Hybridantrieb: Das Auto erhält einen zweiten Antrieb

Hybridantrieb: Das Auto erhält einen zweiten Antrieb

 

In seiner über 100-jährigen Geschichte ist der Verbrennungsmotor als Antrieb für Kraftfahrzeuge unübertroffen. Die hohe Leistungsfähigkeit und der geringe Platzbedarf bei gleichzeitig großer Fahrreichweite, bezogen auf das verwendete Energiespeichermedium (Benzin, Diesel), konnten bislang von keiner anderen Antriebsart erreicht werden. Die Nachteile des Verbrennungsmotors liegen, neben dem niedrigen Wirkungsgrad im Teillastbereich, vor allem im Ausstoß von Schadstoffen als Folge des Verbrennungsprozesses. Verringern lassen sich diese negativen Effekte z. B. durch den Einsatz von Hybridantrieben, bei denen mehrere Antriebsquellen zum Einsatz kommen.

 

 Hybridantriebe mit Verbrennungsmotor und Elektroantrieb

 

Bedeutung haben bislang nur solche Hybridantriebe erreicht, die aus einem elektrisch gespeisten Antrieb (Batterie) und einem Verbrennungsmotor bestehen. Diese Antriebsvariante erlaubt es, die oben genannten Vorteile des Verbrennungsmotors und die gut ausgebaute Tankstelleninfrastruktur mit den Vorteilen des emissionslosen und geräuscharmen Elektroantriebs zu kombinieren. Zu unterscheiden ist zwischen seriellen und parallelen Hybridantrieben.

 

Serielle Anordnungen: Bei dieser Antriebsanordnung wird auf eine direkte Verbindung des Verbrennungsmotors mit den Rädern verzichtet. Der Motor erzeugt vielmehr über einen Generator elektrische Energie, die entweder in eine Batterie oder in den nachgeschalteten Elektromotor eingespeist wird. Diese mechanische Trennung des Verbrennungsmotors vom Antrieb ermöglicht es, dass der Motor mit konstanter Drehzahl bei optimalem Wirkungsgrad und gleichzeitig möglichst niedrigem Emissionsniveau läuft. Als nachteilig wirkt sich die mehrfache Energieumwandlung aus, sodass z. B. unter Berücksichtigung des Batteriewirkungsgrades (aufgenommene zu bereitstehender Energie) der Wirkungsgrad zwischen Verbrennungsmotor und Radantrieb bei maximal 55 % liegt. Bei einem Hybridbus mit serieller Antriebskonfiguration erreicht der elektrische Antrieb ähnliche Fahrleistungen wie ein normaler, dieselgetriebener Bus, wobei das Gewicht der Batterien lediglich ca. ¹/₆ des maximalen Gesamtgewichtes des Busses beträgt. Die hohen Belastungen der Batterien erfordern jedoch spezielle Zusatzaggregate, z. B. zur Kühlung und Entgasung der Batterien.

 

Parallele Anordnung: Bei parallel geschalteten Antrieben ist eine Addition der Antriebsleistung beider Motoren vorgesehen. Es besteht also eine mechanische Kopplung beider Antriebe mit den Rädern, wobei der Einsatz der Motoren wahlweise oder auch gleichzeitig erfolgt. Das Lastschaltgetriebe kann dabei entweder Verbrennungs- und Elektromotor (Variante 1) oder nur dem Verbrennungsmotor (Variante 2) nachgeschaltet sein. Im Gegensatz zu Variante 1 besitzt Variante 2 zwar einen besseren Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung, allerdings macht diese Anordnung eine Steuerung des Elektromotors erforderlich: Dieser muss den gesamten Drehzahlbereich zwischen null und Höchstdrehzahl abdecken. Zudem ist der Elektromotor für ein höheres Drehmoment auszulegen, da die Übersetzung durch ein Getriebe entfällt, was aufgrund des Zusammenhangs zwischen leistbarem Motormoment und Motorgewicht insgesamt zu einem höheren Fahrzeuggewicht führt. Bei einer Parallelanordnung wird der Elektromotor nur dann zum Fahrzeugantrieb eingesetzt, wenn weniger als fünf Kilowatt Leistung gefordert werden. Bei ausschließlichem Betrieb mit dem Verbrennungsmotor ist der Antrieb identisch mit dem eines »normalen« Fahrzeugs.

 

 Teure und schwere Batterien

 

Bislang befinden sich Hybridantriebe erst im Entwicklungsstadium bzw. vereinzelt im Einsatz. Zur Speicherung der elektrischen Energie kommen derzeit nur chemische Speicherelemente in Frage. Probleme mit diesen teuren und schweren Batterien sowie die geringe Reichweite bei ausschließlichem Elektrobetrieb, insbesondere bei häufigen Leistungsspitzen, haben eine breite Markteinführung des Konzeptes bisher verhindert. Als sinnvoll erweisen sich Fahrzeuge mit Hybridantrieb trotz der heute nur begrenzt einsetzbaren Batteriearten dann, wenn lokal ein emissionsfreier Antrieb von Bedeutung ist, z. B. im Stadtverkehr, bei größeren Reichweiten jedoch die Vorteile eines konventionellen Verbrennungsmotors genutzt werden sollen.

 

 Kalifornische Emissionsstandards

 

Insbesondere in Kalifornien wird versucht, die Schadstoffbelastung in Ballungszentren durch gesetzliche Maßnahmen deutlich zu reduzieren. Dort sollen ab dem Jahr 2003 »zero emission vehicles« (emissionsfreie Fahrzeuge) mindestens 10 % Anteil haben. In Deutschland und Europa ist ein derartiger Schritt noch nicht abzusehen. Die immer wieder diskutierte emissionsbezogene Besteuerung von Pkws könnte aber zu weiteren Schadstoffsenkung beim Individualverkehr führen.