Vollhybrid
Erstellt am: 22.03.2010 | Stand des Wissens: 08.03.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
In Vollhybriden ermöglichen die elektrischen Komponenten ein elektrisches Fahren auf wenigen Kilometern. Die Kopplung der beiden Antriebe kann hier abhängig vom Fahrzeugtyp und der Nutzungscharakteristik verschiedene Formen annehmen. Grundlegend wird zwischen seriellen, parallelen und einer Kombination daraus, den Split-Hybriden, unterschieden.
Bei der seriellen Variante ist ausschließlich die Elektromaschine mit dem Antriebsstrang gekoppelt (Abbildung 1). Der Verbrennungsmotor treibt in dieser Ausführung nur den Generator an. Der Motor wird in dieser Konstellation auch als Range Extender bezeichnet, da er lediglich zugeschaltet wird, wenn die Batteriekapazität ihre Grenze erreicht hat [WaFr11a, S.69].
Abb. 1: Serieller Vollhybridantrieb [Naun06, S. 68] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)Diese serielle Anordnung weist zum einen den Vorteil auf, dass der Verbrennungsmotor quasistationär in einem verbrauchsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann, da die Leistungsspitzen aus der Batterie gedeckt werden. Zum anderen bietet sich die Möglichkeit, bis zum Zuschalten des Verbrennungsmotors rein elektronisch, also auch emissionsfrei zu fahren [WaFr11a, S. 69]. Dem stehen als Nachteil die zweifache Energiewandlung sowie die Kosten für den zusätzlichen Generator gegenüber [Naun06, S. 68].
Bei dem parallelen Antriebskonzept sind Verbrennungsmotor und Elektromaschine mechanisch mit der Antriebsachse verbunden, wobei beide einzeln oder gemeinsam betrieben werden können (Abbildung 2). Charakteristisch für den parallelen Hybrid ist, dass beide Antriebsaggregate aufgrund der Leistungsaddition bei gleichen Fahrleistungen im Vergleich zum konventionellen Antrieb kleiner dimensioniert werden können [Naun06, S. 68]. Die Leistungsaddition entspricht allerdings keiner reinen Addition der Leistungsmaxima, sodass der maximale Gesamtwert darunter liegt.
Abb. 2: Paraller Vollhybridantrieb [Naun06, S. 68] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Bei dem parallelen Antriebskonzept sind Verbrennungsmotor und Elektromaschine mechanisch mit der Antriebsachse verbunden, wobei beide einzeln oder gemeinsam betrieben werden können (Abbildung 2). Charakteristisch für den parallelen Hybrid ist, dass beide Antriebsaggregate aufgrund der Leistungsaddition bei gleichen Fahrleistungen im Vergleich zum konventionellen Antrieb kleiner dimensioniert werden können [Naun06, S. 68]. Die Leistungsaddition entspricht allerdings keiner reinen Addition der Leistungsmaxima, sodass der maximale Gesamtwert darunter liegt.
Abb. 2: Paraller Vollhybridantrieb [Naun06, S. 68] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)Ein Splithybrid stellt eine Mischform dieser beiden Varianten dar. Zu diesen Mischformen zählen der kombinierte Hybridantrieb (Abbildung 3) und der leistungsverzweigte Hybridantrieb (Abbildung 4). Der kombinierte Hybrid bietet die Möglichkeit, durch Schließen einer Kupplung, zwischen paralleler und serieller Antriebsweise zu wählen [Naun06, S. 69]. So kann die Leistung des Verbrennungsmotors mechanisch an die Räder übertragen werden, was in bestimmten Betriebszuständen (zum Beispiel hoher Leistungsbedarf bei Autobahnfahrt) eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades ermöglicht. Nachteil dieses Antriebskonzeptes ist der höhere Aufwand durch die Kupplung und die komplexere Betriebsstrategie. Weiterhin kann die Anordnung von Verbrennungsmotor und Generator nicht mehr frei gewählt werden, da eine direkte mechanische Ankopplung an den Antriebsstrang erfolgen muss [AUHY11].
Abb. 3: Kombinierter Vollhybridantrieb [Naun06, S. 69] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Abb. 4: Leistungsverzweigender Vollhybridantrieb [Naun06, S. 69] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Abb. 3: Kombinierter Vollhybridantrieb [Naun06, S. 69] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)Die Variante des leistungsverzweigenden Betriebs macht die mechanische und elektrische Leistungsübertragung gleichzeitig möglich und optimal kombinierbar [Naun06, S. 66f.]. Die Komponenten (Verbrennungs- und Elektromotor) sind über ein Planetengetriebe gekoppelt und können so die Funktionalität eines stufenlosen Getriebes realisieren. Dementsprechend bietet diese Variante einen hohen Fahrkomfort [WaFr11a, S. 66].
Abb. 4: Leistungsverzweigender Vollhybridantrieb [Naun06, S. 69] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)Insgesamt haben alle beschriebenen Hybridsysteme Vor- und Nachteile, weshalb der optimale Einsatz stark von individuellen Ansprüchen und Bedürfnissen abhängt. Grundsätzlich geht der Trend bei den Vollhybriden in Richtung der Parallelsysteme [Tschö15, S. 8].
