Hybridantriebe im Detail: Technologie, Varianten und Vorteile

Hybridantriebe stellen eine Schlüsseltechnologie in der Evolution der Automobilindustrie dar. Toyota stellte 1997 das erste Hybridauto vor. Du interessierst dich für diese Technologie und möchtest mehr dazu erfahren?

Du erhältst in diesem Artikel einen umfassenden Überblick über die Funktion des Hybridantriebs. Außerdem erfährst du etwas über seine Vorteile und lernst verschiedene Hybridvarianten kennen. Ziel ist es, dir ein fundiertes Verständnis für die Relevanz der Hybridtechnologie zu vermitteln. Informiere dich jetzt über hybride Antriebe, die im Kontext der nachhaltigen Mobilität eine Brücke zur vollständig elektrifizierten Fortbewegung bilden.

Energieverbrauch Toyota C-HR Hybrid Team Deutschland, 1,8-l-VVT-i Benzinmotor 72 kW (98 PS) und Elektromotor 70 kW (95 PS), Systemleistung 103 kW (140 PS) 5-Türer kombiniert: 4,8 l/100 km; CO2-Emissionen kombiniert: 108 g/km; CO2-Klasse C

Was ist ein Hybridantrieb?

Das Wort „Hybrid“ entstammt der griechischen Sprache und lässt sich ins Deutsche übersetzen mit „gebündelt“, „gekreuzt“ oder „vermischt“. Nach diesem Verständnis lässt sich ein Hybridantrieb definieren als ein Antrieb mit mehreren unterschiedlichen Antriebsmaschinen.

Die verschiedenen Motoren arbeiten effizient zusammen. Sie wechseln sich dabei entweder ab oder unterstützen gemeinsam das Fortbewegen. Bei den Autos mit Hybridantrieb kommen meist zwei Motoren zum Einsatz: ein Verbrennungsmotor sowie mindestens ein Elektromotor. Grundlage für die Klassifizierung von elektrischen Hybridantrieben bei Fahrzeugen sind die konkreten Deutungen des Deutschen Patent- und Markenamt (DPMA).

Entwicklung von Autos mit hybriden Antrieben

Die Idee von Hybridantrieben ist keinesfalls eine moderne Geschichte. Bereits im 19. Jahrhundert forschten Hersteller daran, den Antrieb von Autos effizienter zu gestalten. Die ersten Fahrzeuge mit Hybrid gab es in Ländern wie den USA, Spanien und Frankreich als Versuchsmodelle. Auch in Deutschland wurden hybride Fahrzeuge ausprobiert. Als Pionier der Hybridtechnologie gilt jedoch Toyota. 1977 stellte das Unternehmen erstmals ein Auto mit Gasantrieb und Elektromotor vor - den Toyota Sports 800.

Zwanzig Jahre später wurde der Hybridantrieb in einem Serienfahrzeug verbaut. 1997 kam der Toyota Prius mit einem hybriden Antrieb auf den Markt. Der Prius besitzt inzwischen einen weiterentwickelten Hybridantrieb in der fünften Generation. Bis heute entwickelte Toyota zahlreiche Vollhybride und Autos als Plug-in-Hybrid, die sich einer großen Beliebtheit erfreuen. Über 30 Millionen verkaufte Hybridmodelle bestätigen das. Vor allem die Leistung der Batterien als auch reine elektrische Reichweiten verbesserten sich gegenüber früher deutlich.

Energieverbrauch Toyota Yaris Cross Hybrid Comfort, 1,5-l-VVT-i Benzinmotor, 68 kW (92 PS), und Elektromotor, 59 kW (80 PS), Systemleistung 85 kW (116 PS) kombiniert: 4,5 l/100 km; CO2-Emissionen kombiniert: 101 g/km; CO2-Klasse C

So funktioniert die Hybridtechnologie

Antriebe auf Basis der Hybridtechnologie gelten als Ergebnis innovativer Ingenieurskunst. Hybridantriebe kombinieren die Effizienz und umweltverträglichen Eigenschaften von Elektromotoren mit der Reichweite von konventionellen Motoren. Dadurch lassen sich diese Vorteile harmonisch in Kombination einsetzen, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Emissionen zu reduzieren.

