Übersicht über die Elektroantriebstechnologien

Elektroantrieb ist nicht Elektroantrieb. Was einige Autohersteller bei manchen Modellen als umweltschonenden Elektroantrieb preisen, erweist sich schon der Architektur nach als Mogelpackung, die vornehmlich dazu dient, beispielsweise das Drehmoment eines Elektromotors auszunutzen. Es ist daher wichtig, einen Überblick über die gängigen Elektroantriebe zu haben, eBolide hilft dabei.

Der klassische Hybrid (Hybrid Electric Vehicle, HEV)

Der klassische Hybridantrieb (gern auch als „Vollhybrid“ bezeichnet) besteht aus einem Verbrennungs- und einem Elektromotor, die beide das Fahrzeug direkt antreiben können. Für den Elektroantrieb besitzt das Fahrzeug eine Batterie, die jedoch ausschließlich über den Verbrennungsmotor geladen wird (und über die Rekuperation). Da das Laden der Batterie immer mit Ladeverlusten verbunden ist, ist der Elektroantrieb in einem klassischen Hybrid in der Summe eher ineffizient. Aus diesem Grund ist der Hybrid an sich nur im Rahmen der Rekuperation sinnvoll und viele Hybridfahrzeuge haben aus diesem Grund auch eine verhältnismäßig kleine Batterie, die nur eine kurze elektrische Reichweite ermöglicht. In der Betrachtung als Elektromobil fällt der klassische Hybrid aus dem Rahmen und wird oft nicht als Elektromobil angesehen. Beispielhaft als klassischer Hybrid gilt der Toyota Prius.

Der Plug-in-Hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)

Der Plug-in-Hybrid besitzt im Gegensatz zum klassischen Hybrid die Möglichkeit, die Batterie extern über das Stromnetz aufzuladen (daher der Zusatz „Plug-in“) und für gewöhnlich ist der Plug-in-Hybrid auch der Antrieb, der weitläufig als „Hybrid“ bezeichnet wird. Als Hybrid hat aber auch der Plug-in-Hybrid den Ansatz, dass Verbrennungsmotor und Elektroantrieb beide gleichberechtigt zur Fortbewegung beitragen und die Batterie des Elektroantriebs meist nur für kurze Reichweiten dimensioniert ist. Dennoch ist die Effizienz des Plug-in-Hybrides deutlich besser als die des einfachen Hybrides.

Für die Familie der Hybridfahrzeuge gibt es noch weitere Unterteilungen, die gruppiert sind in Klassen der Systemstruktur und dem Anteil der elektrischen Leistung.

In Sachen Systemstruktur unterscheide man zwischen drei Systemen:

  • Serielle Hybride betreiben ein entsprechendes Fahrzeug rein elektrisch. Der Verbrennungsmotor ist also nicht direkt an den Antriebsstrang gekoppelt und liefert bei Bedarf Energie nur in elektrischer Form durch einen angeschlossenen Generator. Ein Beispiel für einen seriellen Hybrid ist der Fisker Karma.
  • Parallele Hybride setzen auf einen Kombination zwischen Elektro- und Verbrennungsantrieb. Der Verbrennungsmotor ist daher direkt mit dem Antriebsstrang verbunden, so dass beide Antriebe gleichzeitig direkt genutzt werden können. Die Idee dahinter ist nicht unbedingt der Ansatz, möglichst häufig den Elektroantrieb einzusetzen, sondern es durch die Kombination beider Antriebe zu erreichen, dass beide Antriebe für dieses Auto kleiner dimensioniert werden können, als wenn das Auto nur mit einem Antrieb ausgestattet wäre. So können parallele Hybride, je nach Ausstattung des Elektroantriebes, mit deutlich kleineren Verbrennungsmotoren ausgestattet werden, als in der jeweiligen Fahrzeugklasse üblich. Ein Beispiel für parallele Hybride ist der Honda Civic Hybrid.
  • Mischhybride (leistungsverzweigende Hybride) sind eine Kombination aus seriellem und parallelem Hybrid. Hier kann der Verbrennungsmotor variabel – meist auch während der Fahrt – in verschiedener Weise zugeschaltet werden. Entweder fährt der Elektroantrieb allein mit Batteriestrom oder der Verbrennungsmotor liefert (zusätzlichen) Strom oder, wenn sehr viel Leistung abgerufen wird, der Verbrennungsmotor wird direkt an den Antriebsstrang gekoppelt. Ein häufig verbautes Charakteristikum eines Mischhybrids ist ein Planetengetriebe, das eine flexible Zuschaltung von zusätzlichen Motoren während der Fahrt gestattet. Beispiel für Mischhybride sind unter anderem der Opel Ampera und der Chevrolet Volt, die beide zwar als Elektrofahrzeuge mit Reichweitenverlängerer gesehen werden und weitgehend elektrisch fahren, aber einen speziellen Betriebsmodus haben, der bei sehr hohen Leistungsanforderungen die Zuschaltung des Verbrennungsmotors direkt an den Antriebsstrang ermöglicht.

