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SEITE 8 FREITAG, 28. AUGUST 2020 Kraft der zwei Herzen: Wie funktioniert ein Hybridsystem? Elektrische Antr Von Stefan Weißenborn Gebündelt, gekreuzt, vermischt: Beim Hybridantrieb im Auto machen Verbrennungs- und E-Motoren gemeinsame Sache. Doch zwischen den Varianten gibt es teils große Unterschiede. Stuttgart/Landsberg. 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. Doch damit hören die Gemeinsamkeiten 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 von 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. Der Mildhybrid fährt nur selten elektrisch allein 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 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. 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.“ Im Mikrohybrid ist der Generator im Vergleich mit einer konventionellen Lichtmaschine oft 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 adhoc zur Verfügung steht. Wie bei allen Hybridsystemen ist die leitende Idee, den Verbrenner dadurch 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 zeitgleich 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 12 Volt kann damit vier mal 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. In Sachen Kraftstoffersparnis lohnt der Vollhybrid 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.“ Mit einem Range Extender zu mehr Reichweite 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. 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 der Regel wirkt der Range Extender nicht auf die Kurbelwelle und ist vom Antrieb entkoppelt. So läuft er kraftstoffsparend im optimalen Drehzahlbereich. 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. Kernstück eines jeden Hybridsystems ist ein zusätzlicher E-Motor, der ergänzend zum Verbrenner an Bord ist. Wie beide mit dem Antrieb verbunden sind, ist aber unterschiedlich. Foto: Hyundai © electriceye - stock.adobe.com Wuchtbrumme: E-Autos wie der Audi e-tron Sportback S sollen nicht nur mit hohem Drehmoment sondern au Von Thomas Geiger Berlin. Das erste Mal vergisst man nie. Denn egal ob kleiner Stadtflitzer oder gewichtiger Geländewagen – wann immer ein Elektroauto startet, erlebt der Fahrer einen Kick, wie ihn sonst nur Sportwagen bieten. Auf den ersten Metern hat selbst gegen einen kleinen Stromer wie den Peugeot e-208 sogar ein Porsche keine Chance. Und obwohl das Tesla Model X doppelt so schwer und alles andere als windschnittig ist, hängt es an der Ampel sogar einen McLaren ab. Dass dieser Sprint bei den Stromern auch noch in absoluter Stille erfolgt, macht die Raserei umso eindrucksvoller. Und das ist nicht der einzige Sinneswandel, auf den sich Umsteiger einstellen müssen. Sondern mit dem neuen Antrieb gehen eine ganze Reihe neuer „Erfahrungen“ einher, die den Zeitenwechsel buchstäblich spannend machen. Die volle Kraft packt schon aus dem Stand zu Dass die Stromer so gute Sprinter sind, ist technisch begründet, erläutert Stefan Weckbach, der für Porsche die Taycan-Entwicklung verantwortet hat: Anders als Verbrenner entwickeln Elektromotoren ihre maximale Anzugskraft von der ersten Umdrehung an und können deshalb ohne Gedenksekunde starten. Allerdings ist die Beschleunigung nicht linear und lässt je nach Marke und Modell schnell spürbar nach. Bei Kleinwagen wie dem Opel Corsa e oder dem Renault Zoe merkt man das schon auf der Landstraße, bei Oberklasse- Modellen wie dem Audi e-tron oder dem Mercedes EQC spätestens auf der Autobahn. „Denn in der Regel haben Elektroautos Im E-Auto vieles an Mobilitätslösungen der Zukunft sollen in erst wir dann nur noch nüchterne Vernunft-Fa transportieren? Wer so über Elek