Der Elektromotor ist in der Lage, beim Anfahren und bei niedrigen Geschwindigkeiten das Fahrzeug allein anzutreiben. Das entlastet den Verbrennungsmotor. Bei höheren Geschwindigkeiten oder einem Mehrbedarf an Leistung springt der konventionelle Motor ein. Dabei lässt sich der Wirkungsgrad optimieren. Wenn die Leistung aus der Batterie nachlässt, treibt der Verbrennungsmotor das Auto weiter an. Der Elektromotor arbeitet dann als Generator und lädt die Batterie wieder auf. Dieser Antriebsprozess läuft automatisch und ist dadurch sehr effizient, weil immer der optimale Fahrmodus aktiv ist.

Zusätzlich entsteht beim Bremsen neue Energie durch den Prozess der Rekuperation. Dabei wandelt sich erzeugte thermische Energie in elektrische Energie um. Eine Batterie speichert diese Energie schließlich, um sie wiederzuverwenden. Deshalb gelten Hybridfahrzeuge durch die effiziente Nutzung der Energie als gute Alternative zu Dieselfahrzeugen oder mit Benzin betriebenen Autos.

Varianten von Hybridantrieben nach Aufbaustruktur

Hybridantriebe lassen sich nach bestimmten Kriterien klassifizieren. Eine Unterscheidung findet entweder nach der Aufbaustruktur oder der elektrischen Leistungsfähigkeit statt. Wir erklären die verschiedenen Hybridtechnologien etwas genauer.

Was ist ein serieller Hybrid?

Ein serieller Hybrid funktioniert nach dem Prinzip, dass immer nur einer der beiden Motoren die Räder des Fahrzeugs antreibt. Häufig ist das der Verbrennungsmotor. Der Elektromotor versorgt als zweiter Motor den herkömmlichen Antriebszweig lediglich mit Energie und ist selbst nicht direkt mit den Rädern verbunden.

Zusätzlich übernimmt der konventionelle Motor das Aufladen der Batterie durch das Erzeugen von Strom über einen Generator. Die Hybridbatterie speichert die Energie oder gibt sie direkt wieder an den elektrischen Motor ab, der damit die Räder antreibt. Besonders ist an diesem Prinzip, dass der Verbrennungsmotor immer in einem optimalen Drehzahlbereich läuft und somit enorm effizient arbeitet. Hybridfahrzeuge bewegen sich deshalb auch ohne die direkte mechanische Verbindung zwischen Benzinmotor und Rädern fort.

Was ist ein paralleler Hybrid?

Ein paralleler Hybrid besteht ebenfalls aus einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor. Beide Motoren sind direkt mit den Rädern verbunden und sorgen somit bei Bedarf dafür, dass sich das Auto fortbewegt. In diesem Hybridsystem treibt der konventionelle Motor das Fahrzeug an, während der Elektromotor unterstützt und dadurch maximale Leistung beim Fahren entsteht.

Der elektrische Motor läuft auch allein und ermöglicht rein elektrisches Fahren. Dadurch lässt sich Kraftstoff sparen. Außerdem schont diese Fahrweise die Umwelt durch Reduzierung der Emissionen. Abhängig von der Fahrweise kommen bei einem parallelen Hybridsystem die beiden Motoren jeweils abwechselnd oder gemeinsam zum Einsatz. Dabei gilt das Prinzip, in jeder Situation den besten Antrieb zu nutzen für eine effiziente Fahrleistung.

Was ist ein leistungsverzweigter Hybrid?

