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Was ist ein Micro-Hybrid-Fahrzeug?


Ein Micro-Hybrid (auch: Mikro-Hybrid) verfügt über eine Start-Stopp-Automatik, was Kraftstoff spart, und gewinnt darüber hinaus Energie durch Rekuperation. Das geschieht beim Ausrollen und Bremsen. Der Antrieb ist ein Verbrennersmotor. Die gewonnene elektrische Energie der Rekuperation geht in die Starterbatterie, die in wenigen Fällen sogar einen winzigen Elektromotor antreiben kann. Das ist beim Micro-Hybrid aber eher selten. Daher gibt es eigentlich keinen elektrischen Antrieb. Dennoch spart das Konzept Kraftstoff vorrangig durch die Start-Stopp-Automatik, es können um 10 % sein. Eine zweite Einsparung ergibt sich durch den technischen Aufbau der Rekuperation, der effizienter funktioniert als eine konventionelle Lichtmaschine. Diese lädt schließlich auch die Batterie auf. Das Konzept setzt unter anderem BMW in der 1er-Baureihe ein, es gibt viele weitere Beispiele.

Micro-Hybrid

Micro-Hybrid

Micro-Hybrid-Fahrzeug mit Start-Stopp-Automatik

Die Start-Stopp-Automatik schaltet den Motor im Stand automatisch ab. Durch Treten der Kupplung springt er wieder an. Das lohnt sich bei jedem Ampelstopp ab rund zehn Sekunden: Die Kraftstoffeinsparung ist dann größer als der Mehrverbrauch beim Neustart. Modernere Fahrzeuge sind fast durchgängig mit dem System ausgestattet, seit Kraftfahrer schon länger freiwillig ihren Motor an der Ampel ausschalten. Es werden gerade in den umweltkritischen Bereichen an Kreuzungen viel weniger Abgase ausgestoßen.

Serienmäßig wurden Start-Stopp-Systeme ab Ende der 1990er Jahre verbaut (unter anderem VW im Lupo 3L und im Audi A2 3L), es gab sie aber schon früher. Eine beliebte Kombination ist die der Start-Stopp-Automatik mit automatisierten Schaltgetriebe. Die automatische Motorabschaltung nimmt das System im Economy-Modus vor, wenn der Fahrer ab vier Sekunden auf die Bremse tritt. Gleichzeitig misst die Elektronik die Ansaug- und Außenluft sowie die Kühlmitteltemperatur, nur bei passenden Werten geht der Motor aus. Das Abblendlicht musste in früheren Versionen ausgeschaltet sein, um die Batterie zu schonen. Heute ist das nicht mehr zwingend. Die modernen Start-Stopp-Systeme bewerben die Hersteller mit klingenden Namen wie „blue“ und „eco“ in Kombination mit weiteren Komponenten, so zum Beispiel:

  • BlueEFFICIENCY (Mercedes-Benz)
  • Ecomatic oder BlueMotion (Volkswagen)
  • Blue Drive (Hyundai)
  • GreenLine (Škoda)
  • ECOnetic (Ford)
  • PUR O2 (Fiat)
  • EfficientDynamics (BMW)
  • i-stop (Mazda)
  • DRIVe (Volvo)
  • micro hybrid drive (smart)
  • e-HDi (PSA)
  • Ecomotive (Seat)

Bei den jüngeren Systemen erfolgt die Motorabschaltung beim Lösen der Kupplung und dem Einlegen des Leerlaufs. Ungünstige Außentemperaturen (etwa ~3 – 30 °C) und eine stark entladene Batterie setzen die Start-Stopp-Automatik außer Kraft, die Batterie würde sonst die vielen Starts nicht mehr schaffen. Darüber hinaus können herstellerabhängig weitere Werte die Funktion beeinflussen, so eine ungünstige Innentemperatur, ungenügender Unterdruck im Bremskraftverstärker, Heizbetrieb, ein geöffnetes Gurtschloss, eine offene Motorhaube und eine offene Tür. Die Batterien und Anlasssysteme müssen für eine Start-Stopp-Automatik kräftiger konzipiert werden.

