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Wie funktionieren Voll-Hybride?

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Wie funktionieren Voll-Hybride?

Nachdem wir uns die Mild-Hybride angeschaut haben, wenden wir uns nun der zweiten grossen Klasse elektrifizierter Fahrzeuge zu, den klassischen Hybriden.
13.09.2022, 08:4613.09.2022, 15:14
Jerome Marchon
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Klassische Hybride, die auch als Voll-Hybrid, mit dem englischen Namen «Full-Hybrid» oder der Abkürzung HEV bzw. FHEV bezeichnet werden, gehören zur ältesten Kategorie von Hybrid-Fahrzeugen. Sie werden allerdings seit dem Aufkommen von Plug-in-Hybriden und Micro/Mild-Hybriden immer seltener produziert. Im Allgemeinen ermöglichen Voll-Hybride (also klassische Hybride) rein elektrisches Fahren auf einer Strecke von 2 bis 5 km, je nach Grösse der Batterie (max. 1 bis 2 kWh). Die Batterie wird ausschliesslich beim Verzögern und Bremsen oder mit dem Verbrennungsmotor aufgeladen.

Eine Idee aus dem 19. Jahrhundert

Die ersten Hybrid-Fahrzeuge wurden schon 1893 von dem Franzosen Paul Pouchain entwickelt, der den elektrischen Phaeton erfand – ein kleines Auto mit sechs Plätzen, Verbrennungsmotor und einem unterstützenden Elektromotor. Ein paar Jahre später, 1899, produzierte die belgische Firma Pieper einen Verbrenner, bei dem die Antriebswelle mit einem Energierückgewinnungs-Dynamo ausgestattet war. 1901 kam der Lohner-Porsche auf den Markt, bei dem alle vier Räder mit einem Elektromotor angetrieben wurden – die Idee eines gewissen Ferdinand Porsche. Der erste Hybrid mit Allradantrieb war erfunden. Mehrere Fahrzeughersteller versuchten sich am Hybridantrieb, bevor sie sich um 1910 herum von der Technologie abwandten.

Es dauerte 80 Jahre, bis der Hybridantrieb dann im grossen Stil von Japan ausgehend produziert wurde. Der Toyota Prius, der 1997 auf den Markt kam, machte den Anfang und trug zur Bekanntmachung dieses Motortyps bei. 1999 folgte Honda mit der ersten Generation des Insight.

Drei Systemstrukturen

Alle Voll-Hybridantriebe (und Plug-in-Hybridantriebe) verwenden die gleichen technischen Komponenten: einen Startergenerator für den Verbrennungsmotor (Start-Stopp-Funktion), ein System zur Rekuperation von Energie beim Bremsen, natürlich einen Verbrennungsmotor und einen oder mehrere Elektromotor(en) sowie eine Batterie. Da es sich um Motoren und Batterien handelt, kann die Leistung stark variieren.
Es gibt drei grosse Systemstrukturen.

1) Serieller Hybrid

Bei einem seriellen Hybrid erfolgt der Antrieb nur über den Elektromotor. Der Verbrennungsmotor treibt einen elektrischen Generator an, der den erforderlichen Strom für den Betrieb des Elektromotors und das Aufladen der Batterie liefert. Der Verbrennungsmotor ist folglich nicht mechanisch mit den Rädern verbunden. Wie beim parallelen Hybrid werden die Verzögerungs- und Bremsphasen zum Aufladen der Batterie genutzt.

Diese Systemstruktur wird auch als «REX», «Range Extender» oder «Reichweitenverlängerer» bezeichnet. Der BMW i3 REX war der wichtigste Vertreter dieser Kategorie. Heutzutage wird diese Struktur in den «e-Power»-Modellen von Nissan verwendet und Mazda sollte nächstes Jahr den MX-30 auf den Markt bringen, der vollelektrisch funktioniert und über ein Verbrennungsaggregat als Generator verfügt.

