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Hybridantrieb

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Definition: ein Antriebssystem eines Fahrzeugs, welches mit unterschiedlichen Energieträgern arbeiten kann

Englisch: hybrid drive

Kategorien: Energieeffizienz, Fahrzeuge, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 12.09.2010; letzte Änderung: 18.10.2015

Lesen Sie auch die Extra-Artikel "Fahrzeuge mit Hybridantrieb – die Technik der Zukunft?" und "Wasserstoffantrieb – die Lösung für unbegrenzte Mobilität?"!

Ein Hybridantrieb erlaubt den Antrieb eines Fahrzeugs – beispielsweise eines Autos oder eines Stadtbusses – mit unterschiedlichen Energieträgern. (Genauer werden oft zwei Arten von Energiewandlern und zwei Arten von Energiespeichern im Fahrzeug gefordert.) In der Regel handelt es sich um Systeme mit einer Kombination von Verbrennungsmotor (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor) und Elektromotor, und genau diese Elektrohybrid-Systeme werden im Folgenden diskutiert. Manchmal wird die Bezeichnung Hybridantrieb aber auch verwendet, wenn lediglich ein Verbrennungsmotor vorhanden ist, der mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen (z. B. Erdgas und Benzin) betrieben werden kann (Bi-fuel-Fahrzeug). Ein Hybridantrieb kann auch als bivalentes System betrachtet werden.

Der höhere technische Aufwand für einen Hybridantrieb wird meist im Interesse eines niedrigeren Energieverbrauchs, also einer höheren Energieeffizienz eingesetzt, was wiederum ökologische Vorteile hat (zum Teil auch betreffend die Abgasqualität). Durch die Kombination zweier Motoren versucht man die spezifischen Vorteile dieser Antriebsarten zu vereinen:

Der Verbrennungsmotor ermöglicht eine hohe Reichweite.

Der Elektromotor arbeitet im Bereich kleiner Leistungen sehr viel effizienter und ermöglicht zudem die Bremsenergierückgewinnung.

Die Kombination beider Motoren ermöglicht nun einerseits eine hohe Reichweite durch den Kraftstofftank, gleichzeitig aber eine gute Energieeffizienz auch bei kleinem Leistungsbedarf, wenn dieser über den Elektromotor abgedeckt werden kann (während der Verbrennungsmotor abgestellt wird). Andererseits kann kurzfristig auch eine hohe Leistung beispielsweise für das Beschleunigen eines Fahrzeugs erzeugt werden, indem der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor (dann gespeist aus der Batterie) arbeitet (als elektrischer Booster).

Moderne Hybridantriebe erlauben eine extrem hohe Abgasqualität, wie sie mit konkurrierenden Ansätzen kaum realisierbar wäre.

Zusätzlich zum Aspekt der Energieeffizienz erlaubt der Hybridantrieb auch weitere Verbesserungen bei der Abgasqualität. Beispielsweise kann man den diesbezüglich ungünstigen Leerlaufbetrieb weitgehend vermeiden und die Warmlaufphase verkürzen, indem man in dieser Zeit eine zusätzliche Leistung für das Laden der Batterie erzeugt. Mit solchen Methoden erreichen manche Hybridfahrzeuge Abgaswerte (vor allem bzgl. Stickoxidemissionen), die die heutigen strengen Grenzwerte noch bei Weitem unterbieten. Mit einem effizienten Dieselantrieb ähnlich gute Abgaswerte zu erzielen, dürfte annähernd unmöglich sein, selbst mit sehr hohem Aufwand.

Im Folgenden werden verschiedene Varianten des Hybridantriebs beschrieben, die unterschiedliche Vor- und Nachteile aufweisen.

Vollhybrid, Mildhybrid und Microhybrid

Je nach dem Ausmaß und der Konsequenz, mit der das Prinzip des Hybridantriebs so umgesetzt wird, spricht man von Vollhybrid-, Mildhybrid- oder Microhybridtechnik. (Der Plug-in-Hybrid wird weiter unten besprochen.)

Beim Vollhybrid ist zeitweise rein elektrisches Fahren möglich.

