Vorteile, Nachteile, Funktionsweisen

Autos mit Hybridtechnik ist eines gemein: Egal, wie der Antrieb ausgelegt ist: Er soll das Fahren effizienter und das Fahrzeug sparsamer machen sowie die Emissionswerte senken.

Und damit hören die Gemeinsamkeiten auch schon auf.

Grundsätzlich lässt sich nach systemarchitektonischen Grundstrukturen unterscheiden. Es geht also darum, wie Verbrennungsmotor, E-Maschine, Generator, Batterie und Getriebe zueinander angeordnet und geschaltet sind, sagt Andreas Richter vom Competence Center Elektromobilität der Sachverständigenorganisation Dekra.

Entsprechend spricht man von seriellen, parallelen oder leistungsverzweigten Hybridantrieben. Ordnet man die Systeme nach dem Grad ihrer Hybridisierung, spricht man zum Beispiel von Mildhybrid, Vollhybrid oder Plug-in-Hybrid.

Je nach Stärke des E-Motors und nach Größe der Batterie, schreibt der ADAC, sind im Vergleich zu einem herkömmlichen Benzinfahrzeug gleicher Größenordnung Kraftstoffeinsparungen von rund 15 bis 25 Prozent möglich.

Das größte Einsparpotenzial sei bei auf maximale Effizienzsteigerung ausgelegten Voll- und Plug-in-Hybriden zu erreichen, "wenn diese mit vielen Beschleunigungs- und Verzögerungsanteilen unterwegs sind, was vor allem für den Stadtverkehr zutrifft", sagt Matthias Vogt, Fachreferent Elektromobilität im ADAC-Technik-Zentrum in Landsberg.

Wie die Systeme funktionieren und was sie miteinander zu tun haben, klärt der Überblick.

Mikro steht für "klein" oder "ein Millionstel". Entsprechend verschwindend gering ist auch der Hybridisierungsgrad beim Mikrohybrid. ADAC-Experte Vogt sagt sogar: "Das ist gar kein Hybrid, da kein E-Motor vorhanden ist, der eine Antriebsfunktion wahrnehmen könnte."

Manche Hersteller bezeichnen eine Start-Stopp-Automatik als Mikrohybrid, die– zum Beispiel beim Halt an der Ampel– den Verbrennungsmotor aus- und bei Druck aufs Gaspedal wieder einschaltet. Start-Stopp-Technik sei im Auto aber längst der Standard, sagt Vogt.

Im Mikrohybrid ist der Generator im Vergleich mit einer konventionellen Lichtmaschine oft etwas leistungsstärker, die Blei-Gel-Batterie ist zyklenfester. "Sie ist haltbarer und kann die Belastung durch Start-Stopp besser verkraften", sagt Andreas Richter.

Im Schiebebetrieb, also beim Ausrollen zum Beispiel, wird rekuperiert: Der Generator wandelt die Bewegungsenergie in Strom und speist die Starterbatterie. Die mögliche Kraftstoffersparnis ist von allen Hybridsystemen am geringsten.

Hier unterstützt die E-Maschine den Verbrenner beim Antrieb und wirkt leistungssteigernd. Vor allem beim Anfahren und Überholen hilft der E-Motor mit. Also immer dann, wenn der Verbrennungsmotor Drehmoment erst kraftraubend aufbauen müsste, das elektrisch ad hoc zur Verfügung steht.

Wie bei allen Hybridsystemen ist die leitende Idee, den Verbrenner dadurch möglichst nah an seinem optimalen, also effizientesten Betriebspunkt laufen zu lassen, sagt Richter.

Deshalb, und weil ein Teil der Bremsenergie zurückgewonnen werden kann, sei das Antriebssystem effizienter, sagt Vogt. "Insgesamt ist das Sparpotenzial aber überschaubar." Je nach Fahrsituation arbeiten Benzin- und Elektromotor ergänzend, phasenweise lädt der Elektromotor die Batterie bei Bedarf auf.

Weil beide Motoren gleichzeitig agieren können, zählt der Mildhybrid zu den Parallelhybriden. Ohne Hochvoltsystem kann der E-Motor das Fahrzeug aber nur selten allein bewegen. Mit der aufkommenden 48-Volt-Technik, die noch zum Niedervoltbereich zählt, hat sich das aber geändert.

Gegenüber den herkömmlichen zwölf Volt kann damit viermal so viel Leistung bei gleichem Strom genutzt werden. So können 48-Volt-Mild-Hybride im Verkehr rein elektrisch mitschwimmen, ausparken oder rangieren. "Vollwertige Fahraufgaben kann man aber nicht erfüllen", sagt Richter.

