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Plug-in-Hybrid

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Ein Plug-in-Hybrid ist ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, dessen Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch am Stromnetz geladen werden kann. Meist hat er einen größeren Akkumulator als ein reiner Hybrid (Vollhybrid) und ist somit näher als letzterer am Elektroauto.

Eine häufig verwendete Abkürzung ist PHEV (für englisch plug-in hybrid electric vehicle).

Entwicklungslinien zum PHEV

Die Entwicklung des Plug-in-Hybrids hat im Vergleich mit Hybridfahrzeugen ohne externe Lademöglichkeit erst vergleichsweise spät eingesetzt. Grundsätzlich lassen sich dabei zwei Entwicklungslinien unterscheiden, die durch die Weiterentwicklung zweier unterschiedlicher Antriebskonzepte geprägt sind. Sowohl die hybriden Antriebe (so genannte Vollhybride) als auch die rein elektrischen Antriebe können als Vorläufer betrachtet werden.

Bei den Vollhybriden, z. B. Toyota Prius, kann in bestimmten Fahrzuständen (betriebswarm, geringe Geschwindigkeit, geringer Leistungsbedarf) rein elektrisch gefahren werden. Der Akku muss zunächst jedoch entweder direkt durch den Verbrennungsmotor geladen werden oder indirekt, durch die Nutzbremse bzw. Rekuperation. Ist der Akku weitgehend entladen, dann wird der elektrische Antrieb von der Steuerung nicht freigegeben. Der Akku eines PHEV aus dieser Entwicklungslinie ist meist nicht viel größer als der eines Vollhybrids. Er kann jedoch auch an einer Stromtankstelle oder der heimischen Steckdose aufgeladen werden. Dadurch kann ein deutlich größeren Anteil der gefahrenen Kilometer ohne Verbrennen von Benzin erfolgen als bei einem Vollhybrid, muss doch die für elektrisches Fahren notwendige Energiemenge nicht erst während der Fahrt mit dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, sondern kann bereits durch vorheriges Aufladen an der Steckdose bereitgestellt werden.

Die Entwicklung eines PHEV basierend auf einem Elektroauto mit einem Reichweitenverlängerer (Range Extender, REX) erfolgte aus einer ganz anderen Motivation heraus. Hier sollte zum Teil auf der Basis eines Elektrofahrzeugs die Möglichkeit geschaffen werden, die Fahrt fortzusetzen und ggf. den Akku auch während einer Fahrt aufladen zu können, wenn der Ladezustand eine Weiterfahrt sonst unmöglich gemacht hätte.[1] Beim BMW i3 kann der optionale Zweizylindermotor aus einem Roller nur den Akku, aber nicht mechanisch die Räder antreiben, wodurch der i3 ein sogenanntes „serielles Hybridfahrzeug“ ist. Im Opel Ampera dient der Verbrennungsmotor vor allem als Stromerzeuger für den elektrischen Antrieb, wenn der Ladezustand der Batterie zu niedrig ist; dabei dient der zweite Elektromotor als Generator. Sowohl der zweite E-Motor als auch der Verbrennungsmotor können bei Bedarf, z. B. höhere Geschwindigkeiten, mechanische Antriebsleistung erbringen, indem sie über ein Planetengetriebe des Voltec-Antriebs in den Antriebsstrang eingekuppelt werden. Der große „erste“ Elektromotor ist immer der Hauptantriebsmotor.

Der Unterschied zwischen den beiden Plug-in-Charakteristiken, PHEV nah am Vollhybrid oder nah am E-Auto, besteht im Wesentlichen darin, welche Energiezuführung die primäre und welche die sekundäre ist.

Während der Antrieb mit einem Elektromotor durch die Bezeichnung „hybridelektrisch“ festgelegt ist, lässt der Begriff die Art des zweiten Antriebs erst einmal offen. In der Regel ist dieser jedoch ein konventioneller Verbrennungsmotor, so bei dem ab 2003 angebotenen, aber mittlerweile wieder eingestellten Renault Kangoo Elect'road.

Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge verbinden Vorteile und Nachteile von Batteriefahrzeugen und Verbrennerfahrzeugen. Auf kürzeren Strecken und bei Verkehrseinschränkungen für Verbrennungsmotoren kann das Auto mit dem elektrischen Antrieb leise, lokal emissionsfrei und sparsam mit Strom aus der Batterie fahren, während durch den zweiten Antrieb (z. B. den Benzinverbrenner) das Auto auch dann noch fahren kann, wenn die Batterie leer ist, womit eine höhere Reichweite möglich wird. Auf der anderen Seite stehen Nachteile, vor allem die Komplexität und die hohen Herstellungskosten. Diese liegen meistens u. a. wegen der größeren Batterie über denen eines nicht steckdosenladbaren Hybridfahrzeugs. Die Integration zweier weitgehend vollständiger Antriebssysteme führt außerdem zu einem erhöhten Fahrzeuggewicht. Bei Range-Extender-Bauweise wird die Dauerhöchstgeschwindigkeit auf Langstrecken bei leerer Batterie meist durch die begrenzte Leistung des Reichweitenverlängerers limitiert.