Bei einem leistungsverzweigten Hybridantrieb oder Mischhybrid vereinen sich die Eigenschaften eines seriellen und parallelen Hybridsystems. Zunächst besteht diese Hybridvariante meist aus einem konventionellen Motor, einem Generator und zwei Elektromotoren. Der Verbrennungsmotor treibt den Generator an, der Strom für die elektrischen Motoren produziert. Einer dieser Motoren treibt das Fahrzeug an, der andere unterstützt abhängig des Bedarfs oder erzeugt einfach nur Strom. Dieser Aufbau ermöglicht automatisch einen effizienten Modus beim Fahren: rein elektrisch, ausschließlich mit Benzin oder in einem kombinierten Modus.

Hervorzuheben ist der „Power-Split“ eines leistungsverzweigten Hybridantriebs. Dabei erfolgt die Aufteilung der durch den Verbrennungsmotor erzeugten Energie zwischen einer Antriebsleistung und einer Stromerzeugung. Daraus entsteht dementsprechend die optimierte Effizienz des Hybridantriebs.

Eine Gemeinsamkeit haben alle diese Antriebsvarianten für Hybridautos. Der Verbrennungsmotor ist mit dem Tank und der Elektromotor über eine Elektronik mit der Batterie verbunden. Die teilweise erheblichen Unterschiede liegen dagegen vornehmlich im Zusammenspiel der beiden Motorarten.

Energieverbrauch Toyota RAV4 Plug-in Hybrid, 2,5-l-Benzinmotor 136 kW (185 PS), Elektromotor 134 kW (182 PS), Systemleistung 225 kW (306 PS), gewichtet, kombiniert: 1,0 l /100 km und 17,1 kWh/100 km; CO₂-Emissionen gewichtet kombiniert: 22 g/km; CO2-Klasse: B (gewichtet kombiniert); Kraftstoffverbrauch bei entladener Batterie kombiniert: 6,6 l/100 km;  elektrische Reichweite [EAER]: 75 km und elektrische Reichweite innerorts [EAER City]: 98 km.*

Unterscheidung von Hybridantrieben nach ihrer Leistungsstärke

Hybridantriebe lassen sich weiterhin auch durch die Leistungsstärke unterscheiden. Wenn du dich genauer mit dem Thema beschäftigst, stößt du auf Begriffe wie Vollhybrid, Mildhybrid oder Plug-in-Hybrid. Doch was hat es damit auf sich und was ist eigentlich ein Range Extender?

Vollhybride

Ein Vollhybrid oder Full-Hybrid ist ein Auto mit einem parallelen Antriebssystem, das sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor umfasst. Der Antrieb erfolgt entweder allein durch den elektrischen Motor, nur durch den Verbrennungsmotor oder durch beide Motorensysteme.

Der Elektromotor bei einem Vollhybrid besitzt die Fähigkeit, das Auto für kurze Strecke selbständig anzutreiben. Bei sehr geringen Geschwindigkeiten bis etwa 50 Kilometer pro Stunde ist es möglich, bis zu zehn Kilometer rein elektrisch zu fahren. Über Rekuperation lädt sich zudem beim Bremsen die Batterie wieder auf.

Grundsätzlich erfolgt bei Vollhybrid-Modellen das Aufladen immer intern über die Rückgewinnung von Bremsenergie. Das externe Laden an einer Ladesäule oder Wallbox ist nicht notwendig. Die Modelle mit Hybridantrieb aus dem Portfolio von Toyota sind allesamt Vollhybride.

Mildhybride

Ein Mildhybrid (mHEV) ist ein Fahrzeug, das einen konventionellen Verbrennungsmotor mit einem kleinen Elektromotor kombiniert. Der Elektromotor unterstützt den Verbrennungsmotor beim, Anfahren oder Beschleunigen und gewinnt Energie beim Bremsen zurück. Für den Autoantrieb ist jedoch vorwiegend der konventionelle Motor zuständig, weil er die meiste Antriebsleistung abruft. Der elektrische Motor steigert die Effizienz des Antriebs, wäre jedoch nicht in der Lage, das Auto autark zum Fahren zu bringen.

