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Der Mercedes-Benz GLC F-Cell kombiniert Brennstoffzellen- Technologie mit dem Plugin- Hybridantrieb. Quelle: Daimler AG

Hybrid ist nicht gleich Hybrid

Wer sich mit dem Thema alternative Antriebe beschäftigt, der wird das eine oder andere Mal über den Begriff Hybrid gestolpert sein. Doch was ist eigentlich ein Hybrid und welche Formen gibt es? Diesen Fragestellungen geht Flottenmanagement auf den Grund.

Laut Duden versteht man unter einem Hybrid eine Mischung beziehungsweise ein Gebilde aus zwei oder mehreren Komponenten. Überträgt man diese Bedeutung auf den technischen Bereich, wird als Hybrid ein System bezeichnet, bei welchem zwei Technologien miteinander kombiniert werden. Die vorangestellte Bezeichnung „Hybrid-“ soll dabei betonen, dass es sich um ein Ganzes handelt, das aus unterschiedlichen Arten oder Prozessen zusammengesetzt ist. Die Besonderheit liegt darin, dass die zusammengebrachten Elemente für sich schon Lösungen darstellen, durch das Zusammenbringen aber neue erwünschte Eigenschaften entstehen können. So kann man beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeuge viele unterschiedliche Hybride ausmachen: Zum Beispiel Strukturbauteile aus einer Kombination von Kunststoff und Metall, Stahl als Werkstoff im Allgemeinen, hybride Antriebssysteme und letztendlich auch der Kraftstoff, bei dem unterschiedliche Additive zugesetzt werden, um die Eigenschaften des Mineralöls zu verändern beziehungsweise zu ergänzen.

Doch zurück zu den Antrieben ... Unter hybriden Antriebssystemen versteht man grundsätzlich eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen und getrennten Energiespeicher- beziehungsweise Antriebssystemen. Fälschlicherweise werden oftmals auch Kombinationen von zwei Speichersystemen, die auf das gleiche Antriebssystem wirken, als Hybrid bezeichnet. So ist beispielsweise der BMW i3, der bis Oktober letzten Jahres noch in der Ausführung mit Range Extender auf dem deutschen Markt erhältlich war, im eigentlichen Sinn kein Hybridfahrzeug, da er zwar seine Energie aus zwei Treibstoffen generiert, aber der 38-PS-starke Zweizylinder-Ottomotor lediglich genutzt wird, um über einen Generator elektrische Leistung zu erzeugen. Der Verbrenner selbst treibt hierbei keine Achse an. Diese Variante wird gleichermaßen auch als serieller Hybrid bezeichnet. Im Gegensatz zum BMW i3 verfügt der bis 2016 produzierte Opel Ampera zwar auch über den Zusatz „Range Extender“, aber hier treibt ein Verbrennungsmotor zum einen eine 54-kW-Generator- Einheit an, die genutzt werden kann, um die Batterie zu laden beziehungsweise elektrischen Fahrstrom zu generieren, und zum anderen kann der Ottomotor im „parallel Modus“ auch direkt mit den Antriebsstrang gekoppelt werden.

Teilt man die Hybride hinsichtlich ihrer Systemstruktur auf, gibt es neben dem zuvor beschriebenen seriellen Hybrid noch den parallelen Hybrid und den Mischhybrid. Ein Beispiel für den Letztgenannten ist der Opel Ampera, denn er beherrscht sowohl den seriellen als auch den parallelen Betrieb des Verbrennungsmotors. Je nach Betriebsart und Fahrzustand kann entweder der Verbrennungsmotor mit dem Generator nur den elektrischen Energiespeicher laden und den Elektromotor antreiben (serieller Hybridantrieb) oder mechanisch mit den Antriebswellen gekoppelt sein (paralleler Hybridantrieb). In dieser Mischform kann auch ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors mechanisch, ein weiterer Teil über die als elektrisches Getriebe arbeitende Motor-Generator-Kombination auf die Räder übertragen werden. Diese spezielle Systemstruktur wird auch als leistungsverzweigter Hybridantrieb bezeichnet und findet sich beispielsweise im Toyota Prius wieder. Anfangs wurde auch das Logo der eingetragenen Marke Hybrid Synergy Drive als Erkennungszeichen dieser Technologie genutzt.

