Was ist ein Vollhybrid Fahrzeug?

Als Voll-Hybrid werden jene Fahrzeuge bezeichnet, deren Elektromotor selbstständig und nennenswert einen Beitrag zum Fahren leistet, also auch rein elektrische Strecken ab mindestens 30 km ermöglicht. Das erste dieser Autos war ab 1997 der Toyota Prius. Es gab zwar schon vorher Modelle und vereinzelte Kleinserien, doch der Prius ging in Großserie und ist bis heute ein großer wirtschaftlicher Erfolg. Bei den Voll-Hybriden sind zwei grundsätzliche Konstruktionsprinzipien zu unterscheiden: der serielle und der parallele Hybrid.

Was ist ein Vollhybrid?

Parallel-Hybrid

Beim Parallel-Hybrid arbeiten der Verbrennungs- und der Elektromotor parallel, sie sind in Reihe geschaltet. Es lassen sich zwar bei vielen Fahrzeugen mit einem Parallel-Hybrid – so beispielsweise beim Porsche Cayenne – beide Motoren durch eine Kupplung trennen, damit der Stromer beim rein elektrischen Fahren nicht den Verbrennungsmotor im Leerlauf mitschleppt. Doch bei einem leeren Akku oder beim Beschleunigen schließt die Kupplung. Der Verbrennungsmotor treibt dann die Räder direkt an. Diese Variante ist bislang bei Voll-Hybriden am häufigsten anzutreffen.

Serieller Hybrid

Bei diesem Konzept sind der Verbrennungs- und der Elektromotor nicht mechanisch miteinander verbunden. Den Antrieb übernimmt allein die E-Maschine. Der Verbrenner arbeitet nur gelegentlich in seinem optimalen Betriebsbereich. Dabei erzeugt er neben dem Antrieb auch über den Generator Strom. Die Akkus werden dabei für die Weiterfahrt geladen. So ein serieller Hybrid erhöht beträchtlich die rein elektrische Reichweite, weshalb sich dafür die Bezeichnung „Range Extender“ eingebürgert hat. Im Prinzip existiert ein Mini-Elektrizitätskraftwerk im Auto. Dieses kann auf verschiedene Weise konstruiert sein. Beim Chevrolet Volt liefert ein kleiner Ottomotor die nötige Verbrennungsenergie, beim A1 E-Tron ist es ein Wankelmotor, beim BMW X5 – einem Modell der Fachhochschule Landshut – setzt man auf einen Dieselmotor.

Eine Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff arbeitet, liefert im Chevrolet Equinox als bordeigenes E-Werk ebenfalls während der Fahrt elektrischen Strom – es entsteht ein serieller Hybrid. Noch unkonventioneller ist nur die Variante eines Range-Extenders, in den eine kleine Gasturbine verbaut wurde. Sie ist nur wenig größer als eine Sektflasche und liefert doch unter anderem (in diesem Fall in Form zweier Mini-Jets) im Jaguar C-X75 genügend Strom, um dieser Sportwagenstudie die gewünschte sportliche Beschleunigung zu verleihen. Fachleute verweisen indes darauf, dass serielle Hybride fließende Grenzen zu anderen Konzepten haben. Das zeigt unter anderem die Diskussion zum Chevrolet Volt: In bestimmten Fahrsituationen treibt doch der Benziner direkt die Räder an. Daher ist das Fahrzeug bei rein puristischer Betrachtung nicht mehr in die Klasse der seriellen Hybridfahrzeuge einzuordnen.

Diesel-Hybrid

Der Diesel-Hybrid ist ein Voll-Hybrid, nur ist der Verbrennungsmotor ein Dieselaggregat. Das bringt einen entscheidenden Vorteil mit sich: Dieselmotoren sind als Selbstzünder effizienter als Ottomotoren. Es entsteht daher ein deutlich größerer Spareffekt. Peugeot wandte das Konzept erstmals 2011 beim 3008 Hybrid4 an. Die Entwickler beziffern den Verbrauchsvorteil auf immerhin rund 30 %. Diesem Vorteil stehen die beiden Nachteile des teureren Dieselmotors und der aufwendigeren Abgasreinigung gegenüber. Hinzu kommen die Kosten für den Elektromotor und den Akku. Daher sind Diesel-Hybride die teuerste Hybrid-Kombination. Inzwischen steht die Öffentlichkeit durch den Dieselskandal der Dieselantriebstechnologie ohnehin sehr skeptisch gegenüber, sodass fraglich ist, ob diese Variante noch eine Zukunft hat. In Regionen wie den USA, China und Japan – also sehr wichtigen Absatzmärkten für die weltweit kalkulierenden Hersteller – begegnete man Dieselfahrzeugen schon immer höchst reserviert.