Die Summe der möglichen Vorteile erreicht man nur mit einem Vollhybrid, d. h. einem Hybridantrieb, bei dem zeitweise allein mit dem (relativ leistungsfähigen) Elektromotor gefahren werden kann, während der Verbrennungsmotor abgestellt bleibt. Das erste Großserienfahrzeug mit dieser Technik war der Toyota Prius. Mit seiner Hybridbatterie kann er zwar nur wenige Kilometer rein elektrisch fahren, aber damit lässt sich meist bereits ein großer Teil des Stop-and-Go-Verkehrs überbrücken, ohne dass der Benzinverbrauch nennenswert ansteigt. Die maximale elektrische Leistung der Batterie von ca. 40 kW (bei neuen Modellen) erlaubt eine erhebliche Unterstützung beim Beschleunigen und eine effiziente Rekuperation bei nicht allzu starkem Bremsen. Das elektrische Antriebssystem wird nicht über das normale 12-V-Bordnetz betrieben, sondern über ein separates Netz mit viel höherer elektrischer Spannung von teils über 500 V. Nachteilig sind der relativ hohe technische Aufwand und die Erhöhung des Fahrzeuggewichts. Sehr große Verbrauchseinsparungen (teils über 50 %) sind im Stadtverkehr möglich, geringere auf Landstraßen, während vor allem bei schnellen Autobahnfahrten sogar leichte Verbrauchsnachteile auftreten können.

Mildhybride sind weniger aufwendig, bringen aber auch geringere Verbrauchsvorteile – insbesondere im zähflüssigen Stadtverkehr.

Kostengünstiger realisierbar sind Mildhybride, bei denen der Verbrennungsmotor immer für den Antrieb gebraucht wird und er lediglich von einem relativ schwachen Elektromotor (mit ca. 5 bis 10 kW, oft als Kurbelwellen-Startergenerator ausgeführt) unterstützt werden kann. Auch die Batterie wird bezüglich Leistung und Kapazität entsprechend kleiner gewählt. Der Elektromotor dient vorwiegend zur Rekuperation (Bremsenergierückgewinnung) und zur mäßigen Leistungserhöhung bei kurzzeitiger Spitzenlast, so dass der Benzinmotor ein wenig schwächer sein darf (und damit tendenziell effizienter arbeitet). Außerdem kann bei geringem Bedarf an Antriebsleistung der Betriebspunkt des Motors durch Laden der Batterie etwas angehoben werden. Da jedoch der ineffiziente Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors so nicht konsequent vermieden werden kann, da der Motor selbst bei sehr langsamer Fahrt weiterlaufen muss, ist die Verbrauchsersparnis geringer als beim Vollhybrid – vor allem unter erschwerten Bedingungen wie zähflüssigem Stadtverkehr. Oft haben sie eine relativ leistungsschwache Batterie, so dass die Bremsenergierückgewinnung nur bei recht schwachem Bremsen effizient ist, weil die Batterie höhere Leistungen nicht aufnehmen kann.

Von einem Mikrohybriden (oder Microhybriden) spricht man, wenn mehr oder weniger nur die etwas verstärkte Technik eines konventionellen Fahrzeugantriebs genutzt wird. Beispielsweise ersetzt man lediglich die übliche Lichtmaschine durch einen ebenfalls riemengetriebenen Starter-Generator und verwendet eine etwas vergrößerte Bleibatterie als Teil des gewöhnlichen 12-V-Bordnetzes. Eine solche Realisierung ist sehr kostengünstig möglich und vergrößert auch das Fahrzeuggewicht kaum. Jedoch ist damit die Rekuperation durch die Leistungen Kapazität der Batterie stark begrenzt, und es ist auch nur eine geringfügige Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors möglich. Immerhin kann eine Verbrauchseinsparung in der Gegend von 5 bis 10 % erzielt werden. Inzwischen sind solche Microhybride weit verbreitet. Da der Elektromotor den Verbrennungsmotor hier nur geringfügig unterstützt, ist die Bezeichnung “Hybridantrieb” an sich etwas fragwürdig und wird von den Herstellern auch nicht unbedingt verwendet.

Parallelhybrid und Serienhybrid

Eine weitere Unterscheidung ist die zwischen dem Parallelhybrid und dem Serienhybrid. Der Parallelhybrid kommt als Voll- oder Mildhybrid vor, während der Serienhybrid praktisch immer ein Vollhybrid ist. Im Übrigen gibt es Mischformen mit Leistungsverzweigung.

