Elektromobilität
Von Hybrid-Fahrzeugen bis zu rein batterieelektrischen Systemen – die Palette elektrischer Antriebe für PKW ist groß.

Anfang der neun­zi­ger Jah­re habe ich mir mein erstes Elektrofahrzeug zugelegt. Schon damals hat mir die hohe Beschleunigung einen Riesenspaß gemacht. Und schon damals war der Akku die Schwachstelle.

Nach ein bis zwei Stunden Fahrfreude musste ich die Batterie für mehrere Stunden laden. Oder ich tauschte sie einfach gegen eine volle aus. Das ging bei meinem 25 Zentimeter hohen, ferngesteuerten Rennauto ganz einfach.

Immer häufiger gibt es Elektromotoren auch in Personenkraftwagen (PKW). In welcher Form diese das Fahrzeug antreiben, ist verschieden. Die Palette reicht von sogenannten Hybriden bis zu rein batterieelektrischen Systemen, wie bei meinem Rennauto aus Kindertagen. Worin die Unterschiede im Einzelnen liegen, erkläre ich Ihnen in meinem Blogbeitrag.

Hybridelektrokraftfahrzeuge

Hybridelektrokraftfahrzeuge (HEV – Hybrid Electric Vehicle) werden von mindestens einem Elektromotor und einem weiteren Energiewandler angetrieben. Dabei handelt es sich meist um einen Verbrennungsmotor. Aber auch eine Brennstoffzelle ist möglich.

Neben den Motoren sind in diesen Fahrzeugen auch Akkumulatoren verbaut, die den Strom für den elektrischen Antrieb speichern. Werden diese ausschließlich über einen im Fahrzeug verbauten Generator geladen, handelt es sich um einen autarken Hybriden. Können die Akkus vor der Fahrt auch am Stromnetz geladen werden, spricht man von Plug-in-Hybriden.

Automobilbauer setzen Hybride beispielweise ein, um die Effizienz konventioneller Antriebe zu verbessern und den Benzin- oder Dieselverbrauch zu verringern. Dabei werden HEVs nach ihrer Systemstruktur, also Bauart, unterschieden.

Einteilung nach Systemstruktur

Funktionsschema eines seriellen Hybridantriebs
Bei einem seriellen Hybridantrieb treibt nur der Elektromotor das Fahrzeug an. Quelle: Wikipedia

Hinsichtlich der Bauart unterscheidet man in Seriell-, Parallel- und Mischhybride.

Bei einem seriell angeordneten Hybridantrieb hat der zweite Energiewandler keine mechanische Verbindung zur Antriebsachse des Fahrzeugs. Der Verbrennungsmotor treibt lediglich einen Generator an, der elektrische Fahrenergie bereitstellt oder den Akku lädt. Ein Beispiel für diese Bauart ist der BMW i3 mit Range Extender.

Beim parallelen Hybridantrieb wirken sowohl der Elektro- als auch der Verbrennungsmotor direkt auf den Antriebsstrang. Die Kräfte beider Antriebe addieren sich. Dadurch können die Motoren kleiner dimensioniert und Kosten gespart werden. Ein Beispiel ist der Honda Civic Hybrid.

Funktionsschema eines parallelen Hybridantriebs
Bei einem parallelen Hybridantrieb ist der Verberennungsmotor direkt mit der Antriebsachse des Fahrzeugs verbunden. Quelle: Wikipedia

Mischhybride kombinieren die beiden zuvor genannten Antriebe. Der Wechsel zwischen den Betriebsarten erfolgt mit einer Kupplung oft variabel während der Fahrt.

Entweder stellt der Verbrennungsmotor über einen Generator elektrische Fahrenergie bereit und lädt den Akku (serieller Hybridantrieb). Oder er ist mechanisch mit den Antriebswellen verbunden und treibt das Fahrzeug direkt an (paralleler Hybridantrieb). Zu den Mischhybriden gehört unter anderem der Chevrolet Volt und der Opel Ampera.

Darüber hinaus werden Hybridfahrzeuge auch nach dem Anteil ihrer elektrischen Leistung in Mikro-, Mild- und Vollhybrid unterschieden.

Plug-in Hybrid

Anders als beim Vollhybriden kann der Plug-in Hybrid (PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle) nicht nur über den Verbrennungsmotor, sondern auch „von außen“ über das Stromnetz geladen werden.

Plug-In-Hybrid
Der Akku von Plug-In Hybriden kann über einen Stromanschluss geladen werden.

PHEV haben einen externen Ladeanaschluss und einen Akku mit mehr Kapazität. Da die notwendige Energie nicht erst durch den Verbrennungsmotor erzeugt werden muss, ist die Reichweite des Elektroantriebs deutlich höher.

PHEV mit einem sogenannten Range Extender basieren auf Fahrzeugen, die ursprünglich rein elektrisch angetrieben wurden. Um deren Reichweite zu erhöhen, haben sie einen zusätzlichen Verbrennungsmotor. Dieser kann den Ladezustand des Akkus mit Hilfe eines Generators während der Fahrt konstant halten.

Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge

Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV – Battery Electric Vehicle) fahren rein elektrisch. Sie haben keinen zusätzlichen Verbrennungsmotor. Ihr Akku wird über das Stromnetz geladen. Da die gesamte Reichweite von seiner Kapazität abhängt, haben diese Fahrzeuge wesentlich größere Batterien als Hybrid- und Plug-in-Modelle.

Die Zukunft ist elektrisch

Hybrid-Fahrzeuge sind im Kern Verbrennerfahrzeuge, die mittels Teilelektrifizierung vor allem Kraftstoffeinsparungen und das Downsizing von konventionellen Motoren ermöglichen. Damit wird der Lebenszyklus des Verbrennungsmotors künstlich verlängert. In Anbetracht strengerer Emissions-Vorgaben und nur noch geringem Steigerungspotenzials des Wirkungsgrades ist dieser jedoch stark begrenzt. Daher sind Hybrid-Fahrzeuge vor allem eine Übergangstechnologie.

E-Mobilität
Hybrid-Fahrzeuge sind lediglich eine Übergangstechnologie. Die Zukunft gehört der reinen Elektromobilität.

Plug-in-Hybride verbinden die Vorteile von Batterie- und Verbrennerfahrzeugen. Auf Kurzstrecken und im Stadtverkehr fährt das Auto mit dem elektrischen Antrieb leise, emissionsfrei und sparsam. Es deckt damit in der Regel alle Alltagsstrecken – und damit gut 80 Prozent des gesamten Mobilitätsbedarfs – ab. Der Zusatzmotor sorgt für unbeschränkte Reichweite.

Ein wesentlicher Nachteil bleibt jedoch: So lange der Elektromotor in Kombination mit einem Verbrenner eingesetzt wird, sind zwei weitgehend vollständige Antriebssysteme erforderlich. Das erhöht Herstellungskosten und Fahrzeuggewicht. PHEV mit Brennstoffzelle statt Verbrennungsmotor könnten diese Nachteile zukünftig beseitigen.

Batterieelektrische Fahrzeuge sind hinsichtlich Preis und Reichweite den Verbrennern derzeit noch unterlegen. Mit der Ausweitung von Produktionskapazitäten, insbesondere für Batterien, einer stark wachsenden Modellvielfalt und dem Ausbau von Ladeinfrastruktur werden diese Nachteile und Nutzungshemmnisse meiner Meinung nach jedoch zeitnah verschwinden und die Vorteile der emissionsfreien Mobilität überwiegen.