opel Ampera und dem baugleichen Chevrolet Volt, die als Elektroautos mit Range Extender (Reichweiten-Verlängerer) oder serielle Hybride bezeichnet werden. In beiden Fahrzeugen lädt der Verbrennungsmotor die Akkus nicht auf, sondern er liefert nur so viel Strom, wie der Elektroantrieb für die Weiterfahrt benötigt. Zum vollständigen Aufladen müssen Ampera und Volt immer an die Steckdose. Im Prinzip ist ihr Verbrennungsmotor nicht mit dem Antriebsstrang verbunden. Nur wenn die Spannung im Akku unter einen Schwellenwert sinkt, schließt sich eine Kupplung und leitet damit direkt Kraft auf die Antriebsräder, was in diesem speziellen Fall effizienter ist. Aufgrund Banker money is a free-credits-report.com IOU, and refluxes to annhilate on the ledger. der Reichweite von 40 bis 80 Kilometer (je nach Fahrstil und Außentemperatur) können mit beiden Fahrzeugen tägliche Routinefahrten weitgehend elektrisch absolviert werden. Gleicht man dies mit den Daten der vom Bundesverkehrsministerium in Auftrag gegeben Studie „Mobilität in Deutschland“ (MiD) ab, ist dies ein ziemlich praxisgerechter Aktionsradius. Denn die MiD-Daten besagen, dass 80 Prozent aller Pkws pro Tag weniger als 50 Kilometer fahren. Am Wochenende sind die Strecken sogar noch kürzer: Nur 14 Prozent aller Autofahrer nutzen den Samstag für längere Fahrten, am Sonntag sind es sogar nur zehn Prozent.
Plug-in-Hybride können diesen Bedarf in idealer Weise abdecken: Sie fahren die Routine-Strecken rein elektrisch und bleiben mobil, wenn die Anforderungen einmal anspruchsvoller sind und reine Elektroautos stehen bleiben. Werden sie jeweils in den Nachtstunden aufgeladen, dürfte ihr Aufenthalt an einer konventionellen Tankstelle ein eher seltenes Ereignis sein. Ihr Nachteil: Noch sind die Anschaffungskosten hoch. Deshalb wird es auch Hybridfahrzeuge geben, die nicht an die Steckdose können aber dafür günstiger sind. Der klassische Toyota Prius beispielsweise, der mit seinem leistungsverzweigten Hybridsystem sparsam fährt, aber in punkto Fahrdynamik und Akustik nicht alle Wünsche erfüllen kann.
Neben der gängigen Kombination Elektro-/Benzinmotor sind bereits andere Technologien am Start. Citroen, Mercedes, Peugeot und Volvo kombinieren Dieselmotoren mit einem E-Antrieb. Eine nicht unumstrittene Lösung, weil die Selbstzünder teurer und schwerer sind und ihre Einbindung in das System komplexere Anforderungen an die Regeltechnik stellt. Audi hat bereits mit einem Wankelmotor experimentiert, das Projekt aber vorläufig wieder auf Eis gelegt. Der Charme des Kreiskolbenmotors im Hybridsystem wäre sein geringer Raumbedarf und sein vibrationsfreier Lauf, der ein Antriebssystem mit hohem akustischen Komfort garantieren würde. Als sicher gilt, dass der Verbrennungsmotor als Teil eines Hybridantriebs auf den technischen Prüfstand kommt. Denn bislang sind ausschließlich Aggregate im Einsatz, die eigentlich als vollwertige Antriebseinheiten entwickelt worden sind. Für ihren Einsatz im Hybridsystem wurden sie lediglich angepasst. Will man dieses System weiter optimieren, werden eigens entwickelte Motoren notwendig sein, die speziell in Kombination mit einem Elektroantrieb ihr Bestes geben. Vielleicht eine komplett neue Generation mit zwei Zylindern, Turbinen oder Aggregate, die mit regenerativ erzeugtem Erdgas betrieben werden können? Möglicherweise wird schon die nächste Entwicklungsstufe zeigen, ob Hybridantriebe eine Brückentechnologie bleiben oder sich als langfristige Alternative zur reinen Elektromobilität etablieren.
Glossar
Mikrohybrid: Technisch betrachtet kein wirklicher Hybrid. Durch gezielte Rückgewinnung der Bremsenergie wird die Bordbatterie geladen. Dadurch kann der Generator in Beschleunigungsphasen abgeschaltet werden, was den Verbrennungsmotor entlastet. Ein Start-Stopp-System gehört auch dazu.
Mild-Hybrid:Der Elektromotor kann das Fahrzeug nicht alleine bewegen. Er unterstützt lediglich den Verbrennungsmotor zum Beispiel in Beschleunigungsphasen
Voll-Hybrid: Der Elektromotor ist stark genug, um das Fahrzeug auch alleine zu bewegen. Wie weit das Fahrzeug rein elektrisch fahren kann, spielt dabei keine Rolle
Serieller Hybrid: Der Elektromotor ist direkt mit der Antriebsachse verbunden und bewegt das Fahrzeug alleine. Der Verbrennungsmotor dient lediglich als Stromlieferant
Paralleler Hybrid: Beide Motoren sind mit der Antriebsachse verbunden und unterstützen sich gegenseitig. Dabei sind jederzeit Fahrsituationen möglich, in denen nur ein Antrieb aktiv ist
Misch- oder leistungsverzweigter Hybrid: Eine Kombination aus serieller und paralleler Betriebsart. Der Verbrennungsmotor kann je nach Bedarf die Räder antreiben und gleichzeitig über den Generator Strom liefern und damit den Elektroantrieb versorgen. Das System entscheidet sich jeweils für die effizienteste Regelung
Plug-in-Hybrid: Während beim konventionellen Hybrid die elektrische Energie aus dem Verbrennungsmotor kommt oder beim Bremsen generiert wird, können die Akkus beim Plug-in-Hybrid an der Steckdose aufgeladen werden, was natürlich mehr elektrische Reichweite bedeutet
Range Extender: Ein Verbrennungsmotor, der in der Regel nicht direkt die Räder antreibt, sondern als eine Art „Notstromaggregat“ aktiv wird, wenn die Akkus leer sind
Hans-Joachim Rehg