Das Antriebssystem ähnelt der milden Variante, nur ist der E-Motor beim Vollhybriden kräftiger und die Bordspannung höher: "Vollhybride haben mehr als 48 Volt", sagt Richter. Rein elektrisches, konventionelles und kombiniertes Fahren ist möglich. Das volle Programm sozusagen. In Sachen Kraftstoffersparnis lohnt der Vollhybrid ebenfalls vor allem im Stadtverkehr. "Nicht umsonst sehen Sie viele Taxifahrer mit Hybridfahrzeugen", ergänzt Vogt.

Doch die Batterie ist recht klein und die Reichweite auf wenige Kilometer begrenzt. "Deshalb ist die Höchstgeschwindigkeit für rein elektrisches Fahren oft auf 50 oder 60 km/h limitiert."

Bekanntestes Beispiel für diese Konstruktionsweise ist der seit 1997 gebaute Toyota Prius mit der Hybrid Synergy Drive Technology (HSD). Diese ist laut ADAC darauf ausgelegt, Leistung und Effizienz gleichzeitig zu verbessern, indem permanent automatisch der optimale Betriebsmodus ausgewählt wird.

Unterwegs agieren beide Motoren gemeinsam und wirken auf ein Getriebe: "Das Verhältnis der Kraftverteilung wird permanent überwacht und stets so geregelt, dass ein maximaler Wirkungsgrad gewährleistet ist", sagt Vogt.

Systemarchitektonisch betrachtet könnte man den Toyota Prius und andere Vollhybride wie den Hyundai Ioniq oder den Kia Niro auch als Mischhybride bezeichnen, weil sie je nach Fahrzustand auch seriell arbeiten; der Verbrenner also die Batterie lädt und das Fahrzeug rein elektrisch fahren kann. Das Prinzip wird auch leistungsverzweigt genannt, weil es Merkmale eines seriellen und eines parallelen Hybrid hat.

Zu den seriellen Hybridfahrzeugen, bei denen die Motoren nicht parallel geschaltet sind, sondern hintereinander in Reihe (seriell), zählen also auch solche mit Reichweitenverlängerer (Range Extender).

"Der direkte Antrieb erfolgt in der Regel nur über den Elektromotor", sagt Matthias Vogt vom ADAC. Der Verbrenner, oft ein hubraumkleiner Dreizylinder, werkelt im Hintergrund als kleines E-Kraftwerk. Denn seine Aufgabe besteht darin, einen Generator anzutreiben, der die Traktionsbatterie nachlädt, sobald diese leer ist. So muss das Fahrzeug nicht sofort wieder an die Steckdose.

In aller Regel wirkt der Range Extender nicht auf die Kurbelwelle und ist damit vom Antrieb entkoppelt. So läuft er stets kraftstoffsparend im optimalen Drehzahlbereich. Neben dem zeitweise damit erhältlichen BMW i3 zählt der Fisker Karma oder der erste Opel Ampera von 2012 zu den Range-Extender-Modellen. Der Verbrenner des Ampera kann sich in manchen Fahrsituationen aber am Antrieb direkt beteiligen.

Weil beim Energieaustausch zwischen Kraftstoff, Generator, Batterie und E-Maschine viel Verlust auftritt, haben Range-Extender-Modelle nicht das größte Sparpotenzial. "Am besten taugen sie als Mittel gegen die Reichweitenangst", sagt Dekra-Experte Richter.

Hybrid-Fahrzeuge, die von außen aufgeladen werden können, heißen Plug-in-Hybride. "Sie haben einen deutlich stärkeren Elektromotor und eine größere Hochvoltbatterie als Vollhybride", sagt ADAC-Fachmann Vogt. Rein elektrisch sind sie damit schneller, um die 100 km/h sind möglich. Die zusätzliche Batteriegröße lässt Strecken zwischen 30 und 60 Kilometern zu, auch die Rekuperationsleistung ist höher. In Städten kann man sie lokal emissionsfrei fahren.

Plug-in-Hybride eignen sich laut ADAC besonders für Berufspendler, wenn sie an Start- und Zielorten wieder aufgeladen werden können. "Für einen Dienstwagen, der über lange Strecken auf der Autobahn bewegt wird, ist der Plug-in-Hybrid aus Umweltgesichtspunkten aber nicht die beste Variante", sagt Vogt.

Auch sie taugen als Mittel gegen Reichweitenangst, der Benzintank ist meist groß. Urlaubsfahrten sind damit zwar kein Problem. Für möglichst hohe elektrische Fahranteile im Alltag sollten Langstreckeneinsätze aber eher die Ausnahme sein. Die Verbrauchsvorteile sind ansonsten schnell aufgezehrt, und der CO2-Ausstoß erhöht sich bei leer gefahrener Batterie schnell auf oder sogar über das Niveau eines reinen Verbrenners. (Von Stefan Weißenborn, dpa/mer)

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