Als letzte Systemstruktur ist der parallele Hybrid zu nennen. Hier kann anders als beim seriellen Hybridantrieb ein Betriebszustand eingeschaltet werden, bei dem Elektromotor und Verbrennungsmotor zugleich auf den Antriebsstrang wirken, was die Drehmomente der einzelnen Antriebe addiert. Gleichzeitig ermöglicht dies eine schwächere Auslegung aller Motoren, was Kosten, Gewicht, aber auch den Bauraum spart. Ein rein elektrischer Fahrbetrieb ist möglich, hierfür muss jedoch der Elektromotor dementsprechend ausgelegt werden. Daneben zeichnet sich der parallele Hybrid dadurch aus, dass in jedem Fall ein Getriebe am Verbrennungsmotor notwendig ist, was Gewichtsund Kostenvorteile teilweise wieder aufhebt.

Neben der Einteilung der Hybridsysteme hinsichtlich der Systemstruktur ist auch eine Klassifizierung nach dem Anteil der elektrischen Leistung möglich. Wie zuvor bereits angedeutet, wird ein Hybridfahrzeug grundsätzlich durch das Vorhandensein zweier unterschiedlicher für den Fahrzeugantrieb eingesetzter Energiewandler gekennzeichnet. Neben dem seriellen Hybrid erfüllt auch die kleinste Form der Integration eines elektrischen Antriebs – der Mikrohybrid – diese Anforderung nicht. Mikrohybridfahrzeuge verfügen im Wesentlichen über eine Start-Stopp-Automatik und ein System zur Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation), welches zum Laden der Starterbatterie genutzt wird. Der Elektromotor wird hierbei als Startergenerator eingesetzt und ist damit eher als Alternative zu einer konventionellen Lichtmaschine zu sehen.

Im Falle eines Mildhybrids wird der Elektroantriebsteil als Unterstützung des Verbrennungsmotors genutzt und erhöht damit dessen Leistung. Im Gegensatz zum Mikrohybrid wird beim Anfahren auch der Elektromotor eingesetzt. Jedoch können auch beim Mildhybrid keine großen Distanzen rein elektrisch zurückgelegt werden. Der Begriff des Mildhybrids erfuhr in den letzten Monaten durch die Einführung der 48-Volt-Batteriesysteme große Aufmerksamkeit: So setzt beispielsweise Ford bei der Elektrifizierung der Modellpalette auch auf diese Technologie. Beim Focus und Fiesta mHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle), welche ab 2020 erhältlich sind, sitzt an der Stelle der konventionellen Lichtmaschine ein Riemenstarter-Generator, der in der Lage ist, kinetische Energie zu rekuperieren. Diese entsteht beim Bremsen oder Rollen und wird – in Elektrizität umgewandelt – einer Lithium-Ionen-Batterie mit 48-Volt-Spannung zugeführt. Diese wird dann von den elektrischen Verbrauchern an Bord genutzt, um den Motor zu entlasten. Daneben kann die gespeicherte Energie auch genutzt werden, um dem Fahrzeug beim beherzten Tritt auf das Gaspedal mehr Vortrieb zu verleihen.

Als dritte und letzte Stufe bei der Einteilung nach dem Anteil der elektrischen Leistung ist der Vollhybrid zu nennen. Im Gegensatz zu den beiden vorher genannten Stufen ist es möglich, größere Distanzen rein elektrisch zurückzulegen. Gleichermaßen verfügen Vollhybridfahrzeuge in den meisten Fällen über eine Boost-Funktion, bei der alle Motoren gleichzeitig das Auto antreiben. Eine Variante des Vollhybrids ist der Plug-in-Hybrid, wobei dieser um eine externe Lademöglichkeit erweitert wird. Die Hybridbatterie wird dabei per Steckdose geladen („plug in“ also „einstecken“) und hat eine größere Kapazität, sodass mit dem Fahrzeug auch längere Strecken rein elektrisch zurückgelegt werden können. Eine Sonderstellung hat hier der Mercedes- Benz GLC F-Cell, bei dem die Kombination von Elektromotor und Batterie im Gegensatz zu den herkömmlichen Plug-in-Hybriden nicht einen Verbrenner unterstützt, sondern einen Brennstoffzellenantrieb.

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