Hybridantrieb einfach erklärt: Mild-, Voll- und Plug-in-Hybrid

Ein Hybridauto hat zwei Antriebe: einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor mit Batterie. Die Idee dahinter ist einfach. Der Elektromotor übernimmt, was der Verbrenner schlecht kann (Anfahren, Stadtverkehr, Rollen mit wenig Last), und beim Bremsen gewinnt das Auto Energie zurück, die sonst als Wärme in den Bremsscheiben verloren ginge.

Hinter dem Wort „Hybrid“ stecken allerdings sehr unterschiedliche Konzepte, vom Mild-Hybrid mit kleinem Startergenerator bis zum Plug-in-Hybrid, der je nach Modell etwa 40 bis über 100 Kilometer rein elektrisch fahren kann. Dieser Artikel erklärt die Technik, die Bauarten und für wen sich welche Variante eignet.

Das Grundprinzip: Rekuperation und Lastpunktverschiebung

Zwei physikalische Effekte machen den Hybrid sparsamer:

Rekuperation: Beim Bremsen arbeitet der Elektromotor als Generator. Er wandelt die Bewegungsenergie des Autos in Strom um und lädt damit die Batterie. Ein konventionelles Auto verwandelt diese Energie in den Bremsen vollständig in Wärme.
Lastpunktverschiebung: Ein Verbrennungsmotor arbeitet nur in einem bestimmten Bereich von Drehzahl und Last wirklich effizient. Bei niedriger Last, etwa beim langsamen Fahren in der Stadt, ist sein Wirkungsgrad schlecht. Der Hybrid lässt den Verbrenner möglichst im effizienten Bereich laufen: Braucht das Auto weniger Kraft, lädt der Überschuss die Batterie; braucht es mehr, hilft der Elektromotor.

Dazu kommt, dass ein Elektromotor sein volles Drehmoment schon aus dem Stand liefert. Gerade beim Anfahren, wo ein Verbrenner viel Kraftstoff braucht, spart das am meisten.

Die Hybridstufen

Mild-Hybrid (MHEV)

Ein Mild-Hybrid hat einen kleinen Elektromotor, meist einen riemengetriebenen Startergenerator, und ein 48-Volt-Bordnetz mit einer kleinen Batterie. Er kann nicht rein elektrisch fahren, unterstützt aber beim Anfahren und Beschleunigen, rekuperiert beim Bremsen und erlaubt längeres „Segeln“ mit abgeschaltetem Motor. Die Ersparnis liegt typischerweise bei einigen Prozent, je nach Fahrprofil und Hersteller. Heute haben viele neue Benziner und Diesel diese Technik.

Vollhybrid (HEV)

Ein Vollhybrid hat einen deutlich stärkeren Elektromotor und eine Hochvoltbatterie mit meist etwa 0,7 bis 1,5 kWh. Er kann kurze Strecken und bei niedrigem Tempo rein elektrisch fahren, etwa beim Rangieren oder im Stop-and-go-Verkehr. Geladen wird die Batterie ausschließlich während der Fahrt durch Rekuperation und den Verbrenner. Eine Steckdose braucht man nicht. Bekanntestes Beispiel ist der Toyota Prius, der 1997 als erstes Großserien-Hybridauto auf den Markt kam.

Plug-in-Hybrid (PHEV)

Ein Plug-in-Hybrid hat eine größere Batterie, meist zwischen 10 und 25 kWh, die an der Steckdose oder Wallbox geladen wird. Damit fährt er je nach Modell etwa 40 bis über 100 Kilometer rein elektrisch (Normwert), für längere Strecken springt der Verbrenner ein. Wer regelmäßig lädt und überwiegend kurze Strecken fährt, nutzt fast nur Strom. Wer nie lädt, fährt dagegen einen schweren Verbrenner mit zusätzlichem Batteriegewicht und verbraucht oft mehr als ein vergleichbares Auto ohne Hybrid. Auswertungen realer Verbrauchsdaten durch die EU-Kommission haben gezeigt, dass der Verbrauch vieler Plug-in-Hybride im Alltag deutlich über den Normwerten liegt, weil sie seltener geladen werden als angenommen.