Bei der Unterscheidung nach dem Anteil der elektrischen Leistung gibt es ebenfalls drei Klassen:

  • Mikrohybride haben genau genommen keinen Elektroantrieb, nutzen also für den Antrieb keinen Elektromotor. Die Elektrifizierung beschränkt sich hier lediglich auf die Start-Stopp-Automatik und die Möglichkeit der Rekuperation, also der Bremsenergierückgewinnung. Die zurückgewonnene Energie wird hierbei der Starterbatterie zugeführt. Mikrohybride sind unter anderem die BMW-1er-Baureihe.
  • Mildhybride unterstützen den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung.
  • Vollhybride (wobei diese Bezeichnung nicht mit der Bezeichnung eines klassischen Hybrids verwechselt werden darf) besitzen einen Elektroantrieb, der so dimensioniert ist, dass dieser das Fahrzeug auch allein antreiben kann. Beispiel hier ist wiederum der Toyota Prius.

Der batteriebetriebene Elektroantrieb (Battery Electric Vehicle, BEV)

Der batteriebetriebene Elektroantrieb kommt ohne zusätzlichen Verbrennungsmotor aus und setzt rein auf seine Batterie, die extern über das Stromnetz geladen wird. Damit ist der batteriebetriebene Elektroantrieb der Antrieb, den die meisten Menschen mit Elektrofahrzeugen assoziieren, auch wenn Fahrzeuge mit reinem Elektroantrieb aus Gründen der (noch) nicht vergleichbaren Reichweite mit klassischen Autos eher die Seltenheit sind. Beispiele für diese Kategorie von Elektroautos sind alle Fahrzeuge des Autoherstellers Tesla.

Der Elektroantrieb mit Reichweitenverlängerer (Range Extended Electric Vehicle, REEV)

Der Elektroantrieb mit Reichweitenverlängerer ist eine Ausbauform des batteriebetriebenen Elektroantriebes. Ein Elektrofahrzeug hat hier einen Reichweitenverlängerer in Form eines zusätzlichen Verbrennungsmotors, der jedoch vornehmlich dazu eingesetzt wird, im Falle einer leeren Batterie Strom über einen nachgeschalteten Generator zu erzeugen. Damit ist der Verbrennungsmotor nicht direkt in den Antrieb eingekoppelt und wird zudem nur dann eingesetzt, wenn die Batteriereichweite nicht ausreicht. Durch diese Ergänzung erreichen Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb und Reichweitenverlängerer fast Reichweiten von herkömmlichen Autos. Beispiele für Elektroautos mit Reichweitenverlängerer sind der Opel Ampera, das Schwestermodell Chevrolet Volt und der BMW i3 (wenn der optionale Reichweitenverlängerer eingebaut ist).

Der Brennstoffzellenantrieb (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)

Der Brennstoffzellenantrieb setzt, wie schon aus dem Namen erkennbar ist, auf die Brennstoffzelle. Und zwar nicht als direkter Antrieb, sondern als Mittel zur Erzeugung von Strom an Bord eines Elektrofahrzeuges. Damit ist trotz der chemischen Prozesses eine höhere Effizient erreichbar, als bei einem herkömmlichen Auto. Dazu kommt noch der Vorteil, dass mit Wasserstoff ein Treibstoff getankt wird, der ähnlich so einfach zu tanken ist, wie beispielsweise Erdgas und dass bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen das langwierige Aufladen einer Batterie entfällt.

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