Was ist ein Hybridantrieb

Was ist ein Hybridantrieb?

Mit einem Hybridantrieb bezeichnet man im Allgemeinen die Kombinationen verschiedenster Techniken für den Antrieb. Der Antrieb wird somit als Hybrid bezeichnet.

Ein so genanntes Hybridfahrzeug ist hingegen nach der UNO-Definition ein Fahrzeug, das mit mindestens zwei Energieumwandlern und zwei Energiespeichersystemen ausgestattet ist und davon angetrieben wird. Elektro-, Otto und Dieselmotoren sind beispielsweise Energiewandler, Batterie oder Kraftstofftank sind Energiespeicher. Andere Kombinationen wurden aber auch realisiert, hierzu zählt der Stirlingmotor, welcher mit hydraulischen Antrieb und pneumatischen Akkumulator.

Die WIPO erarbeitet eine ausführliche technische Definition, wo die eingereichten Patente der Patentämter von den Mitgliedsstaaten die Klassifikation definieren.

 

Funktionsweise Hybridantrieb

Die einzelnen Motoren im Hybridantrieb können unterschiedlich zusammenarbeiten, entweder parallel, dann wirken die Antriebe zur gleichen Zeit auf den bewegungsfähigen Teil, oder seriell, hier wirkt nur unmittelbar ein Antrieb auf den bewegungsfähigen Teil, während der andere nur Leistung bereitstellt, die umgewandelt, dem direkt wirkenden Antrieb zugeführt wird. Es sind natürlich auch verschiedene Mischungen aus den Antrieben möglich.

Der Hybridantrieb wird oft auch als Hybridmotor bezeichnet, dies gilt zum Beispiel für Straßenfahrzeuge wie Pkw, Lkw oder Busse. Eigentlich sind Hybridmotoren allerdings nur Verbrennungsmotoren, welche die Merkmal und Eigenschaften von Diesel- und Ottomotoren aufweisen.


Geschichtliche Entwicklung des Hybridantriebes

 


Der Hybridantrieb ist aber auch keine neue Entwicklung. Schon seit fast seit dem Beginn der Automobilisierung kennt man den Hybridantrieb in der einen oder anderen Form. In den Anfängen des 20. Jahrhunderts spielten bereits in den USA Elektrofahrzeuge eine große Rolle. Man mag es kaum glauben, aber um die Jahrhundertwende waren dort mehr Elektrofahrzeuge als Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor zugelassen. Damals waren die Verbrennungsmaschinen einfach noch nicht ausgereift genug. Der Start von Hand, die große Abgasentwicklung und die starke Lärmbelästigung waren alles starke Nachteile welche den Elektromaschinen den Vorrang gab. Aber auch bereits zu dieser Zeit gab es die ersten Ansätze die Vorteile von Verbrennungsmotoren mit denen der Elektromotoren zu kombinieren und so ein einzigartiges und von beiden Vorteilen geprägtes System zu schaffen.

Das erste Hybridfahrzeug - Der Lohner Porsche

 

Im Jahr 1900 wurde auf der Weltausstellung in Paris von dem damals 25 Jahre alten Ferdinand Porsche der Lohner-Porsche vorgestellt. Dieses Vehikel beinhaltete einen Benzinmotor, welcher mit einem Generator gekoppelt war. Diese  Kombination der zwei Motoren versorgte vier als Radnabenmotoren in den Rädern installierte Elektromaschinen welche durch die elektrische Energie zum Laufen gebracht wurden.

Somit hatten wir mit dem Lohner-Porsche eigentlich eines der ersten Fahrzeuge mit Allradantrieb. Darüber hinaus war dieses Fahrzeug natürlich auch eines der ersten Hybridfahrzeuge. Aber in der schnellen Automobilisierung waren jedoch die vielen offensichtlichen Vorteile des ständig weiterentwickelten Verbrennungsmotors der Grund, warum heute fast alle Kraftfahrzeuge, seien es jetzt PKW, Krafträder, LKWs oder andere Fahrzeuge, fast nur mit Diesel – oder Ottomotoren angetrieben werden.

