Mit der EQ Power Flotte hat Mercedes-Benz aktuell eine ganze Reihe hochpotenter Plug-In-Hybride im Portfolio. Vom C300 de über den E 350 e und den GLC 350 e bis hin zum großen S 560 e werden hier sämtliche Fahrtzeugplattformen elekrifiziert angeboten. Aber auch Zulieferer wie ZF haben stark in diese zukunftsweisende Technik investiert. Wir haben uns diese Technologie aus verschiedenen Blickwinkeln angesehen.

Verbrenner und E-Motor als perfekte Partner

Plug-In-Hybride sind im Alltag zu einer Selbstverständlichkeit geworden. Fast jeder Autohersteller hat ein oder mehrere Fahrzeuge mit dieser Technik im Portfolio. Aber was bedeutet Plug-In-Hybrid eigentlich genau? Von vielen anfangs als Notlösung oder gar Alibi-Elektromobilität verschrien, hat sich diese Technik mittlerweile – auch und vor allem durch konsequente Weiterentwicklung von Denkfabriken wie ZF – zur momentan einzig ernst zu nehmenden Alternative zum reinen Verbrennungsmotor gemausert. Beim Plug-In-Hybriden arbeiten ein Verbrenner und ein Elektromotor zusammen. Dieser Elektromotor kann entweder autark das Fahrzeug antreiben, das in diesem Moment ein reines Elektromobil ist. Oder der E-Motor unterstützt den Verbrenner beim Beschleunigen, beispielsweise um das Turboloch der modernen aufgeladenen Downsizing-Aggregate auszugleichen. Gespeist wird der Motor aus einer Batterie, die sich mittels Stecker an der Steckdose aufladen lässt. Momentan sind damit Reichweiten um 50 km rein elektrisch realistisch. Das heißt, man kann dort lokal emmissionsfrei fahren, wo es am dringendsten nötig ist – in den Innenstädten.

Elektrisch in der Stadt, mit dem Verbrenner auf große Fahrt

Klingt zunächst einmal nicht nach wirklich viel, reicht im deutschen Alltag für die meisten Nutzer allerdings locker aus. Drei von vier deutschen Pendlern fahren maximal 24 Kilometer zum Arbeitsplatz. Dort steht das Auto dann, bis es nachts wieder zuhause parkt. Nur gelegentlich sind längere Distanzen gefragt, etwa wenn die Fahrt in den Urlaub ansteht oder der Besuch bei Verwandten. „Bei einem derartigen Szenario spielen Plug-in-Hybride ihre Stärken aus: Regelmäßige Standzeiten erlauben, die Batterien für Kurzstrecken wieder aufzuladen; für lange Strecken dient der Verbrennungsmotor als Antrieb“, sagt Torsten Gollewski, Leiter der Vorentwicklung bei ZF. Dies bietet dem Plug-In-Hybriden die Möglichkeit, praktisch ständig im E-Modus unterwegs zu sein. Damit ist die reine Elektromobilität bereits in der Gegenwart angekommen!

Falls es doch zu einer längeren Fahrt kommt, spielt der Plug-In-Hybrid seine Vorteile voll aus. Hier kommt nun der – meist sehr effiziente – Verbrennungsmotor zum Einsatz, der in bestimmten Situationen Unterstützung vom drehmomentstarken E-Motor erhält. Dadurch steigen Fahrfreude und Effizienz gleichermaßen. Außerdem nutzt die hoch sensible Steuerung des Systems die Verbrenner-Phasen, um den Akku wieder aufzuladen. Dadurch ist dieses Konzept auch nicht ausschließlich auf Steckdosen angewiesen, um CO2 einzusparen. Eine Studie der FEV Group in Aachen hat ergeben, dass selbst im ungünstigsten Fall – das Fahrzeug wird nie an der Steckdose geladen – immer noch 24% CO2 gegenüber einem konventionell betriebenen Fahrzeug eingespart wird. Mehrere Faktoren begünstigen dies. Die Kombination aus kräftigem elektrischen Antrieb und Batterie mit hoher Kapazität ermöglicht eine sehr gute Bremsenergierückgewinnung. Mit dieser selbst erzeugten Energie lassen sich lange Phasen elektrisch fahren. Auch unterstützt der E-Antrieb so, dass der Verbrennungsmotor oft nur in seinen effizientesten Betriebspunkten läuft. Eine Untersuchung von Vollhybrid-Pionier Toyota zeigt sogar, dass Hybridfahrzeuge ohne externe Ladefunktion in Städten fast 80 Prozent der Zeit rein elektrisch unterwegs sind.

Keine Konkurrenz, sondern Beschleuniger der BEV-Entwicklung

Dabei macht der Plug-In-Hybrid – auch PHEV genannt – dem reinen batterieelektrischen Fahren (BEV) nicht etwa Konkurrenz, sondern beide Systeme profitieren von der Entwicklung. Während die Speicherkapazität steigt, sinken die Kosten mit der Zeit. Darüber hinaus teilen sich Plug-in-Hybride und Elektrofahrzeuge die vorhandenen Ladesäulen. Diese Nachfrage erhöht den Druck für den raschen Ausbau der Ladeinfrastruktur. Gleichzeitig gilt für die PHEVs, dass deren Verbrennungsmotoren durchaus noch effizienter werden können.