Es gibt bei sehr modernen Fahrzeugen allerdings inzwischen manchmal schon Superkondensatoren, welche Energie sehr schnell aufnehmen und wieder abgeben können. Diese entlasten die Batterie. Unter anderem sind Superkondensatoren in Citroën- und Peugeotmodellen mit e-HDi-Dieselmotoren zu finden. Das Einsparpotenzial eines Start-Stopp-Systems liegt bei 2 – 3 %, im reinen Stadtverkehr auch deutlich darüber (bis zu 12 %). Das hängt auch stark vom durchschnittlichen Verbrauch des Fahrzeugs ab.

Nun ist zu beachten, dass ein Start-Stopp-System allein noch keinen Micro-Hybrid ergibt. Dazu gehört als zweite Komponente die

Micro-Hybrid Rekuperation

also die Rückgewinnung von Bremsenergie in Form von elektrischer Energie, die in den Akku geht. Die Rekuperationsbremse wird auch gern als Nutzbremse bezeichnet, weil sie die abgebremste Bewegungsenergie wieder nutzt. Sie wandelt diese in elektrische Energie um, die der Akku speichert. Das Prinzip gibt es schon lange bei elektrischen Lokomotiven, Oberleitungsbussen, vollständig elektrisch fahrenden Autos, Hybridautos, Förderbändern im Bergbau, Elektrofahrrädern und Seilbahnen. Der elektrische Motor wirkt in diesem Fall als Generator. Beim Bremsvorgang wird er eingekuppelt, nimmt über das Getriebe die Bewegungsenergie auf und setzt ihr natürlich einen Widerstand entgegen, der das Fahrzeug bremst. Gleichzeitig erzeugt er nun Strom, der in den Akku geht.

Die Fahrzeuge können auf diese Weise mäßig ohne zusätzliche Bremskraft verlangsamt werden. Das ist allein deshalb vorteilhaft, weil beim konventionellen Bremsen die Energie einfach in Wärme und Verschleiß (der Bremsbeläge) umgewandelt wird, während sie bei der Rekuperation gespeichert wird. Außerdem erzeugt die Rekuperationsbremse prinzipiell gar keinen oder nur sehr wenig Verschleiß, weil Elektromotoren und -generatoren verschleißarm bis verschleißfrei arbeiten. Die Speicherung des gewonnenen Stroms kann im Akkumulator, aber auch in einem Superkondensator erfolgen. Das Prinzip ist in energetischer Sicht höchst vorteilhaft, es bremst aber nicht sehr stark. Für eine richtige Bremsung müssen die konventionellen Bremsen genutzt werden. Bei Micro-Hybriden lädt die Rekuperation prinzipiell fast nur die Starterbatterie auf.

Ein Vorreiter in Deutschland war BMW. Ab 2007 führte der Hersteller solche Systeme bei vielen seiner Verbrenner ein (Otto- und Dieselmotoren). Vermarktet wurde die Technologie als Efficient Dynamics. Immerhin senkt auch die Rekuperation den Treibstoffverbrauch, weil nach dem vollständigen Laden der Starterbatterie die Lichtmaschine nun nicht mehr oder kaum noch die Batterie aufladen muss (im Idealfall gar nicht mehr). Technisch erfolgt die Abkopplung durch das interne Messen der Batterieladung und dem anschließenden Einregeln der Bordspannung (~13,0 – 13,2 V). Achtung: Die Lichtmaschine wird nicht abgekoppelt, auch wenn es manchmal solche Werbeaussagen gab. Aber ihre Leistung sinkt sehr stark.

Nur wenn die Batterieladung wieder sinkt, weil momentan keine Bremsvorgänge und damit keine Rekuperation stattfinden, leistet die Lichtmaschine wieder deutlich mehr. Hierfür hebt das interne elektronische System die Bordspannung wieder an. Diese Bordspannung beeinflusst erheblich den Ladestrom in Ampere. BMW publizierte bei einer zu 80 % aufgeladenen Batterie folgende Werte für die Korrelation von Bordspannung und Ladestrom:

  • 13,0 V: 5,0 A
  • 13,2 V: 10,0 A
  • 14 V: 20 A
  • 14,8: V: 30 A

Die Höchstleistung der Aufladung betrüge demnach bei 14,8 V x 30 A = 444 W. Die BMW-Techniker betonen, dass es sich um ganz typische Betriebszustände handle und die Werte daher realistisch seien. Das bedeutet: Auch ein Micro-Hybrid erzeugt erhebliche Energie durch Rekuperation und spart Kraftstoff, weil er die Lichtmaschine entlastet.

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