Parallelhybrid

Beim Parallelhybrid können beide Motoren das Fahrzeug direkt antreiben. Im Falle eines Vollhybriden (Abbildung 1) kann bei geringem Bedarf von Antriebsleistung der Verbrennungsmotor ausgekoppelt und abgestellt werden, und der Elektromotor übernimmt den Antrieb dann alleine, gespeist aus der Batterie. In Schubphasen (und häufig auch wenn wenig Antriebsleistung verlangt wird) arbeitet die Elektromaschine als Generator und lädt die Batterie auf.

Parallel-Vollhybridantrieb

Abbildung 1: Das Konzept des Parallel-Vollhybrids. Der Verbrennungsmotor (VM) kann wie beim konventionellen Antrieb über Kupplung und Getriebe die Räder antreiben, und zusätzlich kann der elektrische Motor (M) die Räder antreiben.

Bei Mildhybriden dagegen sitzen beide Motoren meist auf einer Achse (Abbildung 2), oder der Elektromotor ist in das Getriebe integriert. Der Elektromotor kann den Verbrennungsmotor meist nur unterstützen, aber nicht ohne diesen arbeiten.

Parallel-Mildhybridantrieb

Abbildung 2: Das Konzept des Parallel-Mildhybrids. Ein relativ schwacher Elektromotor sitzt auf der gleichen Achse wie der Verbrennungsmotor. Manchmal ist er auch in das Getriebe integriert.

Serienhybrid

Beim Serienhybrid kann der Verbrennungsmotor das Fahrzeug nicht direkt antreiben, sondern nur Strom erzeugen.

Beim Serienhybrid (Abbildung 3) treibt der Verbrennungsmotor einen Generator zur Stromerzeugung an, ist aber mit den Rädern nicht verbunden. Das Fahrzeug wird dann elektrisch bewegt – mit Strom vom Generator oder (vor allem bei geringem Leistungsbedarf) aus der Batterie. Bei dieser Konstruktionsart wird meist kein Getriebe benötigt und ebenfalls keine Kupplung, da der Verbrennungsmotor einfach abgestellt werden kann, wenn er nicht benötigt wird. Ebenfalls kann der Verbrennungsmotor immer bei der für die benötigte Leistung optimalen Drehzahl betrieben werden. Dieser Ansatz eignet sich besonders für Fahrzeuge, die hauptsächlich im Stadtverkehr betrieben werden.

Serien-Hybridantrieb

Abbildung 3: Das Konzept des Serien-Hybrids. Der Verbrennungsmotor kann das Fahrzeug nicht direkt antreiben, sondern erzeugt mithilfe des Generators elektrische Energie. Der Elektromotor kann das Fahrzeug mit Energie vom Generator und/oder der Batterie antreiben oder zur Rekuperation elektrische Energie für das Laden der Batterie liefern. Ein Getriebe kann entfallen.

Ein Getriebe kann entfallen, dafür müssen aber diverse Komponenten stärker ausgelegt werden.

Der Nachteil ist jedoch, dass alle vom Motor gelieferte mechanische Energie in elektrische Energie und wieder zurück in mechanische Energie umgewandelt werden muss, was gewisse Energieverluste (grob geschätzt 10 %) verursacht. Diese fallen vor allem bei schnellerer Fahrt stark ins Gewicht. Allerdings gibt es auch in mechanischen Getrieben, wie in konventionellen Fahrzeugen genutzt, Energieverluste von einigen Prozent. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Elektromotor sehr leistungsstark sein muss, da er die gesamte Antriebsleistung erbringen muss. Der Generator wiederum muss die gesamte Motorleistung umsetzen können. Auch die Batterie muss relativ leistungsstark sein. Deswegen ergibt sich trotz Verzicht auf ein Getriebe nicht unbedingt eine Gewichtseinsparung.

Der Serienhybrid wird fast zum reinen Elektroantrieb, wenn der Verbrennungsmotor nur noch als “Range Extender” dient.

