Alternative Antriebe

Alternative Antriebe / Elektrische Antriebskonzepte (Hybridantrieb / Elektroantrieb)

Alternative AntriebeMit alternativen Antriebstechniken und -konzepten verbindet sich die Hoffnung, den durch konventionelle Antriebe verursachten Problemen wie Umweltbelastung (CO2-Emissionen, Erdwärmung/Klimawandel) entgegen zu wirken und sich von der Abhängigkeit von fossilen Treibstoff-Ressourcen (Erdöl) lösen zu können.

Elektrischer Strom – möglichst aus regenerativen Energiequellen bezogen – spielt bei der Entwicklung emissionsarmer, zukunftsweisender Antriebskonzepte eine bedeutende Rolle. Seit über einem Jahrzehnt existieren hybride Antriebsformen, die eine Kombination aus konventionellem Verbrennungsmotor und einem mehr oder weniger großen Anteil elektrischer Antriebskomponenten darstellen. Der japanische Autobauer Toyota leistete Pionierarbeit und führte bereits 1997 seine Hybrid-Technik bei der ersten Modellgeneration des Toyota Prius ein. Bei reinen Elektroautos sowie bei Brennstoffzellenfahrzeugen (oder Mischformen) ist häufig kein konventioneller Anteil mehr vorhanden.

Mikro-, Mild- und Vollhybrid

Nach dem Anteil des elektrischen Antriebs und den möglichen Betriebszuständen werden drei Stufen unterschieden, es gibt zudem unterschiedlichste Zwischenformen. Darüber hinaus sind auch Fahrzeuge darstellbar, die vorwiegend elektrisch angetrieben werden.

Mikro-Hybrid

smart-micro-hybridPrinzip: Starter und Generator sind durch eine elektrische Maschine ersetzt, die den Verbrennungsmotor abschaltet, sobald das Fahrzeug anhält, und automatisch wieder startet, wenn der Fahrer die Kupplung drückt (Start-Stopp-Automatik). Teilweise führen Mikrohybride auch die Energie, die beim Bremsen sonst als Wärme verpuffen würde, in die Starterakkus zurück (Rekuperation)
Vorteile
: Bei Ampelstopps keine unnötigen Abgase, geringerer Energieverbrauch
Nachteile: Das häufige Anlaufen bei Start-Stopp-Funktion hat einen höheren Verschleiß der Kurbelwelle zur Folge.

Modelle
: smart mhd, BMW 1er

Mild-Hybrid

honda jazz hybridPrinzip: Ein vergleichsweiser kleiner und leichter Elektroantrieb unterstützt den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung. Auch die Stromspeicher sind verhältnismäßig kompakt. Start-Stopp-Automatik und Bremsenergie-Rückgewinnung sind integriert.
Vorteile
: Höhere Leistung, geringerer Verbrauch – insbesondere im Stadtverkehr, preiswerter als ein Vollhybrid. Diese Antriebsart ist mit relativ wenig Aufwand in bereits bestehende Fahrzeugkonzepte zu integrieren.
Nachteile
: Es sind mit diesem Antriebskonzept keine Fahrten im reinen Elektrobetrieb möglich.

Modelle
: Honda Civic IMA Hybrid, Honda Insight, Honda Jazz Hybrid, Honda CRZ, Mercedes Benz S 400 Hybrid

Vollhybrid

Vollhybrid: Lexus CT 200hPrinzip: Elektromotor und Akkus sind leistungsstärker, aber auch schwerer und haben mehr Volumen. Ein Vollhybrid kann über kurze Strecken auch im rein elektrischen Betriebsmodus gefahren werden, das Anfahren und das Beschleunigen funktionieren bei geringem Tempo auch rein elektrisch.
Vorteile
: Fährt im rein elektrischen Modus lokal emissionsfrei, reduziert insbesondere im Stadtverkehr den Kraftstoffverbrauch.
Nachteile
: Hohes Gewicht, bei schnellen Fahrten (z.B. auf Autobahnen) kann der Verbrauch im Vergleich zum konventionellen Antrieb sogar steigen.