Die Energiekrise in den 70er Jahren gab Grund für neue Diskussionen bezüglich der Abhängigkeit des kompletten KFZ-Verkehrs vom nahen Osten und dessen Öl-Lieferungen an Europa und den Rest der Welt. Somit wurde wieder vermehrt über neue Alternativen nachgedacht. Daraus entstanden verstärkte Entwicklungs- und Forschungsaktivitäten im Bereich der alternativen Antriebe. Seien es kombinierte Systeme oder völlige neue Konzepte. Unter anderem natürlich auch auf dem Gebiet der Hybridantriebe, welche in den Bereich der Kombi-Systeme fällt. Der Grundgedanke beruhte auf die Einspaarung von Kraftstoff durch die Zusammenarbeit eines normalen Verbrennungsmotors und einem Elektroantrieb welche zu einer besseren Effizienz und wesentlichen Einspaarungen führen sollte.

In den weiteren Jahren, den 80er und 90er Jahren, kam hier noch die Diskussion um schädliche Umweltstoffe durch die Verbrennungsmotoren hinzu. Hierzu gehören unter anderem unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und natürlich Stickoxide. Durch diese Schadstoffe ist ein zusätzliches neues Licht auf die Einspaarung durch kombinierte Systeme und Antriebe gefallen. Hierdurch würden natürlich auch nicht nur der Verbrauch des Kraftstoffes wie Benzin oder Diesel reduziert, sondern auch die daraus entstehenden Schadstoffe.

Aus der Perspektive der Elektrofahrzeuge welche batteriebetrieben sind ist die Kombination eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine zu einem Hybridantrieb wirklich sinnvoll. So werden von beiden Systemen die Vorteile gebündelt und zu einem einzigartigen Antrieb verbunden. Zu diesen Vorteilen gehören unter anderem hohe Reichweite. Rückgewinnung der Bremsenergie, emissionsfreier Betrieb, schnelles Nachtanken sowie natürlich auch die Nutzung der regenerativen Energien.

Aus der Perspektive der Fahrzeuge welche durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden ist die Kombination mit einem Elektroantrieb sehr sinnvoll, da der entkoppelte Betrieb des Verbrennungsmotors vom Fahrleistungsbedarf ermöglich wird. Somit kann der Betrieb im Wirkungsgradungünstigen Teilbereich verhindert. Ein Hybridantrieb kann aber doch nicht einfach nur ein Antrieb sein, welcher aus zwei Antrieben zusammengebaut ist. Hier muss bedacht werden, dass eine Kombination dieser Antrieb oder besser gesagt Systeme auch die Abstimmungen, Dimensionierungen, evtl. Umbauten erst die Vorteile beider Systeme optimal aufeinander abstimmen und sie so erst richtig zur Geltung bringen. Im gleichen Zug können natürlich dadurch die Schwächen der Systeme auf ein Minimum bzw. ganz reduziert werden. Dadurch wird die Möglichkeit sowohl Emissions- und Verbrauchsreduktionen sowie auch zu lokalen emissions- und schadstofffreien Fahren ermöglicht. Je nach Einsatzzweck und Zielsetzung sind somit verschiedenste Lösungen und Kombinationen denkbar.

 

Hybrid Varianten

Häufig werden die verschiedenen Varianten der Hybridantrieb nach der Leistung der elektrischen Maschine und die dadurch zusätzlichen Leistungen und Funktionalitäten bewertet.

Die bekanntesten Einordnungen oder Einstufungen sind Mild-Hybrid, Micro-Hybrid und Full-Hybrid. Die jeweiligen Merkmale zur Unterscheidungen der Varianten sind hier nun genauer erklärt.

Besonders bei den ausgeprägten Hybridfahrzeugen, die in den Bereich Voll-Hybrid oder Mild-Hybrid eingeordnet werden können, bringen weitere Merkmale zur Differenzierung mit sich die abhängig von der technischen Ausprägung des Antriebsstranges sind.

Mild-Hybrid

Merkmale zur technischen Unterscheidung:

- Verbrauchseinsparung 15-20%

- Leistung E-Maschine(n) max. 10-15 kW

- Spannungsniveau 42- ca.150 Volt

Funktionen:

- Boosten

- Rekuperation

- Optimierter Generatorantrieb

- Start&Stopp

Varianten des Hybrid:

- Parallel Hybrid


Micro-Hybrid

Merkmale zur technischen Unterscheidung:

- Spannungsniveau 12 Volt

- Leistung E-Maschine(n) max. 2-3 kW

- Verbrauchseinsparung 5-10%H

Funktionen:

- Optimierter Generatorantrieb

- Start&Stopp

Varianten des Hybrid:

- Parallel Hybrid

- Start&Stop Hybrid