Das Konzept des Serienhybrids kann so weiter entwickelt werden, dass man meistens mit der Batterie fährt und diese meistens an einer Steckdose aufgeladen wird. Der Verbrennungsmotor dient dann nur noch als ein Reichweitenverlängerer (Range Extender), also als eine Option zur Vergrößerung der Reichweite in nicht allzu häufigen Fällen. Seine Leistung wird dann meist geringer sein als die maximal zum Antrieb benötigte Leistung, da die Batterie für Leistungsspitzen genutzt werden kann.

Leistungsverzweigung

Bei Verwendung der Leistungsverzweigung kann ein konventionelles Getriebe u. U. komplett entfallen, was Gewicht einspart.

Eine Variante ist die Leistungsverzweigung; hier liefert der Verbrennungsmotor die Energie zum Teil an die Räder und zum anderen Teil an einen Generator. Man kann dies als eine Mischform zwischen Parallelhybrid und Serienhybrid betrachten.

Dieses Prinzip wird z. B. beim Toyota Prius praktiziert: Ein Teil der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors geht über ein kleines Planetengetriebe (mit nur einer Getriebestufe) direkt an die Räder, ein anderer Teil in den Generator, der am selben Getriebe angeschlossen ist. Der vom Generator erzeugte Strom kann einen zusätzlichen Elektromotor speisen (ggf. mit Ergänzung durch zusätzlichen Strom aus der Batterie), oder er kann ganz oder teilweise zur Aufladung der Batterie verwendet werden. Der Bordcomputer entscheidet vollautomatisch über diese Betriebsarten unter Berücksichtigung vieler Umstände wie z. B. Antriebsleistungsbedarf und Ladungszustand der Batterie. Der Hauptvorteil dieses Ansatzes ist, dass anstelle eines aufwendigen Schaltgetriebes oder Automatikgetriebes ein einfaches, kleines und leichtes Planetengetriebe eingesetzt werden kann; das Antriebsaggregat sieht äußerlich aus wie ein konventionelles, wobei die Elektromaschinen den sonst vom Getriebe eingenommenen Platz ausfüllen. Die Energieverluste der elektrischen Leistungsübertragung sind höher als die in einem Getriebe, betreffen aber anders als beim Serienhybrid vor allem bei höheren Geschwindigkeiten nur den kleineren Teil der Leistung.

Umschaltbarer Parallel- oder Serienhybrid

Bei manchen experimentellen Fahrzeugmodellen ist es auch möglich, zwischen der Serienhybrid- und Parallelhybrid-Betriebsart umzuschalten. Man wird dann den Serienhybrid eher im langsamen Stadtverkehr einsetzen, um eine zu niedrige Auslastung des Verbrennungsmotors zu vermeiden, dagegen den Parallelhybrid bei schnellerer Fahrt, um die Umwandlungsverluste zu verringern. Allerdings ist der technische Aufwand für diese Umschaltmöglichkeit hoch, und auch das Fahrzeuggewicht dürfte erhöht werden.

Plug-in-Hybride

Ein Plug-in-Hybrid (auch Steckdosenhybrid) hat eine relativ große Batterie, die dann am Wohnort oder Arbeitsort an der Steckdose aufgeladen werden kann. Somit können kürzere Strecken zwischen den Ladezeiten rein elektrisch gefahren werden. Bisherige Hybridfahrzeuge haben in der Regel eine zu kleine Batterie, so dass sich das Laden an der Steckdose nicht lohnen würde. Bei ihnen wird die Batterie allein mit Energie vom Verbrennungsmotor oder beim Bremsen aufgeladen.

Da die Stromerzeugung mit großen Kraftwerken wesentlich effizienter sein kann als mit einem Verbrennungsmotor, würde der Plug-in-Hybrid Vorteile für den Primärenergieverbrauch, die Betriebskosten und die Kohlendioxid-Emissionen bringen, selbst wenn die Kraftwerke mit fossilen Energieträgern betrieben werden. Zudem bietet sich die Möglichkeit, erneuerbare Energie z. B. aus Photovoltaik oder Windkraft zu nutzen.

Ähnlich wie reine Elektroautos werden Plug-in-Hybride sich erst dann weit verbreiten können, wenn wesentliche Fortschritte bei der Entwicklung der Batterien erreicht sind. Bis dahin bleiben sie vor allem eine Option für spezielle Anwendungen wie z. B. den reinen Stadtverkehr, wobei sie aber mit Elektroautos konkurrieren.

