Plug-in-Hybrid

Ein Plug-in-Hybrid, auch plug-in-hybrid-elektrisches Fahrzeug (PHEF, engl. meist PHEV für Plug-in hybrid Electric Vehicle) oder Steckdosenhybrid genannt, ist ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, dessen Batterie zusätzlich über das Stromnetz extern geladen werden kann. Meist wird es eine größere Batterie aufweisen als ein reiner Hybrid und stellt so eine Mischform zwischen letzterem und einem Elektroauto dar.

Entwicklungslinien zum PHEV

Nebenstehende Grafik zeigt in zwei Spalten (Spaltenköpfe G und H) des Schemas die Bezeichnung PHEV. Trotzdem handelt es sich um unterschiedliche Antriebskonzepte. Das liegt daran, dass die Entwicklung des PHEV vergleichsweise spät eingesetzt hat, und durch Weiterentwicklung zweier unterschiedlicher Antriebskonzepte erfolgte.

Sowohl die hybriden Antriebe (Spalte F) können als Vorläufer betrachtet werden, als auch die rein elektrischen Antriebe, die im Schema weiter rechts (Spalte I) positioniert sind. Bei den Hybridfahrzeugen, z.B. Toyota Prius, handelt es sich um Full Hybrids, so genannt, weil bereits in bestimmten Fahrzuständen (betriebswarm, geringe Geschwindigkeit, geringer Leistungsbedarf) rein elektrisch gefahren werden kann. Die Batterie muss hierzu jedoch einen bestimmten minimalen Ladezustand aufweisen. Ist sie stärker entladen, wird der elektrische Antrieb von der Steuerung nicht freigegeben.

Die in den Prototypen des Prius PHEV eingesetzte Batterie ist wohl von einem anderen Typ (Lithium-Ionen), ihr Energieinhalt ist jedoch nicht wesentlich größer als bei dem ursprünglichen Modell. Sie kann jedoch an einer Ladestation oder der heimischen Steckdose zusätzlich aufgeladen werden. Hiermit wird die Funktionalität des Elektroantriebs deutlich ausgeweitet, muss doch die für eine elektrisch betriebene Fahrt notwendige Energiemenge nicht erst während der Fahrt mit dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, sondern kann bereits durch nächtliches Aufladen an der Steckdose bereitgestellt werden.

Die Entwicklung des PHEV nach Maßgabe der Spalte H im Antriebsschema erfolgte aus einer ganz anderen Motivation heraus. Hier sollte auf der Basis eines bereits existierenden Elektrofahrzeugs die Möglichkeit geschaffen werden, die Batterie auch während einer Fahrt dann aufladen zu können, wenn der Ladezustand eine Weiterfahrt unmöglich gemacht hätte. Diese Fahrzeuge verfügen somit über einen Range Extender, einen "Reichweitenverlängerer". Dieser besteht in manchen Fällen (GM Volt) aus einem Verbrennungsmotor, dessen Aufgabe es ist, die Batterie mit Hilfe eines Generators aufzuladen. Erst dieser Range Extender macht das ursprüngliche Elektrofahrzeug zu einem Hybridfahrzeug. Als Elektrofahrzeug ließ es sich selbstverständlich an der Steckdose aufladen (wie auch sonst...). Diese Funktionalität behält man natürlich bei, auch wenn die zusätzliche Lademöglichkeit mittels Range Externder gegeben ist.

Der Unterschied zwischen den beiden Plug-In-Charakteristiken besteht also im Wesentlichen darin, welche Energie die Primäre ist und welche die Sekundäre. Im Falle der Spalte G ist es ein Kraftstoff, im Falle der Spalte H jedoch elektrische Energie.

Während eine Antriebsart, nämlich der Elektromotor, durch die Bezeichnung „hybridelektrisch“ festgelegt ist, so ist der zweite Antrieb (der sogenannte „Reichweitenvergrößerer“) erst einmal beliebig. Bei aktuellen Modellen und Prototypen ist dies jedoch in der Regel ein konventioneller Verbrennungsmotor, so bei dem ab 2003 angebotenen aber mittlerweile wieder eingestellten Renault Kangoo Elect'road.

Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge verbinden die Vorteile von Batteriefahrzeugen und Benzinfahrzeugen: Auf kürzeren Strecken und im Stadtverkehr fährt das Auto mit dem elektrischen Antrieb leise, emissionsfrei und sparsam mit Strom aus der Batterie, während durch den zweiten Antrieb (z.B. dem Benzinverbrenner) das Auto auch dann noch fährt, wenn die Batterie leer ist und so eine höhere Reichweite möglich wird. Nachteile sind allerdings die hohen Herstellungskosten, die noch einmal deutlich über denen eines nicht steckdosenladbaren Hybridfahrzeugs liegen. Die Dauerhöchstgeschwindigkeit auf Langstrecken wird durch die Leistung des Reichweitenvergrößerers bestimmt.

Beispiele

Die General Motors Tochter Saab stellte bereits auf Stockholm Motor Show im März 2006 ein Plug-In Hybrid Cabrio (auf Basis des Saab 9-3s) vor, ohne die Plugin-Fähigkeit besonders herauszustellen^[1]; der Mutterkonzern später auf der IAA 2007 das Modell Flextreme von Opel und Volt Plug-in Hybrid von Chevrolet. Für den Range Extender wurden die drei Varianten Diesel mit Bluetec, Benzin und Brennstoffzelle Wasserstoff vorgestellt. 2011 ist die Markteinführung des Opel Ampera (baugleich mit dem Chevrolet Volt).^[2].

Volvo stellte auf der IAA 2007 den Volvo Recharge vor. Vier Radnabenmotoren ersetzen hier sogar die Bremsen. Gebremst wird nur mit den Radnabenmotoren.