Mildhybride haben häufig eine Start-Stopp-Automatik und laden ihre Batterie durch Rekuperation beim Bremsen oder Rollen wieder auf. Es besteht zudem auch bei Mildhybrid-Modellen keine externe Option zum Laden der Batterie. Toyota selbst hat keine Modelle als Mildhybrid im Angebot.

Plug-in-Hybride

Autos mit Plug-in-Hybrid unterscheiden sich von anderen Hybridarten darin, dass die Batterie zusätzlich extern aufgeladen werden kann und die Batterie im Fahrzeug eine größere Speicherkapazität aufweist. Solange die Batterie geladen ist, besteht die Option, zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor umzuschalten. Bei einer leeren Batterie muss diese erst wieder aufgeladen werden.

Im Elektromobilitätsgesetz (EmoG) ist genau definiert, welche Kriterien von Plug-in-Hybriden erfüllt sein müssen, damit sie von bestimmten Vorteilen profitieren. Die Leistung der Batterie und des elektrischen Motors müssen zunächst ausreichen, um rein elektrische eine Fahrtstrecke von 40 Kilometern zu bewältigen. Alternativ darf der Verbrennungsmotor einen CO₂-Ausstoß von maximal 50 Gramm pro Kilometer nicht überschreiten.

Range Extender

Bei der Abgrenzung der Hybridarten nach Leistung taucht als weitere Variante der Range Extender (REX) auf. Es handelt sich dabei um ein elektrisch betriebenes Auto mit einem speziellen Hybridantrieb. Sein besonderes Merkmal ist ein kleiner Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt. Dadurch lässt sich die Batterie wieder laden, wenn sie nur noch eine geringe Energiekapazität aufweist.

Der Effekt ist eine erweiterte Reichweite des elektrischen Fahrzeugs, ohne es an einer externen Ladestation laden zu müssen. Range Extender sind daher auch als Reichweitenverlängerer bekannt. Der konventionelle Motor übernimmt lediglich die Aufgabe, den Strom für die Batterie zu erzeugen. Seine Leistung hat keine Auswirkung auf den Antrieb der Räder. Range Extender spielen allerdings in den Modell-Paletten der Hersteller keine bedeutende Rolle.

Energieverbrauch Toyota Yaris Hybrid 1,5-l-VVTiE, Benzinmotor 68 kW (92 PS) und Elektromotor 59 kW (80 PS) / 62 kW (84 PS), Systemleistung 85 kW (116 PS) / 96 kW (130 PS) kombiniert: 3,8 - 4,2 l/100 km, CO2-Emissionen kombiniert: 87 – 96, CO2-Klasse B–C

In welchen Fahrzeugklassen gibt es Autos mit Hybrid?

Toyota bietet aktuell in verschiedenen Fahrzeugkategorien mehrere Modelle an, die über einen Hybridantrieb verfügen.

• Kleinwagen: Toyota Yaris Hybrid
• Kompaktklasse: Toyota Corolla Hybrid
• Kombi-Limousine: Corolla Touring Sports Hybrid, Toyota Prius Plug-in-Hybrid
• Crossover: Toyota C-HR Hybrid
• SUV: Yaris Cross Hybrid, Corolla Cross Hybrid, RAV4 Hybrid, RAV4 Plug-in-Hybrid
• Geländewagen: Toyota Highlander Hybrid

 

Du kannst unabhängig von der Fahrzeugklasse inzwischen viele Modelle mit Hybridantrieb fahren. Entdecke jetzt unsere große Auswahl an Hybridmodellen.

FAQ: Wichtige Fragen und Antworten zum Hybridantrieb

* Die Werte für die elektrische Reichweite und den Stromverbrauch Ihres Fahrzeugs können von den gemessenen oder berechneten Werten abweichen, da das Fahrverhalten sowie andere Faktoren (wie Außentemperatur, Einsatz von Komfort-/Nebenverbrauchern, Straßenverhältnisse, Verkehr, Fahrzeugzustand, Reifendruck, Zuladung, Anzahl der Mitfahrer usw.) einen Einfluss auf die elektrische Reichweite und den Stromverbrauch haben.