Bestand von Plug-in-Hybrid Pkw in Deutschland
2017 2018 2019
Bestand am 1.1. 44.419[2] 66.997[3]
neu zugelassene Plug-in-Hybrid (PHEV) 29.436[4] 31.442 45.348
abgemeldete Plug-in-Hybrid (PHEV)
Anstieg gegenüber dem Vorjahr +111,8 %[5] +50,8 %[6]

Beispiele

Der BYD F3DM ist das weltweit erste in Massenproduktion hergestellte Plug-in-Hybrid.[7] Er wurde zwischen 2008 und 2013 vom chinesischen Automobilhersteller BYD Auto gebaut.

Mitsubishi Plug-in-Hybrid Outlander

Mitsubishi stellte auf dem Pariser Autosalon 2012 mit dem Plug-in Hybrid Outlander den ersten Plug-in-Hybrid-Allrad-SUV der Welt vor. Dank seines Lithium-Ionen-Akkumulators mit einer Kapazität von 12 kWh erreicht er eine rein elektrische Reichweite von 52 km.

Der weltweit erste Van, der auch als Plug-in-Hybrid produziert wird, ist der Chrysler Pacifica Hybrid.

Weitere Fahrzeuge sind in der Liste der Hybridautomobile in Serienfertigung aufgeführt.

Kritik

Sonderform des Hybrid: Im Wagen Elektromotor und Akkus, im Anhänger bei Bedarf Verbrennungsmotor, Treibstofftank und Generator, der Genset trailer von AC Propulsion tzero

Es wird vermutet, dass viele Fahrzeuge nur selten elektrisch aufgeladen werden[8], z. B. bei Geschäftswagen, deren Fahrer kostenlos tanken können.[9]

Ein White Paper des Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung unterstützt diese Kritik und behandelt einen Vergleich zwischen NEFZ-Tests und dem Realbereich. Dieser Vergleich zeigt eine deutliche Diskrepanz auf, so ist bei Privatfahrzeugen der Verbrauch von Kraftstoff in Deutschland zwei bis vier mal so hoch wie im Testzyklus, bei Dienstwagen liegt der Faktor bei drei bis vier. In den USA, Kanada und Norwegen hingegen ist der Faktor nur zwei mal so hoch. Schuld für diese so hoch ausfallenden negativ Werte gibt die Studie hauptsächlich der nicht gut ausgebauten Ladeinfrastruktur. So würden Privatnutzer ihr PHEV nur an drei von vier Fahrtagen laden, Dienstwägen würden nur an jedem zweiten Fahrtag geladen. Dies belegt die Studie unter anderem mit noch schlechteren Realwerten aus China. Als Handlungsempfehlung spricht sich das Paper zudem für realere Tests aus, sowie für Anreize für das elektrische Tanken und eine bessere Förderung für die Installation einer privaten Ladestation auf dem Parkplatz vor dem Haus.[10][11]

2007 hatte Hondas Präsident Takeo Fukui die Entwicklungslinie der Plug-In-Hybride kritisiert: Er betrachte diese Fahrzeuge als batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, die überflüssigerweise einen Verbrennungsmotor und Benzintank mit sich herumschleppen.[12]

Wirkung von Steuererleichterungen

In Deutschland sind Hybridfahrzeuge mit reinen Elektrofahrzeugen gleichgestellt bzgl. des Kfz-Steuererlasses. Zum Kauf besteht ebenfalls ein staatliches Förderprogramm, die Förderbeträge sind etwas niedriger als für reine Elektroautos.

Aufgrund ihrer im Alltag meist schlechteren Ökobilanz wird ihre Förderung kritisiert.[13]

Alternative Lösungsansätze

Um die Zusatzlast im Alltagsbetrieb zu vermeiden, in dem die Reichweite der Batterien meist ausreichen, gibt es drei Konzepte:

  • Die Mindset AG unter damaliger Leitung von Murat Günak wollte den Verbrennungsmotor mühelos ausbaubar gestalten. Die Entwicklung wurde jedoch 2009 weitgehend eingestellt.[14][15][16]
  • Die US-Firma AC Propulsion entwickelt einen Generatorenanhänger, den sie Genset trailer nennt. Das Zusatzgewicht wird also nur für Langstrecken mitgeführt.
  • Beim Prototyp Opel Twin wurde entweder Batterie und Elektroantrieb mitgeführt oder für Langstrecken ein Dreizylinder-Verbrennungsmotor.

