Der Hybridantrieb: Mit der Kraft der zwei Herzen

Ein Hybridantrieb ist die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder Energiequellen. Gebräuchlich sind Hybride mit Benzin- oder Diesel- und Elektroantrieb. Alle Vor- und Nachteile von Mildhybrid, Vollhybrid und Plug‑in-Hybrid.

• Hybridantriebe sparen Kraftstoff

• Unterschied: Mild-, Voll- oder Plug‑in-Hybrid

• Hybridtechnik: Ausgereift und alltagstauglich

Die Idee: So funktioniert die Hybridtechnik

Kraftstoff sparen: Das ist der Grund, warum Hybridtechnik immer häufiger bei Autos zum Einsatz kommt. Die Vorteile des Elektro- und des Verbrennungsmotors werden dabei so miteinander kombiniert, dass das Gesamtsystem möglichst effizient und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.

Überschüssige Leistung des Verbrennungsmotors wird in elektrische Energie umgewandelt und in einer Batterie gespeichert. Diese wiederum treibt dann bei Bedarf den Elektromotor an.

Zusätzlich kann beim Bremsen frei werdende kinetische Energie in der Batterie gespeichert und für den Vortrieb genutzt werden. Lässt die Batterieleistung nach, arbeitet der Elektromotor automatisch als Generator und lädt die Batterie während der Fahrt wieder auf. Um die Vorteile der beiden Antriebe optimal auszunutzen, wird permanent automatisch der optimale Betriebsmodus ausgewählt. 

Hybrid-Effekt: Weniger Sprit, mehr Leistung

Um die gleichen Fahrleistungen zu erhalten wie bei einem nur mit Verbrennungsmotor ausgestatteten Fahrzeug, genügt bei der Kombination von Verbrennungsmotor und Elektromotor meist ein kleinerer Verbrennungsmotor ("Downsizing"). Letzterer wird idealerweise so geregelt, dass er stets mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Überschüssige Energie verwendet der Generator zum Laden der Batterie. Beim Bremsen wird ebenfalls Energie zurückgewonnen und in die Batterie eingespeist.

So sind je nach Art der Hybridtechnik Kraftstoffeinsparungen von ca. 15 bis 30 Prozent im Vergleich zu einem herkömmlichen Benzinfahrzeug gleicher Größenordnung möglich. 

Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor, der erst ab einem bestimmten Drehzahlniveau sein maximales Drehmoment erreicht, beherrscht dies der Elektromotor bereits aus dem Stand heraus. Durch die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor kann das Fahrzeug um etwa 10 bis 20 Prozent schneller beschleunigt werden.

Welche verschiedenen Hybrid-Arten es gibt und wie sie funktionieren, lesen Sie hier.

Mildhybrid: E-Motor unterstützt nur

Die einfachste Form der Hybridisierung. Ein kombinierter Startergenerator erzeugt einerseits beim Rollen und Bremsen Strom, der in einer Batterie gespeichert wird, und unterstützt andererseits als Elektromotor bei Bedarf den Verbrennungsmotor.

Ein Mildhybrid-System (oft "48-Volt-Technik") speichert die Energie, die beim Bremsen oder Verzögern normalerweise verloren geht, um sie dann beim Beschleunigen wieder einzusetzen. Im Leerlauf oder beim Ausrollen übernimmt die Batterie und versorgt die elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Strom, damit der Verbrennungsmotor häufiger abgestellt werden kann. Das verringert den Kraftstoffverbrauch.

Einige Mildhybride, wie die im neuen VW T-Roc, arbeiten zudem mit Zylinderabschaltung und/oder einer Segelfunktion.

• Beschleunigen/Überholen: Bei Beschleunigungs- bzw. Überholvorgängen unterstützt der Elektromotor den Benzinmotor und erhöht so die Gesamtantriebsleistung. 

• Normalfahrt: Nach Erreichen der Reisegeschwindigkeit arbeitet der Benzinmotor allein, während der Elektromotor im Generatorbetrieb die Batterie bei Bedarf auflädt.

• Verzögern/Bergabfahrt: Beim Verzögern oder bei Bergabfahrt fungiert der Elektromotor als Generator und lädt die Batterie wieder auf.

• Fahrzeugstopp: Sobald das Fahrzeug anhält oder sich im Leerlauf befindet, wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet und spart dadurch Benzin. Wird die Bremse gelöst oder die Kupplung betätigt, startet er sofort wieder.

• Segeln/Zylinderabschaltung: Rollt das Fahrzeug ohne oder mit geringem Energiebedarf, zum Beispiel einen Berg hinunter oder beim Herannahen an eine Kreuzung, wird der Motor komplett oder zum Teil (einzelne Zylinder) abgeschaltet – so lange, bis wieder Energiezufuhr zum Antrieb nötig ist.

Vollhybrid: Mal elektrisch, mal Verbrenner

Gleiches Antriebsprinzip wie beim Mildhybrid, nur die Antriebsbatterie ist etwas größer. Zusätzlich ist auch das Fahren allein mit Elektromotor bis etwa 50 km/h möglich. Die Leistung des verwendeten Elektromotors ist dabei höher als beim Mildhybrid. 

Die Vollhybrid-Technologie ist darauf ausgelegt, Leistung und Effizienz gleichzeitig zu optimieren. Sie nutzt die Synergie zwischen dem Elektro- und dem Benzinantrieb, indem während der Fahrt permanent automatisch der optimale Betriebsmodus ausgewählt wird. 

• Anfahren: Beim Anfahren und bei geringer Geschwindigkeit nutzt der Elektromotor Energie aus der Batterie, um das Fahrzeug anzutreiben. Bei niedrigem Batteriestand setzt der Benzinmotor ein, um die Batterie zu laden; ebenso bei kaltem Katalysator sowie bei gleichzeitiger Verwendung zusätzlicher elektrischer Verbraucher (z.B. Klimaanlage, Heizung).