Kompakte Technik mit Mehrwert

Die Technik hinter dem Hybrid-Konzept ist faszinierend. Bei Plug-In-Hybriden handelt es sich meist um sogenannte Voll-Hybride. Hier gibt es serielle und parallele Systeme. Ein schönes Beispiel für ein serielles System ist das Achtgang-Automatikgetriebe von ZF, das den starken E-Motor integriert hat. Damit unterstützt das zusätzliche Drehmoment des E-Motors beim Beschleunigen – bekannt als elektrisches „Boosten“. Zudem ermöglicht der E-Motor den Start-Stopp-Betrieb. Dank der elektrischen Unterstützung läuft der Verbrennungsmotor während der Fahrt im Bereich seines besten Wirkungsgrades. Das senkt Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen. Bei der Vollhybridvariante des 8-Gang-Automatikgetriebes ist eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine verbaut. Die koppelt den Verbrennungsmotor in den elektrischen Betriebsphasen ab. Dieses von ZF als „EVplus“ bezeichnete hochintegrierte Komplettsystem von ZF besteht aus Getriebe, Hybridmodul und Leistungselektronik. Die E-Maschine leistet 90 Kilowatt (122 PS) bei einem Drehmoment von 250 Newtonmeter. Das gestattet bei elektrischem Antrieb beachtliche Geschwindigkeiten von bis zu 140 Kilometer pro Stunde. Auch ein elektrifiziertes Doppelkupplungsgetriebe mit acht Gängen hat ZF als Baukastensystem im Angebot.

Bei den parallelen Systemen arbeitet ein Elektromotor räumlich unabhängig vom Verbrenner. Hier hat ZF einen Achshybrid für frontgetriebene Fahrzeuge entwickelt. Die Hinterachse des Fahrzeugs ist mit einem elektrischen Achsantriebssystem ausgestattet. Beide Antriebe sind vernetzt und kommunizieren miteinander. Die Elektrifizierung ermöglicht Hybridfunktionen wie Boosten und Rekuperieren sowie ein Schalten ohne Zugkraftunterbrechung durch die Unterstützung des E-Motors. Auf Knopfdruck entsteht ein dauerhafter Allradantrieb oder ein rein elektrischer Vortrieb.

Die Prioritäten wandeln sich - der Verbrenner wird zum Bonus

ZF rechnet damit, bis zum Jahr 2023 die Produktion seiner Hybrid-Getriebe zu verzehnfachen. „Nur so lassen sich von größeren Pkw die vorgegebenen CO2-Ziele erreichen“, erklärt Vorstandsvorsitzender Wolf-Henning Scheider die steigende Nachfrage. „Die kommende Generation der Plug-in-Hybride nennen wir EVplus. Diese Bezeichnung unterstreicht die neue Bedeutung der beiden Antriebsarten: Der Elektromotor deckt den Großteil der Fahrleistung ab, während der Verbrenner zum ‚Plus‘ wird.“ Bis zu 100 Kilometer gesicherte elektrische Reichweite werden diese Fahrzeuge bieten. Vor allem aber soll die Technik weiter verbreitet werden. Denn nur wenn sie in preisgünstigere Fahrzeugklassen einzieht, kommen ihre Vorzüge tatsächlich in vielen Pkw zur Geltung, die einen Großteil des Straßenverkehrs ausmachen.

Dass es ZF versteht, Plug-in-Hybridtechnik für jede Fahrzeugantriebskonfiguration anzubieten, bewies das Unternehmen bereits mit einem außergewöhnlichen Projektfahrzeug auf Basis eines Kompakt-SUV. Mit eAMT (electrified Automated Manual Transmission) hat ZF ein pragmatisches Konzept für die Hybridisierung von Front-Quer Fahrzeugen entwickelt. Der Technologiekonzern vernetzt dafür sein elektrisches Achsantriebssystem (eVD) mit einem automatisierten Schaltgetriebe (AMT). Die Getriebeaktuatorik und die elektrische Hinterachse spielen intelligent zusammen: das eAMT-Konzept von ZF kennt keine Zugkraftunterbrechung mehr. Der Elektromotor überbrückt dafür die systembedingte Vortriebspause des AMT. Zusätzlich zu den Hybridfunktionen – elektrisch fahren, rekuperieren, boosten – bietet eAMT einen elektrischen Allradantrieb. Eine ZF-Software regelt dabei die Vernetzung und die Koordination von Verbrennungsmotor, elektrischer Maschine und automatisiertem Getriebe.

Auch wenn in den Augen vieler Experten den BEV-Fahrzeugen die Zukunft gehört, sind die Plug-In-Hybride zur Zeit die praktikabelste Lösung, um Reichweite, Fahrspaß und Umweltfreundlichkeit im Verkehr zu gewährleisten. Das zeigt auch die immer größere Nachfrage der Konsumenten und das hohe Entwicklungstempo, das Think Tanks wie ZF am Bodensee hinlegen.

Mehr über ZF: http://bit.ly/ZukunftDerMobilitaet

Quelle: ZF

Fotos: ZF, Daimler, Christopher Otto