Der Spaß bleibt darin kei bislang nur einen Gang und wir müssen mit einer Übersetzung die richtige Balance zwischen Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit finden“, beschreibt EQC-Projektleiter Michael Kelz von Mercedes die Zwickmühle der Ingenieure. Und egal wie schnell ein Stromer nun auf Tempo kommt, verbieten sich hohe Endgeschwindigkeiten von selbst, weil sonst die Reichweite rapide abbaut. Bei ihren Verbrennern meist auf Tempo 250 fixiert, beschränken sich deshalb zum Beispiel Mercedes und Audi bei ihren Batteriemodellen bislang auf 180 km/h und erlauben nur in Ausnahmefällen bei Sportmodellen wie dem kommenden e- tron Sportback S mal 210 km/h. Aber nicht nur die Entwickler müssen beim Umgang mit dem Tempo umdenken – auch der Fahrer muss sein Koordinatensystem neu kalibrieren. Denn vor allem in der Stadt geht das Gefühl für die Geschwindigkeit ein wenig verloren, wenn die gewohnte Geräuschkulisse des Motors fehlt. Erst jenseits von etwa 80 Stundenkilometern ist die Welt dann wieder in Ordnung, wenn sich Reifen und Windgeräusche einstellen und den Motorsound ohnehin überlagern. Ebenfalls eine neue Erfahrung im Elektroauto ist das Bremsen. Im Ringen um maximale Reichweite setzen die Stromer auf die sogenannte Rekuperation und polen den Elektromotor dafür zum Generator um, erläutert Skoda-Entwicklungsvorstand Christian Strube bei der ersten Testfahrt mit dem kommenden Elektro-SUV Enyaq. Sobald man den Fuß vom Pedal nimmt, wandelt er Bewegungsenergie in Strom um und verzögert so das Fahrzeug, ohne dass die mechanischen Bremsen benötigt werden. E- Fahrer sprechen da vom One- Pedal-Driving und kommen mit ein bisschen Übung ganz ohne Bremse durch den Tag. Allerdings gibt es da von Hersteller zu Hersteller gravierende Unterschiede: Während etwa Tesla extrem stark rekuperiert und man förmlich in den Gurt rutscht, sobald man den Fuß lupft, muss man den Grad der Rekuperation beim Enyaq für den Verzicht auf die Bremse im Menü erhöhen. Und Porsche lässt den Taycan gleich schier endlos segeln.
SEITE 9 iebe im Überblick Beim Strompreis sollten Autofahrer zweimal hinsehen ch mit hoher Spitze jenseits von Tempo 200 beeindrucken. fühlt sich ders an er Linie umweltfreundlicher sein. Bekommen hrzeuge, die Menschen nur von A nach B troautos denkt, der irrt gewaltig. nesfalls auf der Strecke. Zwar wird auch dort die meiste Zeit elektrisch „gebremst“, sagt Weckbach, doch als Fahrerauto ausgelegt, nehmen die Schwaben auch den Fahrer in die Pflicht und zwingen ihn zur Nutzung des zweiten Pedals. „Das ist eine Frage der Philosophie, die bei uns immer den Fahrer in den Mittelpunkt stellt. Wir bremsen deshalb nur, wenn der Fahrer das eindeutige Signal dazu gibt. Und das macht er mit dem rechten Fuß.“ Mehr Platz hinten und manchmal auch vorn Neben dem reinen Fahrgefühl und der neuen Ruhe beim Reisen gibt es bei den Stromern aber auch ein paar Eigenheiten, die nur mittelbar mit dem Elektroantrieb zu tun haben. Da sind zum einen die Platzverhältnisse: Weil E-Motoren viel kleiner sind als Verbrenner und die Batterien meist im Wagenboden verschwinden, bieten dezidiert um den neuen Antrieb herum entwickelte Fahrzeuge spürbar mehr Platz für die Passagiere. Der VW ID.3 zum Beispiel hat nach Angaben von Entwicklungsvorstand Frank Welsch Foto: SAGMEister Potography Abmessungen wie der Golf, aber einen Innenraum so groß wie beim Passat. Und Tesla verspricht für das Model Y als einzigem kompakten SUV sogar eine dritte Sitzreihe. Außerdem lässt sich bei den Stromern – wie sonst nur bei Mittel- oder Heckmotorsportwagen vom Schlage eines Porsche 911 – auch der Bug als Kofferraum nutzen und wird dann aus der englischen