• Normalfahrt: Im normalen Fahrbetrieb nutzt der Hybridantrieb sowohl den Elektro- als auch den Benzinmotor. Der Benzinmotor liefert Kraft für den Generator, der seinerseits den Elektromotor mit Strom versorgt. Gleichzeitig treibt der Benzinmotor über eine Kraftweiche die Räder an. Das Verhältnis der Kraftverteilung wird permanent überwacht und stets so geregelt, dass ein maximaler Wirkungsgrad gewährleistet ist. 

• Beschleunigen/Überholen: Für Beschleunigungs- bzw. Überholvorgänge, bei denen Höchstleistung gefordert ist, speist die Batterie – sofern der Ladezustand ausreicht – zusätzlich Energie ins System ein, um Benzin- und Elektromotor wirkungsvoll zu unterstützen. 

• Verzögern/Bergabfahrt: Beim Verzögern und beim Bergabfahren fungiert der Elektromotor als Generator und lädt die Batterie wieder auf. 

• EV-Modus: Aktiviert der Fahrer den EV-Fahrmodus, wird das Fahrzeug – sofern möglich (abhängig von bestimmten Parametern wie Geschwindigkeit, Ladezustand der Batterie, Katalysator-Temperatur) – ausschließlich von seinem Elektromotor angetrieben, der die erforderliche Energie aus der Batterie bezieht, und verbraucht keinen Kraftstoff. 

• Fahrzeugstopp: Sobald das Fahrzeug anhält, wird der Benzinmotor gestoppt, der Kraftstoffverbrauch geht auf null.

Plug‑in-Hybrid: Akku lädt an der Ladesäule

Lässt sich bei einem Hybridfahrzeug die Batterie zum Antrieb des Elektromotors auch über das Stromnetz extern aufladen (über einen Stecker), spricht man von einem Plug‑in-Hybrid. Plug‑in-Hybride haben einen deutlich stärkeren Elektromotor und eine größere Hochvoltbatterie als Vollhybride.

Damit kann ein VW Golf GTE zum Beispiel weit über 100 Kilometer und auch auf der Autobahn (bis etwa Tempo 130 km/h) rein elektrisch fahren. Außerdem lassen sich hochmoderne Plug‑in-Hybride oft auch mit Gleichstrom bis 50 kW laden. Im Falle des Golf GTE sind es maximal 40 kW.

Plug‑in-Hybride eignen sich besonders, wenn das Fahrzeug überwiegend für Fahrten innerhalb der elektrischen Reichweite verwendet wird und an den Start-/Zielorten wieder aufgeladen werden kann. So wird es Pendlern möglich, den Arbeitsweg emissionsfrei zu absolvieren und das Auto dennoch für Langstrecken und Urlaubsfahrten zu nutzen.

Range Extender: Elektroauto mit Reservekanister

In China boomt eine Antriebsvariante, die bei uns bisher kaum Relevanz hat: der Range Extender (Reichweitenverlängerer; REEV). Ein Range Extender soll ähnlich wie der Plug‑in-Hybrid die Vorteile von Elektro- und Verbrennungsmotor vereinen, setzt allerdings einen anderen Fokus.

Bei den Plug‑in-Hybriden ist der Verbrenner üblicherweise dominierend und der E-Antrieb der schwächere Motor. Bei Fahrzeugen mit Range Extender ist es umgekehrt: Sie nutzen den Elektromotor als Hauptantrieb. Im Unterschied zu einem reinen Elektroauto ist hier ein kleiner Verbrennungsmotor zusätzlich an Bord.

Bei den aktuell in Deutschland verfügbaren Range-Extender-Modellen von BYD und Leapmotor ist das ein Vierzylinder-Benziner. Dieser läuft bei Bedarf auf relativ konstanter Drehzahl und lädt über einen Generator die Batterie nach. Im Normalfall gibt es keine direkte Verbindung vom Verbrennungsmotor zu den Antriebsrädern.

Im deutschen Markt spielten REEVs bisher kaum eine Rolle. Der bekannteste Vertreter hierzulande ist der alte BMW i3, der von 2013 bis 2018 mit einem kleinen Reichweitenverlängerer von BMW Motorrad angeboten wurde. Als sich die Batteriekapazität des i3 verdoppelt hatte, wurde der Range Extender aus dem Programm genommen. Durch die chinesischen Hersteller, die ihre REEVs zunehmend auch in Europa verkaufen wollen, könnte das Konzept wieder eine Renaissance erleben.

Hybrid-Technik: Die Unterschiede

Nennleistung oder Systemleistung?

Wichtig zu wissen bei Vollhybrid und Plug‑in-Hybrid: Die vom Hersteller angegebene Systemleistung wird nur dann erreicht, wenn Verbrenner und Elektromotor zusammenarbeiten. Im Falle des E-Motors ist es aber so, dass er nur seine volle Leistung entfalten kann, wenn die Antriebsbatterie genügend Energie hat.

Gerade bei Fahrzeugen mit sehr kleiner Hybridbatterie kann es sein, dass man in einigen Fahrszenarien wie Autobahnfahrt oder Bergfahrt eher mit der Nennleistung des Verbrenners als mit der Systemleistung unterwegs ist. Im Fahrzeugschein der beiden Fahrzeugtypen oder auch in den technischen Daten steht meist die Nennleistung des Verbrennungsmotors.

Letztlich hängt es vom Fahrszenario und der Auslegung des Systems ab, in welchem Betriebsbereich sich ein Hybridfahrzeug mehr bewegt.