Vergleich der drei Hybridstufen Mild-Hybrid, Vollhybrid und Plug-in-Hybrid nach Batteriegröße, elektrischer Reichweite und Art des Ladens. — Die drei Hybridstufen im Vergleich: Batteriegröße, elektrische Reichweite und wie die Batterie geladen wird.

Die Bauarten: seriell, parallel, leistungsverzweigt

Unabhängig von der Batteriegröße unterscheidet man, wie Verbrenner und Elektromotor mit den Rädern verbunden sind:

Serieller Hybrid: Der Verbrenner treibt nur einen Generator an, die Räder bewegt allein der Elektromotor. Der Verbrenner kann dadurch immer im besten Betriebspunkt laufen. Autos mit dieser Technik werden oft als „Range Extender“ oder als E-Antrieb mit Benzin-Generator vermarktet.
Paralleler Hybrid: Beide Motoren können die Räder direkt antreiben, einzeln oder gemeinsam. Das ist die häufigste Bauart, etwa mit einem Elektromotor zwischen Verbrenner und Getriebe.
Leistungsverzweigter Hybrid: Ein Planetengetriebe verteilt die Kraft des Verbrenners stufenlos auf die Räder und einen Generator. Diese Bauart, bekannt aus den Toyota-Hybriden, kombiniert die Vorteile von seriell und parallel.

Was passiert beim Fahren?

Bei einem Vollhybrid steuert ein Energiemanagement ständig, welcher Antrieb arbeitet. Ein typischer Ablauf in der Stadt:

Anfahren: rein elektrisch, der Verbrenner bleibt aus.
Beschleunigen: Der Verbrenner startet, beide Motoren arbeiten zusammen.
Konstante Fahrt: Der Verbrenner treibt an und lädt nebenbei die Batterie.
Bremsen und Rollen: Der Verbrenner geht aus, der Elektromotor rekuperiert. Erst bei starkem Bremsen greifen zusätzlich die mechanischen Bremsen.
Stehen an der Ampel: Beide Motoren sind aus.

Weil ein großer Teil der Bremsarbeit elektrisch erledigt wird, verschleißen Bremsbeläge bei Hybriden oft langsamer. Die Fahrassistenzsysteme ABS und ESP arbeiten dabei mit der Rekuperation zusammen: Droht ein Rad zu blockieren, wird die Rekuperation zurückgenommen.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Weniger Verbrauch vor allem im Stadtverkehr, wo viel gebremst und angefahren wird
Leiser und lokal emissionsfrei bei elektrischer Fahrt
Kein Ladestress beim Vollhybrid, große Reichweite beim Plug-in-Hybrid

Nachteile:

Zwei Antriebe bedeuten mehr Technik, mehr Gewicht und einen höheren Preis
Auf der Autobahn ist der Vorteil gering, weil dort kaum gebremst wird
Plug-in-Hybride sparen nur, wenn sie regelmäßig geladen werden

Für wen lohnt sich welcher Hybrid?

Viel Stadt und Pendeln ohne Lademöglichkeit: Vollhybrid.
Kurze Alltagswege, eigene Wallbox, gelegentlich lange Strecken: Plug-in-Hybrid.
Überwiegend Autobahn: Ein Hybrid bringt hier wenig. Ein effizienter Verbrenner mit Mild-Hybrid oder ein Elektroauto mit guter Schnellladefähigkeit ist meist die bessere Wahl.

Fazit

Ein Hybridantrieb kombiniert Verbrennungsmotor und Elektromotor, um Bremsenergie zurückzugewinnen und den Verbrenner möglichst effizient laufen zu lassen. Mild-Hybride unterstützen nur, Vollhybride fahren kurze Strecken elektrisch, Plug-in-Hybride werden an der Steckdose geladen und fahren im Alltag oft komplett elektrisch, sofern man sie tatsächlich lädt. Weitere Fahrzeugtechnik finden Sie in der Übersicht ABS, ASR und ESP: Fahrassistenzsysteme im Überblick.