Bisher sind noch kaum Plug-in-Hybride am Markt erhältlich, da diese Technologie nur mit recht großen und entsprechend schweren und teuren Batterien sinnvoll ist, damit die Herstellungskosten jedoch hoch sind (zumindest solange Batterien nicht erheblich kostengünstiger werden). Ebenfalls könnte die Lebensdauer der Batterie durch die häufigen Ladezyklen leiden. (Die Hybridbatterie eines bisherigen Toyota Prius hingegen wird im Normalbetrieb meist nicht voll geladen oder entladen und auch häufig kaum belastet, was eine sehr lange Lebensdauer ermöglicht.) Somit setzt die großflächige Einführung von Plug-in-Hybriden wesentliche Fortschritte bei den Batterien voraus, insbesondere betreffend die Energiedichte, die Kosten und die Lebensdauer.

Der Kraftstoffverbrauch von Plug-in-Hybriden hängt natürlich stark davon ab, in welchem Umfang elektrische Energie aus der Steckdose genutzt werden kann. Solange man nur kurze Strecken fährt und das Fahrzeug dann stets wieder auflädt, braucht man gar kein Benzin. Auf Langstrecken ohne Lademöglichkeit wird man sogar eher etwas mehr Kraftstoff verbrauchen als mit einem gewöhnlichen Hybridfahrzeug, da die große Batterie das Fahrzeuggewicht erhöht.

Die offiziellen Angaben für den Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß von Plug-in-Hybridfahrzeugen basieren in der EU auf dem folgenden Verfahren nach ECE-Norm R 101:

Das offizielle Messverfahren für Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen von Plug-in-Hybridfahrzeugen überschätzt den Klimaschutz-Effekt sehr stark und dient damit vor allem den Premium-Autoherstellern.

An diesem Messverfahren wird zu Recht stark kritisiert, dass es die Erzeugung der elektrischen Energie für das anfängliche Aufladen der Batterie ignoriert. Dieses Aufladen verursacht einerseits für den Betreiber zusätzliche Kosten, die in der Verbrauchsangabe unberücksichtigt bleiben, und andererseits auch zusätzliche CO2-Emissionen bei der Stromerzeugung (je nach Art der eingesetzten elektrischen Energie). Deswegen sind die angegebenen normierten Verbrauchswerte wenig aussagekräftig. Insbesondere führen Sie dazu, dass der Beitrag solcher Fahrzeuge zum Klimaschutz stark überschätzt wird. Hier ist der Einfluss der Automobilhersteller erkennbar, denen dadurch die Erfüllung der zukünftigen strengen CO2-Grenzwerte für die Fahrzeugflotten erleichtert wird. Vor allem für die Premium-Hersteller wird es nämlich schwierig werden, die Flottengrenzwerte einzuhalten.

Ottomotor oder Dieselmotor

Grundsätzlich kommt für einen Hybridantrieb jede Art von Verbrennungsmotor infrage, also sowohl der Ottomotor als auch der Dieselmotor. Beide Ansätze haben Vor- und Nachteile.

Warum wird oft kein Dieselmotor verwendet, obwohl dieser im Prinzip effizienter sein könnte?

Ein Dieselmotor erreicht eine höhere Energieeffizienz und ermöglicht damit im Prinzip einen noch niedrigeren Kraftstoffverbrauch. Nachteilig ist aber, dass die ohnehin schon höheren Kosten des Hybridantriebs mit dem Dieselmotor und der dazugehörigen heute recht aufwendigen Abgasnachbehandlung sehr hoch werden. Zudem wird auch das Gewicht des Antriebs noch weiter erhöht. Dies könnte freilich vermieden werden, indem der Dieselmotor entsprechend kleiner ausgelegt wird (Downsizing), nachdem er ja zumindest vorübergehend vom Elektromotor unterstützt werden kann.

Hierbei ist auch zu beachten, dass der Effizienzvorteil des Dieselmotors gegenüber dem Ottomotor hauptsächlich im Teillastbetrieb liegt. Die Problematik schlechter Auslastung wird jedoch durch den Hybridantrieb ohnehin schon ein gutes Stück weit entschärft.

