VLOG



Kleine Akkukunde

Die Lithion-Ionen-Batterie

Die LFP-Batterie


Brennstoffzellenantrieb

Hybridantriebe

Ein Hybridfahrzeug ist nach EU-Definition ein Fahrzeug, in dem mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind, um das Fahrzeug anzutreiben.

Klassisch wird dazu ein Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Generator eingesetzt, zunehmend auch Brennstoffzellen, die aus mitgeführtem Wasserstoff direkt Elektrizität gewinnen, speziell bezeichnet als Brennstoffzellenfahrzeug (englisch Fuel Cell Hybrid Vehicle, FCHV):

Die einzelnen Motoren können auf unterschiedliche Weise zusammenarbeiten:

  • Parallel: Die Antriebe wirken gleichzeitig auf den zu bewegenden Teil.
  • Seriell: Nur ein Antrieb wirkt unmittelbar auf den zu bewegenden Teil. Der andere Antrieb stellt Leistung bereit, die umgewandelt und dem direkt wirkenden Antrieb zugeführt wird.

Serieller Hybrid

Bei einem seriell angeordneten Hybridantrieb, der dem klassischen dieselelektrischen Antrieb bei zum Beispiel Schiffen oder Lokomotiven entspricht, hat der zweite Energiewandler keinerlei mechanische Verbindung mehr zur eigentlichen Antriebsachse. Meist treibt ein Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator an, der die Fahrenergie bereitstellt oder den Fahrakku lädt. Beim Brennstoffzellenfahrzeug übernimmt die Brennstoffzelle die Funktion des Generators. Die Leistungsfähigkeit der Motor-Generator-Kombination oder der Brennstoffzelle bestimmt dabei die Dauerleistung und -höchstgeschwindigkeit. Bei kurzzeitigem höheren Leistungsbedarf können die Akkus zusätzlichen Strom liefern. Der oder die antreibende(n) Elektromotor(en) müssen immer das gesamte geforderte Drehmoment und die gesamte geforderte Leistung erbringen.

Paralleler Hybrid

Anders als beim seriellen Hybridantrieb kann beim parallelen Hybridantrieb ein Betriebszustand eingeschaltet werden, bei dem Elektromotor und Verbrennungsmotor zugleich auf den Antriebsstrang wirken, was die Drehmomente der einzelnen Antriebe addiert. Das ermöglicht eine schwächere Auslegung aller Motoren, was Kosten, Gewicht und Bauraum spart, im Falle des Verbrennungsmotors auch Kraftstoff (downsizing). Parallelhybride lassen sich vergleichsweise kostengünstig als Mildhybrid verwirklichen. Falls auch ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich sein soll, muss der Elektromotor dementsprechend ausgelegt werden. Charakteristisch für den parallelen Hybrid ist, dass beide Antriebsaggregate aufgrund der Leistungsaddition bei gleichen Fahrleistungen im Vergleich zum konventionellen Antrieb kleiner dimensioniert werden können.

Auch Mischformen sind möglich.

Serielle Hybridantriebe wurden lange Zeit nicht realisiert, weil man davon ausging, dass die angestrebte maximale Leistung des Fahrzeugs sowohl vom Verbrennungsmotor als auch vom Elektromotor bereitgestellt werden muss. Davon würde der gesamte Antrieb jedoch sehr schwer und teuer. Bei den aktuell diskutierten Range Extendern ist die Zielsetzung jedoch eine andere. Hier ist die Aufgabe des Verbrennungsmotors, nur im Notfall den Akkumulator aufzuladen, um die Reichweite zu vergrößern. Er muss daher nur eine deutlich geringere maximale Leistung aufweisen.

Micro-Hybrid

Mikrohybridfahrzeuge haben im Wesentlichen die folgenden Merkmale:

  • Start-Stopp-Automatik und zusätzlich
  • Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) zum Laden der Starterbatterie. Die Elektro-Maschine (Startergenerator) wird aber meist nicht oder kaum zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt.


Mild-Hybrid

Das Elektroantriebsteil unterstützt den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung. Die Bremsenergie kann in einer Nutzbremse teilweise wiedergewonnen werden.

Im Wesentlichen hat damit diese Ausführung folgende Merkmale:

  • Start-Stopp-Funktion
  • Rekuperation (in aller Regel stärker als bei Mikro-Hybrid)
  • etwas elektromotorische Unterstützung des Antriebs beim Losfahren des Fahrzeugs und bei hoher Beschleunigung, größere Distanzen sind damit nicht elektrisch möglich


Voll-Hybrid

Vollhybridfahrzeuge sind mit ihrer elektromotorischen Leistung von mehr als 20 kW/t in der Lage, auch rein elektromotorisch zu fahren (einschließlich Anfahren und Beschleunigen) und stellen daher die Grundlage für einen seriellen Hybriden dar.

In groben Zügen lassen sich die Merkmale wie folgt zusammenfassen:

  • Start-Stopp-Funktion
  • Rekuperation
  • Ausschließlich elektrischer Antrieb möglich
  • Boost-Funktion (gleichzeitiger Antrieb von allen Motoren, sowohl elektrischer Antrieb und zusätzlich der Verbrennungsmotor)



Range Extender

Der Begriff des Range Extenders (Reichweitenverlängerer, auch REX) stellt die Fähigkeit in den Vordergrund, im Normalbetrieb rein oder überwiegend mit elektrischer Energiezufuhr zu fahren, aber bei Bedarf (z. B. mangels Ladesäulen) auch einen Verbrennungsmotor in Betrieb zu nehmen, der weniger leistungsstark ist. So können eventuelle Nachteile aufgrund mangelnder elektrischer Reichweite oder fehlender elektrischer Nachlademöglichkeiten ausgeglichen werden. Nachteile des REX sind das erhöhte Gewicht durch Motor, Getriebe und Tank, eine meist die recht begrenzte Tankkapazität, sowie die durch die verringerte Leistung des Extenders dann bei leerer Batterie begrenzte Durchschnittsgeschwindigkeit im Nachladebetrieb.


Plug-in-Hybrid

Eine Erweiterung der Hybrid-Technik stellen die Plug-in-Hybride (PHEV) dar, die versuchen, den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken, indem die Akkus nicht mehr ausschließlich durch den Verbrennungsmotor, sondern zusätzlich auch am Stromnetz aufgeladen werden können. Das englische Wort Plug bedeutet so viel wie Stecker, der für den Anschluss des Fahrzeugs an das Stromnetz nötig ist. Bei diesem Konzept wird gesteigerter Wert auf eine Vergrößerung der Akkukapazität gelegt, um auch größere Strecken ohne lokale Emissionen zurücklegen zu können. Bei ausreichender Kapazität können Kurzstrecken (etwa 60 bis 80 Kilometer) so ausschließlich im Elektrobetrieb zurückgelegt werden, während der Verbrennungsmotor zusätzlich als Generator zum Nachladen der Batterien verwendet wird, um auch größere Strecken zu ermöglichen. Durch den möglichen Alleinbetrieb des Verbrennungsmotors sind auch bei leerer Batterie größere Fahrstrecken möglich.