Eine Sonderform der Vollhybride stellen die Plug-In Hybride (PHEV) dar. Sie sind strukturell identisch zu den Vollhybridvarianten, verfügen jedoch über die Möglichkeit, die Batterie extern über eine Ladebuchse zu laden, beispielsweise dem Haushaltsstromanschluss [Tschö15, S. 4]. Aufgrund der leistungsfähigeren Batterie liegt die elektrische Höchstgeschwindigkeit dabei deutlich höher als bei einem Vollhybrid.

PHEV nehmen in ihrer Funktionalität wesentlich Bezug auf das durchschnittliche Nutzungsprofil von Kraftfahrzeugen. In Europa weisen circa 80 Prozent der täglich zurückgelegten Strecken eine Distanz von unter 50 Kilometern auf. Grundsätzlich haben PHEV realisierbare Reichweiten von bis zu 100 Kilometern, wobei die Performance stark vom Fahrprofil sowie den Umgebungsbedingungen (insbesondere Temperaturen) abhängig ist [Tschö15, S.4]. Vor diesem Hintergrund bieten Plug-In Hybride die Möglichkeit, den größten Teil der Strecken rein elektrisch zu bewältigen und den Verbrennungsmotor lediglich bei Langstreckenfahrten als Range Extender zu nutzen [PlFu15]. Im Stadtverkehr mit überwiegend kurzen Fahrstrecken verhalten sich Plug-In Hybride dann wie reine Elektrofahrzeuge [WaFr11a, S. 70]. Abbildung 1 zeigt das Schema eines Plug-In Antriebs.



Um über längere Strecken rein elektrisch fahren zu können, sind im Vergleich zu Vollhybriden wesentlich erweiterte Batteriekapazitäten notwendig [WaFr11a, S. 137]. Die lange Zeit in Vollhybrid-Modellen verbauten Nickel-Metallhydrid Batterien ermöglichten in der Regel begrenzte Reichweiten von weniger als 10 Kilometern. Durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien sind deutlich größere Reichweiten auch bei Plug-In Hybriden realisierbar. Heute sind bereits elektrische Reichweiten von bis zu 100 Kilometern möglich [Tschö15, S.4; Kroh22a]. Dabei ergeben sich für PHEV-Batterien spezielle Anforderungen innerhalb des Spannungsfeldes von Sicherheit, Kosten, Energiedichte, Zyklenbeständigkeit, Leistungsdichte und Lebensdauer [WaFr11a, S. 105]. Der Fokus der Batterieentwickler liegt auf höheren elektrischen Fahranteilen. Dafür benötigt eine solche Batterie eine höhere Kapazität, welche die Lithium-Ionen-Batterie durch eine hohe Dichte von spezifischer Leistung und Energie bietet. Zusätzlich ist es notwendig, die Kosten der Batteriesysteme zukünftig wesentlich zu reduzieren.

PHEV bieten deutliche Einsparungspotenziale hinsichtlich Treibhausgasemissionen und Kraftstoffverbrauch. Diese Potenziale sind abhängig von Antriebsvariante, Fahrzyklus und Stromentstehung. Wird darüber hinaus die Elektrizität zum Betrieb des Fahrzeugs aus alternativen Energiequellen gewonnen, weisen PHEV sehr geringe Emissionswerte auf. Vom Hersteller angegebene Verbrauchs- und Emissionswerte (berechnet nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ)) stellen nur durchschnittliche Werte dar, die aufgrund des individuellen elektrischen Fahranteils stark von individuellen Verbrauchswerten abweichen können [PlFu15]. In der Norm werden die Treibhausgasemissionen der Stromentstehung nicht berücksichtigt [UNECE13], jedoch zeigen reale Nutzungsmuster von PHEV hohe elektrische Anteile, sodass ein PHEV auch unter Einbezug der Stromerzeugung deutlich geringere Treibhausgasemissionen während seiner Lebensdauer verursacht als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor [PlFu17].