Hybrid Motoren - Arten und Funktionsweisen einfach erklärt

Das aus dem Griechischen stammende Wort „Hybrid“ bedeutet laut Duden so viel wie „gemischt“, „von zweierlei Herkunft“ oder auch „aus Verschiedenem zusammengesetzt“. Bezogen auf moderne Fahrzeugtechnologien bedeutet dies, dass ein Hybrid Auto seine Energie aus zwei unterschiedlichen Kraftquellen bezieht, und zwar aus einem Verbrennungs- und aus einem Elektromotor.

Der folgende Blogbeitrag soll dich darüber informieren, wie ein Hybrid Motor funktioniert, welche unterschiedlichen Arten es derzeit gibt und welche Hersteller Fahrzeuge mit dieser Antriebstechnik produzieren. Außerdem beschreiben wir die Vor- und Nachteile und klären über die Sicherheit bei Unfällen auf.

Die Stärke von Verbrennungsmotoren liegt zum einen in ihrer Kraft, ihrer Geschwindigkeit und der hohen Reichweite. Andererseits erzeugen sie hohe Emissionen bei Abgasen und Lärm und verbrauchen wertvolle Ressourcen an fossilen Energieträgern. Die Energiebilanz lässt ebenfalls zu wünschen übrig, da der überwiegende Teil ungenutzt als Wärme verpufft, statt für den Fahrzeugantrieb genutzt zu werden. Elektromotoren hingegen sind abgasfrei und nahezu lautlos. Dafür ist die Reichweite mit den derzeit auf dem Markt befindichen Batterien deutlich geringer als bei Benzinern oder Dieselautos.

Die Hybrid Technologie verknüpft beide Konzepte miteinander. Hybrid Autos verfügen über einen Verbrennungs- sowie einen Elektromotor, die über eine Steuereinheit verbunden sind. Hinzu kommt noch ein Generator, der die Batterien für den E-Motor während des Betriebs mit Verbrennungsmotor wieder auflädt. Man spricht in diesem Fall auch von autarken Hybriden. Eine Ausnahme bilden Plug-In Hybrid-Autos, bei denen eine Aufladung der Batterien auch über das Stromnetz erfolgen kann

Die unterschiedlichen Arten von Hybrid Motoren und ihre Eigenschaften

Hybrid Motoren werden einerseits nach ihrer elektrischen Leistung klassifiziert und dabei in die folgenden fünf Kategorien unterteilt:

• Micro Hybrid
• Mild Hybrid
• Vollhybrid
• Range Extender
• Plug-In Hybrid

Micro Hybrid

Wie bereits erwähnt, erfolgt der Antrieb bei Hybridfahrzeugen durch zwei unterschiedliche Energiewandler. Beim Micro Hybrid ist dies ausnahmsweise nicht der Fall. Er zeichnet sich aus durch eine Start-Stopp-Automatik sowie eine Energierückgewinnung beim Bremsen, die zum Laden des Starterakkus genutzt wird, jedoch nicht zum Antrieb. Die Batterie wird also nicht während der Fahrt aufgeladen.

Mild Hybrid

Bei einem Mild Hybrid Fahrzeug wird der Verbrennungsmotor zusätzlich durch den Elektroantrieb unterstützt, vor allem beim Anfahren und auf kürzeren Strecken. Größere Distanzen sind ohne den Verbrennungsmotor nicht zu meistern. Ein Mild Hybriderzeugt mittels der so genannten Rekuperation eine deutlich höhere Energiemenge als ein Micro Hybrid. Diese wird durch einen Generator in Strom umgewandelt und in einer Batterie gespeichert. Gesonderte Ladezeiten wie bei anderen Elektroantrieben entfallen somit.

Vollhybrid

Ein Vollhybrid Auto ist in der Lage, allein mit der Energie des Elektroantriebs zu fahren, beispielsweise im Stadtverkehr mit seinem ständigen Stop-and-go. Die Reichweite hängt ab von deinem persönlichen Fahrstil und vom jeweiligen Fahrzeugmodell. Wenn du schnell beschleunigst, springt der Verbrennungsmotor ein und unterstützt den Elektromotor.