Kombination von „Front“ und „Trunk“ zum „Frunk“. Zumeist macht auch das Anzeige- und Bedienkonzept einen Unterschied. Dass man das Laden über eine App auf dem Smartphone kontrollieren und kommandieren kann, ist gängiger Standard. Das gilt auch für das sogenannte Konditionieren, bei dem man den Strom aus der Ladesäule nutzt, um das Auto schon vor der Abfahrt zu heizen oder zu kühlen. Und natürlich lassen sich die Hersteller viel einfallen, um den Aktionsradius zu illustrieren, selbst wenn die Reichweitenangst mittlerweile hinfällig ist, wenn sogar Kleinwagen schon WLTP-Radien von 300 Kilometern und mehr schaffen und Luxusmodelle über 500 Kilometer weit kommen. Doch weil Elektroautos als besonders fortschrittlich gelten sollen, werden meist auch im Cockpit neue Wege beschritten. Besonders, wenn sie sich keine Komponenten mit konventionellen Fahrzeugen teilen müssen. Der BMW i3 hat dabei vor acht Jahren mit seinem radikal reduzierten Armaturenbrett den Anfang gemacht, Porsche hat den Taycan mit einer riesigen Bildschirmlandschaft gestaltet wie ein Raumschiff. Und Tesla setzt bei Model 3 und Model Y auf eine Coolness, wie man sie sonst nur von iPhone & Co kennt. Denn nahezu alle Tasten und sämtliche Anzeigen weichen einem einzigen Touchscreen, der in der Mitte vor dem Armaturenbrett thront. Luxus bleibt Luxus und Sport bleibt Sport Zwar proklamieren Pioniere wie Tesla-Chef Elon Musk eine Energiewende auf der Straße und sprechen vom Fahrgefühl einer neuen Zeit – doch die alten Ideale bleiben auch in der Akku-Ära bestehen: Luxus und Leistung definieren die Spitze des Segments, egal ob mit Sprit gefahren wird oder mit Strom. Deshalb etabliert sich über all den elektrischen Alternativen vom Kleinwagen bis zur Luxuslimousine gerade mit Modellen wie dem Nio XP9, dem Lotus Evija und dem Pininfarina Battista das neue Segment der elektrischen Hyper-Sportwagen – mit Motoren zum Teil weit jenseits von 735 kW/1000 PS und Geschwindigkeiten, die bis deutlich über 300 km/h reichen. „Denn egal welche Energie ein Auto auch antreibt“, heißt es aus dem Pininfarina- Team, „am Ende ist es immer das Fahren, das die Faszination ausmacht.“ Von Claudius Lüder Die Ladeinfrastruktur für E-Autos soll weiter wachsen. Doch noch sind E-Tankstellen längst nicht immer leicht zu finden. Und oft zahlen Kunden auch zu viel für ihren Strom. Berlin/München.Wer als Benzinoder Dieselfahrer tanken muss, hat es leicht: Große Leuchttafeln zeigen schon von weitem die nächste Tankstelle an. Stromtankstellen hingegen liegen oft versteckt in Wohngebieten, auf Parkplätzen von Supermärkten oder bei örtlichen Stadtwerken. Die schlechte Ladeinfrastruktur ist ein Grund, warum so mancher den Wechsel zum E- Auto scheut. Aktuell gibt es dem Bundesverband eMobilität (BEM) zufolge rund 27000 öffentlich zugängliche Ladepunkte. „Insgesamt entwickelt sich die Ladeinfrastruktur in Deutschland erfreulich“, sagt Markus Emmert vom BEM. „Um allerdings von einem guten Netz sprechen zu können, bräuchten wir für den derzeitigen Fahrzeugbestand von circa 270 000 E-Autos rund 42 000 öffentliche Ladepunkte.“ Insgesamt aber müssten Stromtankstellen noch viel „sichtbarer“ sein, sagt auch Volker Blandow vom Tüv Süd, damit die Akzeptanz für E-Autos weiter steige. „Der Kunde muss die Sicherheit nicht nur gesagt bekommen, er muss sie sich in der Praxis auch „erfahren“ können, indem er Strom dann bekommt, wenn er ihn braucht.