Plug-In-Hybrid

Der Plug-In-Hybrid ist wiederum Voll-Hybrid, der den entscheidenden Unterschied zu Micro- und Mild-Hybriden aufweist, dass sich der Akku an der Steckdose aufladen lässt. Bei sehr vielen Ladevorgängen wäre rein elektrisches Fahren wie bei einem Elektroauto möglich. Die Rekuperation und die Start-Stopp-Automatik kommen natürlich trotzdem zum Einsatz. Der Plug-in-Hybrid leitet sich vom Einstecken des Stromsteckers in die Steckdose (englisch plug-in) ab. Dennoch wird der Akkumulator auch immer während der Fahrt über den Verbrennungsmotor geladen.

Er ist in der Regel deutlich größer als bei den anderen Hybriden. Im Prinzip ist der Plug-in-Hybrid eine echte Mischform (also ein Hybrid) zwischen dem Auto mit Verbrennungsmotor und dem Elektroauto. Für die Plug-in-Hybride gilt die Abkürzung PHEV, die auch bei der steuerlichen Betrachtung oft genannt wird. Sie bedeutet plug-in hybrid electric vehicle. Durch die größere Kapazität des Akkus können Plug-in-Hybride rein elektrisch deutlich weiter fahren als die anderen Varianten. Anfang 2020 nennen die Hersteller rein elektrische Reichweiten zwischen 30 und 100 Kilometer.

Entwicklungslinien zum PHEV

Die Entwicklung der Plug-in-Hybride begann vergleichsweise spät. Micro- und Mild-Hybride waren zuerst da. Es gab zum PHEV grundsätzlich zwei Entwicklungslinien. Sie ergaben sich durch die Weiterentwicklung von zwei unterschiedlichen Antriebskonzepten. Das eine war der Mild- oder Micro-Hybrid, das andere der rein elektrische Antrieb. Gut lässt sich diese Entwicklung am Toyota Prius darstellen. Es ist ein Voll-Hybrid, weil er in bestimmten Fahrzuständen rein elektrisch fährt. Hierfür muss er betriebswarm sein, auch soll wegen einer geringen Geschwindigkeit (zum Beispiel im Stadtverkehr) nur ein geringer Leistungsbedarf herrschen. Doch die Batterie musste bei den ersten Prius-Modellen per Rekuperation zunächst geladen werden.

Erst später wurde der Prius auch als Plug-in-Hybrid angeboten, nachdem es so leistungsfähige Akkus gab, dass sich das Aufladen in vertretbarer Zeit an einer Steckdose lohnte und es auch die nötigen Kraftsteckdosen für schnelle Ladevorgänge gab. Die Batterie- und Ladetechnologien entwickelten die Hersteller von Elektroautos, sie kamen dann auch in den Plug-in-Hybriden zum Einsatz. Nun erst erreichte der Prius wie andere Plug-in-Hybride nennenswerte rein elektrische Reichweiten. Eine ganz andere Motivation führte zur Entwicklung der PHEV mit Range Extender. Es sollte auf der Basis von reinen Elektrofahrzeugen die Möglichkeit entstehen, die Fahrt nach dem Verbrauch der elektrischen Energie im Akku fortzusetzen. Außerdem sollte die Batterie während der Fahrt aufgeladen werden, wie das bei allen Micro- und Mild-Hybriden der Fall ist. Auf diese Weise entstanden nun unterschiedliche technologische Lösungen.

Beim BMW i3 etwa kann ein optionaler Zweizylindermotor die Batterie zwar aufladen, jedoch nicht selbst das Fahrzeug antreiben. Im Opel Ampera ist der Verbrennungsmotor vorrangig ein Stromerzeuger bei niedrigem Ladezustand der Batterie. Doch der zweite E-Motor und der Verbrennungsmotor können gemeinsam bei entsprechendem Bedarf wie dem an einer höheren Geschwindigkeit und Beschleunigung auch das Fahrzeug jeweils mechanisch antreiben. Hierfür kuppelt sie der Voltec-Antrieb mit einem Planetengetriebe gemeinsam in den Antriebsstrang ein. Es gibt also einen Unterschied bei den Konzepten hinsichtlich der primären und sekundären Energiezufuhr.