Range Extender

Ein Hybrid Auto mit Range Extender (Reichweitenverlängerer), der in den Antrieb integriert ist, fährt überwiegend elektrisch. Falls die Leistung für die gewünschte Reichweite nicht genügt, springt der Verbrennungsmotor ein. Zu beachten ist bei diesem Prinzip, dass die Motorleistung insgesamt niedriger ist als bei anderen Hybrid Fahrzeugen.

Plug-In Hybrid

Wie bereits erwähnt, kann ein Plug-In Hybrid sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein Stromkabel von externen Quellen wie Steckdosen oder Ladestationen aufgeladen werden. Für die Aufladung ist ein Kabel mit einem zum Fahrzeug passenden Stecker (englisch Plug) erforderlich. Grundsätzlich handelt es sich bei diesen Modellen um Vollhybrid Fahrzeuge. Allerdings ist die Kapazität der Batterie deutlich höher ausgelegt. Man bezeichnet diese Autos auch als Plug-In Hybrid Electric Vehicle (abgekürzt PHEV).

Der Vorteil von Plug-In Hybriden liegt darin, dass kurze Distanzen rein elektrisch, also ohne CO2-Emissionen, zurückgelegt werden können. Sobald die Energie des Akkus aufgebraucht ist, übernimmt der Verbrennungsmotor nahtlos den Antrieb, so dass auch längere Strecken ohne jegliche Unterbrechung kein Problem darstellen.

Die drei Varianten von Hybridantrieben

Konventionell angetriebene Fahrzeuge verfügen lediglich über einen Motor, der mit Benzin oder Diesel angetrieben wird. Ein Hybrid Auto ist hingegen mit einem zweiten Motor ausgerüstet. Je nach Art der Energiegewinnung unterscheidet man zwischen drei Hybrid Technologien bzw. Systemstrukturen:

• serieller Hybrid
• paralleler Hybrid
• leistungsverzweigter bzw. Mischhybrid

Serieller Hybrid

Bei dieser Variante ist während der Fahrt nur ein Aggegrat für den Antrieb zuständig, entweder der Elektromotor oder der Verbrenner. Läuft das Fahrzeug mit Elektrobetrieb, bleibt der Verbrenner jedoch weiterhin aktiv, um den Generator anzutreiben und auf diese Weise Strom zu erzeugen, der in der Batterie gespeichert wird.

Paralleler Hybrid

Bei einem parallelen Hybrid wird das Auto während der Fahrt von beiden Motoren gleichzeitig bewegt. Die Drehmomente der beiden Aggregate werden in dieser Betriebsart addiert. Das hat den Vorteil, dass die Einzelmotoren schwächer ausgelegt sein können und somit das Gewicht, der benötigte Einbauraum und die Gesamtkosten für das Fahrzeug gesenkt werden können. Außerdem wird beim Verbrennungsmotor Kraftstoff eingespart.

Leistungsverzweigter bzw. Mischhybrid

Leistungsverzweigte oder Mischhybride sind mit einem Verbrenner sowie zwei elektrischen Systemen für den Antrieb ausgestattet, und zwar mit einem Motor und einem Generator. Dieses Prinzip hat den Vorteil, dass der Verbrennerfortdauernd mit effizienten Drehzahlen läuft. Dadurch ist er unabhängig vom jeweils benötigten Energiebedarf. Der Hersteller Toyota zum Beispiel nutzt diese Technologie seit mehr als zwei Jahrzehnten unter dem Label „Hybrid Synergy Drive“.

Die wichtigsten Hersteller von Hybrid Fahrzeugen

Hybrid Autos gibt es von mehreren bekannten Herstellern. Die wichtigsten sind in alphabetischer Reihenfolge: Audi, Citroën, Ford, Honda, Mazda, Mercedes-Benz, Peugeot, Suzuki, Toyota und Volvo.

Es mag überraschend klingen, aber die allerersten Hybrid Autos wurden bereits Ende der 1890er Jahre gebaut. Allerdings kam es nicht zur Produktion von größeren Serien. Vorreiter in neuerer Zeit war Audi als erster gewerblicher Hersteller 1994 mit dem Audi 80 duo, der jedoch so teuer war, dass er praktisch keine Abnehmer fand. Seitdem beschränken sich die meisten der genannten Autobauer auf jeweils nur wenige Modelle in ihrer Angebotspalette.