Ein Atkinson-Motor steht einem Dieselmotor in Sachen Effizienz kaum nach.

Zudem ermöglicht es der Hybridantrieb, statt des konventionellen Ottomotors einen sogenannten Atkinson-Motor einzusetzen, dessen Effizienz der eines modernen Dieselmotors kaum nachsteht. (Ein Wirkungsgrad von bis zu ca. 38 % ist möglich, zu vergleichen mit gut 40 % bei einem modernen Direkteinspritzer-Dieselmotor.) Seine spezifischen Nachteile gegenüber dem konventionellen Ottomotor (beispielsweise der engere Drehzahlbereich mit gutem Drehmoment) fallen beim Hybridantrieb weniger ins Gewicht.

Aus solchen Gründen verwenden beispielsweise Toyota und Lexus in ihren Hybridfahrzeugen konsequent nur Atkinson-Motoren und keine Dieselmotoren. Dagegen setzen andere Marken wie z. B. Peugeot, Mercedes, BMW und Volvo auf Diesel-Hybride.

Natürlich hängt die Entscheidung eines Herstellers für Diesel- oder Ottomotoren auch von vielen anderen Aspekten ab, beispielsweise von der Erfahrung mit bestimmten Motortypen und der Patentsituation.

Der Hybridantrieb als Vorstufe zum Brennstoffzellenauto?

Die Notwendigkeit einer neuen Kraftstoff-Infrastruktur ist ein großes Hindernis für die große Verbreitung von Brennstoffzellenfahrzeugen, selbst wenn die Herstellungskosten der Brennstoffzellen noch massiv gesenkt werden könnten.

Längerfristig könnten Elektroautos von Brennstoffzellen mit Strom versorgt werden. Die Energie würde dann wieder in Form eines Kraftstoffs wie Wasserstoff, Erdgas (Methan) oder Methanol mitgeführt, was eine höhere Reichweite ermöglichen würde. Bislang scheitert die Einführung dieser Technologie hauptsächlich daran, dass Brennstoffzellen noch zu teuer sind und eine Infrastruktur für neue Kraftstoffe wie z. B. Wasserstoff fehlt. Sollte sich dies in der Zukunft ändern, so könnte die Einführung von Brennstoffzellenantrieben stark davon profitieren, dass bereits Hybridantriebe üblich sind. Gerade bei Serienhybriden müsste ja nur noch der Verbrennungsmotor mit Generator durch eine Brennstoffzelle ersetzt werden.

Der Einsatz von Brennstoffzellen würde die Reichweite erhöhen, leider aber die Energieeffizienz wesentlich vermindern.

Außer den hohen Kosten ist ein Problem des Ansatzes mit Brennstoffzellen, dass die Energieeffizienz nicht besonders hoch wäre – deutlich geringer als mit Batterien. Zwar ist der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle deutlich höher als der eines Verbrennungsmotors, aber dafür treten bei der Herstellung des Wasserstoffs hohe Energieverluste auf, während Methan- und Methanol-Brennstoffzellen wiederum nur mäßig effizient sind. Gemildert wird die Problematik ein Stück weit dadurch, dass Wasserstoff im Prinzip mit Überschussstrom aus Windenergie hergestellt werden könnte, der sonst schwer nutzbar wäre. Bei dieser Betriebsart sind allerdings die Kosten für die dann sehr niedrig ausgelasteten Elektrolyseanlagen hoch.

Steigerung der Energieeffizienz – abhängig von Umständen und Prioritäten

Hybridantriebe bewähren sich am meisten im Stadtverkehr, wo andere Antriebe (außer dem reinen Elektroantrieb) sehr ineffizient wären. Bei Autobahnfahrten dagegen bringen sie kaum Vorteile.