“ Ausgebaut wird das öffentliche Ladenetz derzeit auch entlang der Autobahnen. „Dort wird an einem Schnellladenetz gearbeitet, über das alle 400 deutschen Autobahnraststätten mit einer redundanten Schnellladetechnik, teils mit High Power Chargern mit 150 und 350 kW, ausgestattet werden“, sagt Blandow. Zum Vergleich: Normale Stromtankstellen haben eine Leistung von 22 kW. Zu finden sind Ladepunkte in erster Linie über Apps oder die Navis der Autos. Zudem gibt es tagesaktuelle Übersichten wie das Ladesäulenregister der Bundesnetzagentur, wo über bestimmte Filter auch der passende Ladesäulen-Typ gefunden werden kann. In einigen Fahrzeug-Navigationssystemen kann der nächste Ladepunkt mit der Restreichweite verknüpft werden. Das System rechnet dann genau aus, mit wie viel Reststrom das Ziel erreicht wird. Kritik gibt es nach wie vor an den Abrechnungs- und Bezahlsystemen öffentlicher Ladesäulen. „Grundsätzlich sollte die Abrechnung nach abgegebenen Kilowattstunden erfolgen, zudem sollte der Preis transparent ersichtlich sein“, sagt Emmert. Das jedoch sei längst nicht immer der Fall. Wo finde ich die nächste Stromtankstelle? Zudem wünscht sich der BEM einen Zugang und eine Abrechnung an allen öffentlichen Ladepunkten auch für das Ad- Hoc-Laden mit der Möglichkeit, auch über die gängigen Bezahlund Kreditkarten abzurechnen. Volker Blandow bemängelt zudem, dass der komplett barrierefreie Zugang – jedes Fahrzeug, an jeder Ladesäule, mit jedem Stromanbieter – noch nicht flächendeckend möglich ist. Dies bleibe eine Aufgabe auf europäischer Ebene. Am Ende müsse der Ladeprozess inklusive Abrechnung bequemer sein als die Fahrt zur Tankstelle, „Dann wird der Kunde das notwendige Vertrauen haben, sich uneingeschränkt mit dem Elektrofahrzeug bewegen zu können.“ Hilfreich können Dienstleister wie Plugsurfing, NewMotion oder Get Charge sein, die über ihre Zugangsschlüssel deutschland- und europaweit den Zugang zur Ladeinfrastruktur ermöglichen. Mit einem Chip, den sie an die Säule halten, können Kunden dann sofort Strom zapfen und müssen keine Einzelverträge mit den Betreibern abschließen. Am Ende des Monats gibt es eine Rechnung. In den meisten Fällen verteuere ein derartiger zusätzlicher Dienstleister den Preis aber unnötig, kritisiert der BEM. Denn die Service-Provider verlangen eine Provision für die Abrechnung an der Stromtankstelle. Günstiger ist es für Kunden daher, sich direkt bei den Betreibern der Ladesäulen zu registrieren. Grundsätzlich können die Kosten für eine Kilowattstunde Autostrom zwischen 29 und 89 Cent schwanken. Immer mehr Supermärkte, Möbelhäuser und Touristikbüros bieten Autostrom auch zum Nulltarif an. Öffentliche Ladepunkte sind das eine, viel wichtiger aber ist für die meisten E-Autofahrer das Aufladen zu Hause oder am Arbeitsplatz. Dem BEM zufolge finden hier über 80 Prozent aller Ladevorgänge statt. „Das E-Auto wird unseren gewohnten Umgang mit der Tankstelle deutlich verändern. Fahrzeuge sind bekanntermaßen Stehzeuge, was sich die Elektromobilität zunutze macht. Jeder Parkvorgang kann dann zum Laden genutzt werden“, sagt Emmert. Verbrauch ist oftmals höher als er vom Bordcomputer angezeigt Die Bordcomputer von E-Autos zeigen an, wie viel Strom beim Fahren verbraucht wird. Allerdings informieren sie nicht unbedingt über den gesamten Energiebedarf. Dieser kann nach Angaben des ADAC um bis zu rund einem Viertel höher liegen. Zu seiner Einschätzung kommt der ADAC nach einem Vergleich von 15 E-Autos. Dabei wichen die Verbrauchsangaben des Bordcomputer um 10 bis rund 25 Prozent von dem an der Ladesäule ermittelten Verbrauch ab. Neben sonstigen Ungenauigkeiten könnten die Systeme der Autos Ladeverluste nicht erkennen - diese entstehen beim Aufladen in der Ladestation, im Ladegerät an Bord und in der Batterie, erklärt der Autoclub. Mit Stecker noch selten: Reine E-Autos haben immer noch eher Exotenstatus im Straßenverkehr. Foto: Julian STRATEnschulte