Modelle: z.B. Toyota Auris Hybrid, Toyota Prius, Lexus CT 200h

Plug-in-Hybrid

Eine Erweiterung der Hybrid-Technik stellen die Plug-in-Hybride (PHEV) dar. Diese versuchen den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken, indem die Akkus nicht mehr ausschließlich durch den Verbrennungsmotor, sondern zusätzlich auch am Stromnetz aufgeladen werden können. Bei diesem Konzept wird gesteigerter Wert auf eine Vergrößerung der Akkukapazität gelegt, um auch längere Strecken emissionsfrei zurücklegen zu können. Bei ausreichender Kapazität (etwa 60 bis 80 Kilometer) können Kurzstrecken so im reinen Elektrobetrieb zurückgelegt werden, während der Verbrennungsmotor lediglich als Generator zum Nachladen der Batterien verwendet wird, um auch größere Strecken zu ermöglichen. Dieser Technologie wird im Rahmen der Diskussion um die Elektromobilität eine große Zukunft vorhergesagt, da über 80 % aller im Alltag gefahrenen Strecken innerhalb dieser Batterien-Reichweite liegen.

Modelle: Toyota Prius Plug-in (PHEV)

Elektroauto

tesla roadsterPrinzip: Elektroautos können an der heimischen Steckdose oder am öffentlichen Stromnetz oder an speziellen E-Tankstellen geladen werden. Der Strom, der in Akkus gespeichert ist, liefert allein die Energie für den Elektromotor.
Vorteile
: Lokal fährt das E-Auto emissionsfrei, der Wirkungsgrad des Elektromotors ist weit höher als der von Verbrennungsmotoren. Elektroautos sind leiser und schon beim Anfahren steht das volle Drehmoment zur Verfügung.
Nachteile
: Die Reichweiten sind zum jetzigen Stand (August 2011) noch relativ gering. Die Lithium-Ionen-Akkus sind noch sehr teuer und schwergewichtig. Die Infrastruktur und ein Ladetankstellennetz befinden sich noch im Aufbau. Die Ladezeiten der Batterien betragen teilweise bis zu acht Stunden.

Modelle: Mitsubishi i-MiEV, Tesla Roadster, E-Mini, smart fortwo electric

E-Auto mit Range Extender

E-Auto mit Range-Extender: Opel AmperaPrinzip: Zu den Elektro-Komponenten kommt ein kleiner Verbrennungsmotor hinzu. Dieser garantiert die verlängerten Reichweiten (Range Extender). Der Zusatzmotor treibt allerdings nicht das Fahrzeug an, sondern einen Generator, der seinerseits die Akkus lädt.
Vorteile: Die Reichweiten erhöhen sich deutlich (ca. 500 – 600 km), der Verbrennungsmotor läuft im effizientesten Wirkungsgrad, das Auto lässt sich unterwegs schnell nachtanken.
Nachteile: Ottomotor und Benzintank erhöhen das Fahrzeuggewicht, zusätzliche Kosten durch zusätzliche Komponenten, nicht emissionsfrei.

Modelle: Opel Ampera und Chevrolet Volt

Brennstoffzelle

Mercedes-B-Klasse-F-CellPrinzip: Die Brennstoffzelle wandelt einen Brennstoff in elektrische Energie um. Mit dem aus dieser Reaktion gewonnenen Strom kann ein Elektromotor angetrieben werden. Die Energie entsteht in der Brennstoffzelle durch eine Reaktion von Sauerstoff mit Wasserstoff. Alternativ können auch organische Verbindungen (z.B. Methan und Methanol) auf diese Weise umgewandelt werden.
Vorteile
: Hohe Reichweiten, schnelle Auftankzeiten, lediglich Emission von Wasser.
Nachteile
: Eine eigene Wasserstoff-Tankinfrastruktur wird benötigt, noch hoher Preis der Brennstoffzelle.

Modelle
: Mercedes-Benz B-Klasse F-Cell, Honda FCX Clarity

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