Serielle Hybride: Unterschätzte Zwischenlösung oder längst überholt?

Die reine E-Mobilität kommt nicht so schnell voran, wie es Klimaziele und Luftreinhaltepläne erfordern. Doch viele Fahrzeughersteller stellen derweil eine vergleichsweise simple Technologie auf die Räder, die für eine Zukunft ohne fossile Kraftstoffe Erkenntnisse liefern kann.

Artikel von Mattias Schlenker veröffentlicht am 9. September 2019, 12:00 Uhr

Reine E-Mobilität kommt noch zu langsam voran. (Bild: Pixabay)

Deutschland ist weit davon entfernt, seine selbstgesteckten Klimaziele zu erreichen, und in vielen Städten könnte es für Verbrenner aufgrund erhöhter Stickoxid- und Feinstaubwerte Fahrverbote geben. Das Angebot reiner Elektrofahrzeuge deckt jedoch nicht jeden Einsatzzweck ab - mitunter fehlt die Flexibilität oder der Preis ist zu hoch. Vor diesem Hintergrund erleben Hybridfahrzeuge ein Comeback, trotz vermeintlicher technischer Nachteile.

Was ist ein Hybrid?

Hybridfahrzeuge sind Kraftfahrzeuge, die einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor und einem (nicht unbedingt großen) Energiespeicher kombinieren. Der Speicher ist in der Regel ein Akku, es können aber auch Kondensatoren, ein Schwungrad (Formel 1) oder ein Druckspeicher sein.

Der Hybrid hat zwei primäre Ziele. Da ist zunächst die Lastpunktverschiebung des Verbrenners: Der Verbrennungsmotor soll möglichst häufig im Bereich des optimalen Wirkungsgrades arbeiten. Wird mehr Leistung angefordert, wird der Energiespeicher geleert, umgekehrt kann er geladen werden, wenn weniger Leistung angefordert wird.

Das zweite Ziel ist die Energierückgewinnung beim Bremsen: Bei normalen Kraftfahrzeugen wandeln Reibbeläge Bewegungsenergie in Wärme um. Kann ein Elektromotor im Schubbetrieb stattdessen aus Bewegung elektrische Energie erzeugen, die gespeichert wird, ist diese nicht verloren. Dementsprechend fallen bei klassischen Hybriden die Traktionsbatterien eher klein aus, der Toyota Prius beispielsweise ist auf zwei bis drei Kilometer rein elektrisches Fahren ausgelegt.

Es gibt drei Hybridtypen

Bei der Klassifizierung von Hybridfahrzeugen unterscheidet man drei Typen. Relativ wenig Unterschied zum klassischen Verbrennungsantrieb haben parallele Hybride, so beispielsweise die "Through the road"-Hybride von Volvo oder PSA. Die Vorderachse verwendet einen konventionellen Verbrennerantrieb, und an der Hinterachse befinden sich ein oder zwei E-Motoren, die je nach gewünschtem Lastpunkt mal als Generatoren Schleppmoment erzeugen, mal als zusätzliche Antriebsmotoren dienen. Eine andere Form des Parallelhybrids ist eine aufs Getriebe wirkende E-Maschine, die wahlweise als Elektromotor oder Generator arbeitet, so in Hondas Insight oder CR-Z.

Beim leistungsverzweigten Hybrid wird ein Teil der Motorleistung des Verbrenners direkt an die Räder übertragen, ein Teil in elektrische Energie umgewandelt, allerdings wiederum mit der Möglichkeit, teilweise in der Traktionsbatterie zu speichern und teilweiseüber einen Elektromotor die Räder anzutreiben. Toyotas Hybrid Synergy Drive nutzt beispielsweise ein oder zwei Planetengetriebe, welche zwei E-Maschinen (in wechselnden Kombinationen als Motor und Generator) und den Verbrenner sehr effizient miteinander kombinieren. Hier sollen auch E-Maschinen in Drehzahlbereichen laufen, die den besten Wirkungsgrad ermöglichen. Toyotas PSD (Power Split Device) ist mechanisch extrem simpel aufgebaut, die Kunst besteht hier in der Feinabstimmung bei der Dimensionierung und Programmierung.

Beim seriellen Hybrid besteht keine mechanische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsachse. Stattdessen treibt der Verbrennungsmotor einen Generator, und dieser wiederum stellt elektrische Energie für einen Elektromotor als Fahrmotor bereit. Ohne Zwischenspeicher hätten wir hier das dieselelektrische Prinzip von Lokomotiven oder Minenkippern. Erst mit zusätzlichem elektrischen Speicher erhalten wir die Möglichkeiten von Lastpunktverschiebung und Rekuperation: Die meisten Minenkipper bremsen übrigens über die Radmotoren, doch statt zu speichern, wandeln Bremswiderstände elektrische Energie in Wärme um.

Natürlich sind Mischformen denkbar und werden auch umgesetzt, die wahrscheinlich flexibelste ist Chevrolets Volt (in Deutschland eine Zeit lang als Opel Ampera verkauft), der die meiste Zeit als Elektrofahrzeug und serieller Hybrid unterwegs ist, jedoch dank dreier Kupplungen rund ums Planetenradgetriebe auch als paralleler Hybrid fahren kann. Die Hardware ließe sogar einen leistungsverzweigten Betrieb zu, hier ist jedoch nach wie vor unklar, ob GMs Ingenieure diese Möglichkeit angesichts der seinerzeit nicht klaren Patentsituation softwareseitig umgesetzt haben.