Eine große Ausnahme bildet Toyota. Seit der Toyota Prius 1997 als Hybrid Auto in Serie ging, hat der japanische Hersteller weltweit rund elf Millionen Hybrid Autos verkauft und bietet derzeit insgesamt 33 verschiedene Modelle an.

Verwendung von Hybrid Motoren im Rennsport

Seit einigen Jahren werden Hybrid Motoren auch im Rennsport eingesetzt. Der derzeitige Formel-1-Weltmeister LewisHamilton war 2009 beim Großen Preis von Ungarn der erste Fahrer, der ein Rennen mit Hybrid Technologie gewinnen konnte. Es handelte sich dabei um ein so genanntes kinetisches Energierückgewinnungssystem (KERS), das anfangs freiwillig in die F-1-Boliden eingebaut werden konnte, mittlerweile aber Pflicht ist.

Heute besteht das Hybrid System in der Formel 1 aus vier Elementen. Zwei davon sind Elektromotoren, die Energie zurückgewinnen und anschließend in Form von Extraleistung wieder zurückgeben. Die „Motor-Generator-Einheit Kinetisch“ (MGK-U) bezieht kinetische Energie aus den Bremsvorgängen und führt diese wieder dem Antrieb des Fahrzeugs zu. Obwohl das Grundprinzip dem KERS ähnelt, ist das System deutlich fortschritllicher und leistungsfähiger.

Das zweite System ist die „Motor-Generator-Einheit Hitze“ (MGU-H). Sie wird zwischen Kompressor und Turbine des Turboladers eingebaut und gewinnt zusätzliche Energie aus den Abgasen des Rennwagens. Mittlerweile wird die Hybrid Technologie auch außerhalb der Formel 1 eingesetzt, zum Beispiel bei den Fahrzeugen des 24-Stunden-Rennens von Le Mans.

Vorteile von Hybrid Motoren

1. der Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch in Städten und großen Ballungsräumen kann mit einem Hybrid Motor um bis zu 25 % gesenkt werden
2. auch auf Landstraßen und in bergigen Gegenden sinkt der Verbrauch wegen häufigen Bremsens und Beschleunigens
3. geringere Emissionen als konventionelle Verbrennungsmotoren
4. nahezu lautloser Betrieb im Elektro-Modus
5. auf Ladestationen und Ladezeiten kann verzichtet werden

Nachteile von Hybrid Motoren

1. höherer Anschaffungspreis als konventionelle Autos
2. höheres Gewicht wegen des doppelten Antriebsstranges kann zu mehr Verbrauch auf längeren Autobahnfahrten führen
3. geringere Reichweite durch den kleineren Tank gegenüber herkömmlichen Autos
4. Platzbedarf für die Batterie führt zu weniger Kofferraumvolumen
5. Herstellung von Motor und Akku ist energieintensiv
6. Akku muss nach einigen Jahren wegen seiner begrenzten Lebensdauer ausgetauscht werden

Wann und für wen lohnt sich ein Hybrid Auto?

Wenn du dir die Vor- und Nachteile anschaust, wird schnell klar, ob sich ein Hybrid Auto für dich lohnt oder nicht. Ein Fahrzeug mit diesem Antrieb macht sich finanziell und ökologisch schnell bezahlt, wenn du hauptsächlich kurze bis mittlere Wege zurücklegst und meist im Stadtverkehr unterwegs bist. Für Vielfahrer auf langen Strecken eignen sich konventionelle Antriebe besser, da ihre Reichweite deutlich höher ist.

Wie steht es mit der Sicherheit bei Hybrid Fahrzeugen?

Wenn du dich fragst, wie es bei einem Hybrid Auto mit der Sicherheit bei Unfällen aussieht, kannst du beruhigt sein. Die Sicherheitsvorgaben sind sehr hoch angesetzt, und die Hersteller unterziehen ihre Fahrzeuge harten Crashtests, bevor sie in die Produktion gehen.

Der Knackpunkt ist das Hochvolt Stromnetz des Antriebs. Dieser arbeitet je nach Modell mit einer Spannung von 200 bis 650 Volt. Damit die Karosserie nicht unter Strom gesetzt werden kann, verbauen die Hersteller spezielle Crash-Sensoren. Bei einem Aufprall sorgen sie dafür, dass die Batterie sofort vom Stromnetz getrennt wird und keine Gefahr mehr droht.

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