Vorteile der Plug-in-Hybride

Plug-in-Hybride verbinden die Vorteile von Elektroautos und Verbrennerfahrzeugen miteinander. Auf der Kurzstrecke und in Umweltzonen fährt das Auto rein elektrisch und damit leise, emissionsfrei und sparsam. Auf der Langstrecke und bei leerer Batterie springt der Verbrennungsmotor ein. Die Reichweite erhöht sich beträchtlich. Allerdings sind solche Antriebe komplex und damit teuer. Plug-in-Hybride kosten mehr als Micro- und Mild-Hybride. Die Integration von zwei weitgehend vollständigen Antriebssystemen erhöht außerdem deutlich das Fahrzeuggewicht. Bei einem Range Extender lässt sich auf Dauer keine sehr hohe Geschwindigkeit erzielen. Gelungene Plug-in-Hybride sind beispielsweise der moderne Toyota Prius, der Mitsubishi Outlander als Plug-in-Hybrid, der 2012 in Paris auf dem Autosalon als erster Allrad-SUV mit dieser Technologie vorgestellt wurde, und der als weltweit erster Van dieser Bauart präsentierte Chrysler Pacifica Hybrid. Inzwischen gibt es immer mehr sehr leistungsfähige Plug-in-Hybride.

Alternative Lösungsansätze

Um das Problem des hohen Gewichts zu lösen, bieten manche Nischenhersteller Sonderformen des Plug-in-Hybrids an. Die Firma AC Propulsion tzero etwa bietet mit dem Genset trailer einen Hybrid an, der eigentlich ein reines Elektroauto ist, das selbst nur mit einem Elektromotor und Akkus ausgestattet ist. Es führt aber einen Anhänger mit sich bzw. kann ihn bei längeren Fahrten mit sich führen, der einen Verbrennungsmotor, einen Generator und einen Treibstofftank enthält. Damit kann der Fahrer auf den Verbrennungsmotor umschalten. Es handelt sich hierbei freilich um ein reines Nischenkonzept. Solche Versuche resultieren aus der verbreiteten Kritik an Plug-in-Hybriden. Sie seien zu schwer und würden daher auf Langstrecken deutlich mehr verbrauchen als ein Fahrzeug allein mit Verbrennungsmotor, heißt es immer wieder.

Bei reiner Langstrecke stimmt das auch, nur fahren die wenigsten Nutzer immer nur Langstrecke. Wenn es so wäre, würde sich gegenwärtig der Plug-in-Hybrid noch nicht lohnen. Die Automobilhersteller erkennen das Problem und arbeiten natürlich daran. Zwischenzeitlich steuern sie mit Marketingmaßnahmen gegen. So werben sie für ihre teilweise recht großen und schweren, teilweise auch sehr sportlichen Plug-in-Hybride manchmal mit einem unrealistisch niedrigen Kraftstoffverbrauch. Doch dessen Angabe ist inklusive der Berechnungsvorschrift behördlich vorgegeben (Norm ECE R101). Organisationen wie der ADAC messen ihrerseits den Kraftstoffverbrauch bei einem realistischen Szenario, so dem Drittelmix, bei dem unterstellt wird, dass der Fahrer zu je einem Drittel im Stadtverkehr, auf der Landstraße und auf der Autobahn unterwegs ist.

Die Hersteller berufen sich bei ihren Angaben auf Tests, die den Verbrauch nur auf Kurzstrecken messen. Freilich dürfen sie keine falsche Werbung machen, weshalb der wahre Verbrauch oft in einer Fußnote auftaucht. Das stößt natürlich auf Kritik. Es geht immerhin nicht nur um den Verbrauch, sondern auch um die Schadstoffemissionen. Hinzu kommt die Nutzungsweise der Plug-in-Hybride: Ihre Vorteil entfalten sie nur, wenn sie wirklich immer wieder an der Steckdose aufgeladen werden, um wenigstens im Stadtverkehr rein elektrisch zu fahren. Doch dazu könnten manche Fahrer zu bequem sein – vor allem diejenigen, die den Wagen als Dienstfahrzeug von ihrem Arbeitgeber inklusive Tankkarte für kostenloses Tanken erhalten. Um solche Schwierigkeiten zu überwinden, gibt es derzeit drei alternative Konzepte:

• der oben beschriebene Genset trailer von AC Propulsion tzero (Mitführen des Verbrennungsmotors + Tank und Generator in einem Anhänger)
• müheloser Ausbau des Verbrennungsmotors für rein elektrische Kurzstrecken (Konzept der Mindset AG)
• wahlweiser Einbau von Verbrenner oder Elektromotor und Batterie (Prototyp Opel Twin)

Alle drei Varianten gelten allerdings mit Stand Anfang 2020 nicht als massenmarktfähig.