In welchem Ausmaß ein Hybridantrieb die Energieeffizienz eines Fahrzeugs erhöht, hängt zunächst einmal von den Betriebsbedingungen und der Art des Hybridantriebs ab. Insbesondere ein Vollhybrid (siehe oben) kann im zähflüssigen Stadtverkehr Verbrauchswerte erzielen, die fast so gut sind wie unter viel besseren Bedingungen. (Die höheren Verluste durch häufiges Beschleunigen und Bremsen werden teilweise durch den geringen Luftwiderstand bei niedrigen Geschwindigkeiten kompensiert.) Der Verbrauchsvorteil gegenüber einem konventionellen Fahrzeug kann dann u. U. mehr als einen Faktor 2 ausmachen. Andererseits muss ein Hybridantrieb bei einer Autobahnfahrt nicht unbedingt vorteilhaft sein, da dann der Verbrennungsmotor schon ohne Hybridisierung meist relativ effizient arbeitet und die Rekuperation selten einsetzbar ist (jedenfalls bei sparsamer Fahrweise). Somit ist klar, dass Vollhybride besonders nützlich sind, wenn das Fahrzeug viel im Stadtverkehr eingesetzt wird, während für Langstreckenfahrten ein möglichst effizienter Verbrennungsmotor (z. B. Dieselmotor mit Direkteinspritzung) besser geeignet ist.

Ein Hybridantrieb kann für einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch optimiert werden oder aber eher der Steigerung der Fahrleistungen dienen.

Auch die bei der Fahrzeugentwicklung gesetzten Prioritäten sind entscheidend. Wird ein Hybridantrieb hauptsächlich mit Blick auf die Energieeffizienz optimiert, so benutzt man einen relativ kleinen, wenig leistungsstarken aber effizienten Benzinmotor, der ja immerhin kurzfristig vom Elektromotor unterstützt werden kann. Die Effizienz profitiert dann wesentlich von dem Umstand, dass ein kleiner Benzinmotor häufiger gut ausgelastet und damit effizient arbeiten kann. Liegt dagegen die Priorität auf einem enormen Beschleunigungsvermögen, fällt der Effizienzvorteil entsprechend geringer aus. Wird solche Technik gar in schweren Geländewagen verbaut, so erzielt man einen Verbrauch, der absolut gesehen keineswegs gering ist, sondern lediglich im Vergleich zu ähnlich schweren Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb.

Für den vorwiegenden Einsatz im Stadtverkehr könnte auch ein Serienhybrid mit einem sehr kleinen Einzylinder-Verbrennungsmotor eingesetzt werden, der nur z. B. 10 kW oder sogar weniger leistet. Der Elektromotor und die Batterie würden auf eine höhere Leistung von zum Beispiel 50 kW ausgelegt. Ein solches System könnte sehr effizient, leicht und kostengünstig sein, würde allerdings keine hohen Spitzengeschwindigkeiten ermöglichen. Bisher wird es am Markt nicht angeboten. Am nächsten kommen diesem Ansatz Elektroautos mit Range Extender, die allerdings doch oft größer ausgelegt werden, um auch schnelle Autobahnfahrten zu ermöglichen.

Die CO2-Vermeidungskosten von Hybridantrieben können sehr unterschiedlich ausfallen – von negativen bis hin zu hohen positiven Werten.

Ob der Einsatz von Hybridantrieben zum Klimaschutz (über die Verringerung von Kohlendioxid-Emissionen) kosteneffizient ist, hängt entscheidend von der weiteren Entwicklung der Kraftstoffpreise ab. Falls die Preise jahrelang nicht wesentlich anstiegen, würde sich der Hybridantrieb als eine meist ziemlich teure Klimaschutztechnologie erweisen, d. h. hohe spezifische CO2-Vermeidungskosten aufweisen (außer unter guten Bedingungen, wie z. B. Taxis mit hohen Fahrleistungen im Stadtverkehr). Falls dagegen die Kraftstoffpreise z. B. wegen Peak Oil oder durch politische Krisen stark ansteigen, amortisiert sich der Hybridantrieb leicht über die Kraftstoffkosten, und der zusätzliche Klimaschutzvorteil ist gratis.

Literatur

[1]Extra-Artikel: Fahrzeuge mit Hybridantrieb – die Technik der Zukunft?
[2]"CO2-Emissionen von Hybrid- und Erdgasfahrzeugen", eine vergleichende Studie der Empa

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Verbrennungsmotor, Elektromotor, Energieeffizienz, bivalente und monovalente Anlagen, dieselelektrischer Antrieb, Reichweitenverlängerer, Downsizing von Verbrennungsmotoren
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Fahrzeuge, Grundbegriffe

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