Literatur

  • Kapitel 3.1.3.4. Plug-In-Hybride. In: Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, Hanser, 2. aktualisierte Auflage, München 2017, ISBN 978-3-446-45099-8, S. 34
  • Kapitel 2.4.4. Extern aufladbare Hybride. In: Konrad Reif, Karl E. Noreikat, Kai Borgeest (Hrsg.): Kraftfahrzeug-Hybridantriebe: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Anwendungen, Springer Vieweg, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-0722-9, S. 68–72
  • Tomi Engel: Plug-In Hybrids. (PDF; 1,8 MB). Verlag Dr. Hut, München, 2007, ISBN 978-3-89963-327-6.
Commons: plug-in-hybrid-elektrische Fahrzeuge – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Plug In America (englisch, Wissenswertes und viele weitere Links)
  • EVWorld (englisch, zentrales US-Portal zu Elektro- und Hybridfahrzeugen)
  • Johann Haag: Prius Plugin top speed. Video auf YouTube, 2:01 Minuten, 15. Juli 2015; (Hochgeschwindigkeitsfahrt Dauerleistung auf einer deutschen Autobahn).

Einzelnachweise

  1. ↑ Roland Matthé, Ulrich Eberle: The Voltec system-Energy storage and electric propulsion. Elsevier, 9. Januar 2014;.
  2. ↑ Kraftfahrt-Bundesamt – Zahlen im Überblick – Archiv – Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes am 1. Januar 2018. Abgerufen am 17. Mai 2019.
  3. ↑ Kraftfahrt-Bundesamt – Bestand – Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes am 1. Januar 2019. Abgerufen am 17. Mai 2019.
  4. ↑ Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.): Verkehr in Zahlen 2018/2019. 2018, ISBN 978-3-00-061294-7 (bmvi.de).
  5. ↑ Kraftfahrt-Bundesamt – Zahlen im Überblick – Archiv – Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes am 1. Januar 2018. Abgerufen am 17. Mai 2019.
  6. ↑ Kraftfahrt-Bundesamt – Bestand – Jahresbilanz des Fahrzeugbestandes am 1. Januar 2019. Abgerufen am 17. Mai 2019.
  7. ↑ http://www.greencarreports.com/news/1075547_byd-chin-worlds-first-plug-in-hybrid-updated-and-renamed
  8. ↑ Elektroauto-Absatz: Anteil in Norwegen und Niederlande wächst rasant. Abgerufen am 6. Dezember 2019.
  9. ↑ Elektroautos: Plug-in-Hybride als Dienstwagen sind Klimasünder - SPIEGEL ONLINE. Abgerufen am 10. Dezember 2019.
  10. ↑ Patrick Plötz, Cornelius Moll, Georg Bieker, Peter Mock, Yaoming Li: REAL-WORLD USAGE OF PLUG-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLESFUEL CONSUMPTION, ELECTRIC DRIVING, AND CO2 EMISSIONS. ICCT – International Council on Clean Transportation Europe und Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, September 2020, abgerufen am 28. September 2020 (englisch).
  11. ↑ Patrick Plötz, Cornelius Moll, Georg Bieker, Peter Mock, Yaoming Li: Reale Nutzung von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen. September 2020, abgerufen am 28. September 2020.
  12. ↑ Gernot Goppelt: Hybrid oder Elektroauto? Hersteller eröffnen neue Diskussion. In: heise online. Heise Zeitschriften Verlag, 24. Oktober 2007, abgerufen am 26. Juli 2012.
  13. ↑ Emil Nefzger: So viel verbrauchen Plug-in-Hybride wirklich. November 2020, abgerufen am 29. November 2020.
  14. ↑ Die nachstehende Seite ist nicht mehr abrufbar, festgestellt im Mai 2015. (Suche in Webarchiven.) @1@2Vorlage:Toter Link/www.spirtavert.com Halbjahresbericht 2009, Mindset Holding, 22. September 2009 (insb. Seite 8, Kapitel „Fortführung“)
  15. ↑ „Geldnöte: Machtkämpfe erschüttern Mindset“ (Memento vom 21. Februar 2010 im Internet Archive), Neue Luzerner Zeitung, zisch.ch, 16. Februar 2010, abgerufen am 10. Mai 2015.
  16. ↑ Die nachstehende Seite ist nicht mehr abrufbar, festgestellt im Mai 2015. (Suche in Webarchiven.) @1@2Vorlage:Toter Link/www.zisch.ch „Elektroautos: Mindset schreibt tiefrote Zahlen“, Luzerner Zeitung, zisch.ch, 1. April 2010
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