BYD stellte auf dem Genfer Autosalon 2008 den F3 DM vor. 20 kWh Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus aus eigener Fertigung, 50 kW Benzinmotor und 50 kW Elektromotor, 110 km Reichweite mit Strom. Steckdose für 230 V und für Schnellladung. Das Auto soll Herbst 2008 auf den chinesischen Markt und 2010 nach Europa kommen.

Toyota präsentierte auf der IAA in Frankfurt am Main im September 2009 die auf der dritten Generation des Toyota Prius Vollhybrid basierende Plug-In-Variante, den Toyota Prius PHV. Laut Herstellerangaben erreicht er im reinen Elektroantrieb 100 km/h Höchstgeschwindigkeit und hat eine Reichweite von 20 km. Ende 2009 startet Toyota damit ein Leasingprojekt mit über 500 Fahrzeugen, davon etwa 150 in Europa.^[3]

Das Nachfolgemodell Renault Kangoo Cleanova II hat eine speziell entwickelte Antriebseinheit die parallel (ab 80 km/h) und seriell (unter 80 km/h) mischt und mit 60 kW Elektromotor und 40 kW Verbrennungsmotor bessere Fahrleistungen als die konventionellen Varianten hat.

Auch Daimler AG konstruiert im Moment Plug-in-Hybride mit Verbrennungsmotor, die auf dem Kleintransporter Sprinter basieren. Die ersten Prototypen sind bereits bei einer kundennahen Fahrerprobung in den USA im Einsatz.

Porsche kombiniert mit dem 918 Spyder, der in Kleinserie ab 2014 erhältlich sein soll, einen 368 kW (500 PS) V8 Verbrennungsmotor mit zwei Elektromotoren an Vorder- und Hinterachse mit einer mechanischen Gesamtleistung von 160 kW (218 PS). Der 320 km/h schnelle Supersportwagen soll die 100 km/h in unter 3 Sekunden erreichen, aber auch bei entsprechender Fahrweise 3 Liter Kraftstoff verbrauchen bzw. 70 g CO₂/km ausstoßen. Zudem soll man ihn bis zu 25 km weit rein elektrisch bewegen können. ^[4]

In der Schweiz hat die Firma swisscleandrive einen parallel plug-in Hybridantrieb entwickelt und als Prototyp im Fiat 500 an der Autozürich 2009 vorgestellt. Das Auto kann 20–30 km rein elektrisch fahren, verfügt über 4×4 im Hybridmodus und hat 122 PS Leistung. Der Verbrauch liegt je nach Fahrmodus zwischen 0 und 5 Litern Benzin sowie zwischen 0 und 20 kWh Strom/100 km. Eine Vorserie des Fiat 500 swisscleandrive wird 2011 gebaut, ausserdem wird die patentierte Steuerung auf weitere Autos adaptiert.^[5]

Kritik und alternative Lösungsansätze

Sonderform des Hybrid: Im Wagen Elektromotor und Akkus, im Anhänger bei Bedarf Verbrennungsmotor, Treibstofftank und Generator, der Genset trailer von AC Propulsion

Kritisiert hat diese Entwicklungslinie Hondas Präsident Takeo Fukui: Er betrachte diese Fahrzeuge als batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, die überflüssigerweise einen Verbrennungsmotor und Benzintank mit sich herumschleppen.^[6]

Um diese Zusatzlast im Alltagsbetrieb zu vermeiden, in dem die Reichweite der Batterien meist ausreichen, gibt es drei Konzepte:

• Die Mindset AG unter damaliger Leitung von Murat Günak wollte den Verbrennungsmotor mühelos ausbaubar gestalten. Die Entwicklung wurde jedoch 2009 weitgehend eingestellt.^[7][8][9]
• Die US-Firma AC Propulsion entwickelt einen Generatorenanhänger, den sie Genset trailer nennt. Das Zusatzgewicht wird also nur für Langstrecken mitgeführt.
• Beim Prototyp Opel Twin wurde entweder Batterie und Elektroantrieb mitgeführt oder für Langstrecken ein Dreizylinder-Verbrennungsmotor.

Generell wird das Thema Elektromobilität in Deutschland und Europa zur Zeit mit erhöhtem Interesse betrachtet.

Weblinks

• Plug In America (Wissenswertes und viele weitere Links) (englisch)
• EVWorld - zentrales US-Portal zu Elektro- und Hybridfahrzeugen (englisch)
• Das Nachrichtenportal zur elektrischen Mobilität (Aktuelles zu Plug-in Hybrid) (deutsch)

 Commons: Plug-in electric hybrid-powered vehicles – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur

• Tomi Engel: Plug-In Hybrids. Verlag Dr. Hut, München, 2007, ISBN 978-3-89963-327-6.

Quellen

1. ↑ [http://autoweb.com.au/cms/A_106337/newsarticle.html
2. ↑ ADAC Motorwelt März 2009, Seite 28
3. ↑ Toyota Prius PHV
4. ↑ Verweis: Porsche 918 Spyder auf der Konzernseite
5. ↑ swisscleandrive
6. ↑ http://www.heise.de/newsticker/Hybrid-oder-Elektroauto-Hersteller-eroeffnen-neue-Diskussion--/meldung/97918
7. ↑ Halbjahresbericht 2009, Mindset Holding, 22. September 2009 (insb. Seite 8, Kapitel "Fortführung")
8. ↑ „Geldnöte: Machtkämpfe erschüttern Mindset“, Neue Luzerner Zeitung, zisch.ch, 16. Februar 2010
9. ↑ „Elektroautos: Mindset schreibt tiefrote Zahlen“, Luzerner Zeitung, zisch.ch, 1. April 2010