2) Paralleler Hybrid

Beim parallelen Hybrid sind sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor mit der Antriebswelle gekoppelt, die mit einem Automatikgetriebe verbunden ist. Beide Motoren treiben also die Räder an. Eine Kupplung ermöglicht die unabhängige Verwendung des Elektro- oder Verbrennungsmotors bzw. die gleichzeitige Verwendung beider Motoren.

Beim Verzögern oder Bremsen wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet und der Elektromotor bremst das Fahrzeug ab, wodurch er als Generator zum Wiederaufladen der Batterie dient. Es gibt weitere Varianten, die vom parallelen Hybrid abgeleitet sind, so z. B. einige Hybrid-SUVs, bei denen auf der Hinterachse ein zweiter Elektromotor für den Allradantrieb eingebaut wird. Diese Struktur wird unterdessen hauptsächlich bei Plug-in-Hybriden verwendet.

3) Mischhybrid

Wie der Name schon ahnen lässt, handelt es sich beim Mischhybrid um eine Kombination der beiden oben beschriebenen Lösungen. Dank ausgeklügelter elektronischer Steuerung arbeiten der Verbrennungs- und Elektromotor mit dem optimalen Wirkungsgrad. Je nach Fahrzustand wird der Verbrennungsmotor als Generator genutzt – wie beim seriellen Hybrid – oder zusammen mit dem Elektromotor als Antrieb eingesetzt – wie beim parallelen Hybrid. Der Wechsel erfolgt automatisch bzw. ab einer gewissen Geschwindigkeit. Beide Motoren sind mit einer Kraftweiche verbunden, die als Getriebe fungiert, um die Energie auf die Räder zu übertragen. In den meisten Voll-Hybriden kommt diese Struktur zur Anwendung. Man erkennt sie an der Bezeichnung «e:HEV» bei Honda, «E-Tech» bei Renault oder «HSD» bei Toyota/Lexus.

Types de voitures hybrides
Die drei Systemstrukturen von Voll-Hybriden.image: Mobil Oil

Vorteile und Nachteile

Im Gegensatz zu Plug-in-Hybriden gibt es bei Voll-Hybriden keine Schwierigkeiten in Bezug auf das Aufladen der Batterie. Diese Fahrzeuge können von allen NutzerInnen optimal verwendet werden. In der Stadt ermöglichen sie einen Fahrkomfort, der dem von Elektroautos nahekommt, und aus wirtschaftlicher Sicht bieten sie einen geringeren Spritverbrauch als vergleichbare Verbrenner.

Abgesehen von einer geringen vollelektrischen Reichweite und einem etwas höheren Gewicht gibt es keine wirklichen Nachteile. Die älteren Modelle von Toyota und Honda hatten bei grosser Beschleunigung noch ihre Schwierigkeiten: Da der Verbrennungsmotor in dieser Phase viel Strom produzieren muss, drehte der Motor hoch und blieb für längere Zeit auf diesem Niveau. Bei neueren Modellen ist das nicht mehr der Fall, da die Ingenieure einen Weg gefunden haben, die Motordrehzahl zu modulieren, indem sie den Schaltvorgang nachahmen.

Über den Autor:

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Jérôme Marchon ist ...
... seit seiner frühesten Kindheit ein leidenschaftlicher Autofan. Seine berufliche Karriere begann er in der Finanzbranche, trug aber schon früh zum Aufbau eines Auto-Blogs bei – bis er schliesslich seinen eigenen Blog gründete. Sein weiterer Weg führte ihn in die Chefredaktion der Revue Automobile. Seit 2018 ist er freiberuflich tätig und schreibt für verschiedene Auto- und allgemeine Print- und Digital-Medien in der Schweiz und im Ausland. Jérôme Marchon arbeitet auch als Übersetzer und Berater für redaktionelle Inhalte für Automobilveranstaltungen und Autohersteller.
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