Technik-Lexikon

5. Juni 2009, 10:21
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Hybridantrieb im Allgemeinen und im Speziellen, Batterietechnologie, Radnabenmotor, Wasserstoff und Brennstoffzelle sowie Stromverbrauch

Hybridantrieb, prinzipiell

Der Hybridantrieb zeichnet sich durch zwei Antriebseinheiten aus, nämlich einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor. Sie können auf unterschiedliche Art zusammenarbeiten. Je nach Elektrifizierungsgrad gibt es dabei mehrere Stufen, die Definitionen sind allerdings nirgends amtlich festgeschrieben, zumal die technische Variantenvielfalt eindeutige Zuordnungen oft gar nicht zulässt. Eine einigermaßen klare Unterscheidung ist hingegen zwischen parallelem und seriellem Hybridantrieb möglich.

Parallel-, Mikro-, Mild- und Vollhybrid

Er zeichnet sich durch eine direkte Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsrädern aus. Als Mikrohybrid bezeichnet man üblicherweise Fahrzeuge mit Start-Stopp-Automatik. Sie besitzen nur einen verstärkten Starter, der es ermöglicht, den Verbrennungsmotor automatisch auszuschalten und ihn bei Bedarf wieder zu starten, etwa vor einer roten Ampel. Derzeit gibt es kein Fahrzeug mit Start-Stopp-Automatik in Verbindung mit Automatikgetriebe, weil hier der technische Aufwand zu hoch wäre. Mildhybrid heißt, dass ein Auto einen Starter-Generator besitzt und damit in der Lage ist, Strom in die Batterie zurückzuspeisen. Vollhybrid heißt, dass auch rein elektrischer Betrieb möglich ist wie etwa beim Toyota Prius. Beim Honda Insight ist dies zwar theoretisch der Fall, aber in der Praxis nicht von Bedeutung. Beim Mercedes S 400 Hybrid ist das rein elektrische Fahren zwar nicht möglich, aufgrund seiner komplexen Arbeitsweise kann er aber trotzdem als Vollhybrid betrachtet werden. Kann ein Parallelhybrid auch rein elektrisch fahren, stellt er eigentlich eine Mischform aus seriellem und parallelem Hybridantrieb dar.

Serieller Hybridantrieb

Hier gibt es keine direkte Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsrädern. Der Verbrennungsmotor dient lediglich zum Nachladen der Batterie, gefahren wird ausschließlich elektrisch. Diese Art des Hybridantriebs wird im Zuge der Elektroauto-Entwicklung von zunehmender Bedeutung sein. Damit ist es nämlich möglich, über große Strecken rein elektrisch zu fahren und durch die Hilfe des Verbrennungsmotors die Reichweite zu vergrößern. In dieser Konstellation kann ein technisch sehr einfacher und damit billiger und trotzdem sparsamer und umweltfreundlicher Verbrennungsmotor verwendet werden (Range-Extender).

Plug-in-Hybrid

Hier handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, das an der Steckdose nachgeladen werden kann. Dies ergibt aber nur bei Hybridautos einen Sinn, die in der Lage sind, weitere Strecken rein elektrisch zurückzulegen, also bei großen Batteriekapazitäten. Bei derzeitiger Auslegung der Batterien von Serienhybridfahrzeugen macht dies wenig Sinn, weil hier relativ große Mengen Energie zwischen Verbrennungsmotor, Batterie und Antriebsrädern verschoben werden, der Energieinhalt der Batterie aber nur für kurzes rein elektrisches Fahren reicht.

Batterietechnologie

Obwohl es sehr viele unterschiedliche Batteriesysteme gibt, erscheinen in absehbarer Zeit nur zwei realistisch für den Einsatz in Serienfahrzeugen. Bereits bewährt bei Hybridfahrzeugen ist die Nickel-Metallhydrid-Batterie, als nächster Technologiesprung gilt die Lithium-Ionen-Batterie (siehe Fahrbericht Mercedes S 400 Hybrid, Seite 43). Der springende Punkt für den Einsatz ist der Preis. Durch Verbesserungen im Herstellungsprozess und Steigerung der Stückzahlen will man auch die Li-Ionen-Batterie auf das Preisniveau der NiMH-Batterie drücken. Bei Hybridfahrzeugen ist die Batterie relativ klein und damit auch der Preis schon einigermaßen beherrschbar (siehe winzige Li-Ionen-Batterie bei Mercedes). Für den Einsatz im Elektroauto müssen die Kosten noch deutlich sinken. Was nicht übersehen werden darf: Batterien können nur dann sehr effizient arbeiten, wenn der Einsatzbereich klar definiert ist. Denn es gibt erhebliche Zielkonflikte bei den Eigenschaften, etwa Schnellladen - Lebensdauer - Kapazität - Betriebssicherheit.

Radnabenmotor

Schon der Lohner-Porsche am Ende des vorletzten Jahrhunderts hatte Radnabenmotoren, zwei oder in einer Allradversion sogar vier. Auch überdimensionale Muldenkipper in Bergwerken besitzen einen Dieselmotor, der einen Generator treibt und eine Batterie lädt. Die Energie fließt dann per Kabel zu den Rädern. Ein mechanischer Direktantrieb wäre bei den hohen Drehmomenten gar nicht darstellbar. Trotzdem erscheinen Radnabenmotoren im Pkw bei näherem Hinsehen als wenig verlockend: wegen der hohen ungefederten Massen, die Fahrdynamik und Fahrkomfort stark einschränken würden.

Wasserstoff und Brennstoffzelle

Das große Thema des vergangenen Jahrzehnts rückt mit dem Aufwallen des Elektroautos zusehends in den Hintergrund. Zwar ist die Brennstoffzelle technisch praktisch startbereit, und wahrscheinlich würde man auch die Kosten bald in den Griff kriegen (das ist ja bei den Batterien offenbar nicht weniger schwierig). Als wunder Punkt bleibt aber der Wasserstoff. Er ist äußerst schwierig im Handling, muss nämlich entweder bei extrem hohem Druck oder bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gelagert werden. Damit ist auch der Aufbau einer Versorgungsinfrastruktur viel schwieriger, als die Welt mit Elektrosteckdosen oder auch Schnellladestationen zu überziehen. Trotzdem hat Wasserstoff als Energieträger noch eine große längerfristige Zukunft vor sich. Er ist nach den fossilen Energieträgern die unmittelbar nächste Möglichkeit, große Energiemengen in flüssiger oder gasförmiger Form zu speichern. Nicht unwichtig in Zusammenhang mit Wind- und Solarenergie, die ja nicht immer dann zur Verfügung stehen, wenn wir sie gerade brauchen.

Stromverbrauch

Zwar setzen sich die Verfechter der Kernenergie auch ganz massiv für das Elektroauto ein, natürlich in der Hoffnung auf einen zusätzlichen Absatzmarkt. Doch dieser ist gar nicht so riesig, wie man vielleicht annehmen möchte. Wenn zwanzig Prozent der österreichischen Autos elektrisch fahren würden, würde sich der Stromverbrauch in unserem Land nur um vier Prozent erhöhen, zweifellos auch nicht wenig, aber keine Dimension, die gegen das Elektroautos sprechen könnte. (DER STANDARD/Automobil/5.6.2009)

  • Chevrolet Sequel (Antrieb: Wasserstoff, Brennstoffzelle)
    foto: gm

    Chevrolet Sequel (Antrieb: Wasserstoff, Brennstoffzelle)

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