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Hybridfahrzeuge
Das Wort „Hybrid“ bedeutet „gemischt“ bzw. „zusammengesetzt“.
Im Kfz-Bereich spricht man von Hybridfahrzeugen immer dann, wenn das Kraftfahrzeug über zwei verschiedene Antriebsarten (Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor) angetrieben werden kann.
Bei modernen Hybridfahrzeugen wird beim „rekuperativen Bremsen“ das Fahrzeug ganz oder teilweise über einen Generator abgebremst. Die hierbei gewonnene und in der Hochvolt-Batterie gespeicherte elektrische Energie kann dann zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
Darüber hinaus ist es teilweise auch möglich, den Generator über den Verbrennungsmotor anzutreiben und hierdurch die HV-Batterie zu laden.
Bei einigen Konzepten ist es überdies möglich, die HV-Batterie über den Hausstromanschluss (Steckdose) zu laden.
Bei Hybridfahrzeugen unterscheidet man, abängig von der Leistung des Hochvolt-Systems, zwischen folgenden Systemen:
Micro-Hybrid-System
Micro-Hybridfahrzeuge stellen die niedrigste Stufe von Hybridfahrzeuge dar. Der Fahrbetrieb erfolgt hier ausschließlich über die vom Verbrennungsmotor bereitgestellte mechanische Energie. Die Energie der Bordnetzbatterie und des Standartgenerators (14V) wird nur für die Betriebsenergie bei stillstehendem Fahrzeugs eingesetzt. Bei diesen Fahrzeugen spricht man von einer Start-Stopp-Funktion. In einem begrenzten Umfang ist im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors ein Laden der Bordnetzbatterie über den Generator möglich, doch durch die geringe Leistung und Spannung ist die Bremsenergierückgewinnung beschränkt.
Mild-Hybrid-System
Mild-Hybridfahrzeuge verfügen neben dem Verbrennungsmotor als Hauptantriebsmaschine, über eine elektrische Maschine (mit 5 bis 20kW) und eine zusätzliche Hochvolt-Batterie (Energiespeicher).
Klassische Mild-Hybrid-Systeme arbeiten mit Spannungen über 42V.
Bei diesem System werden kombinierte Motorgeneratoren eingesetzt, die beim Verzögern/Bremsen die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln können. In der Regel verfügen diese Fahrzeuge über eine Start-Stopp-Funtkion, wobei der Motorgenerator nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors dazu genutzt wird, diesen zu starten.
Bei Mild-Hybrid-Systemen wird der Elektromotor auch zum Anfahren bzw. Beschleunigen, teilweise auch zur Unterstützung des Verbrennungsmotors, genutzt.
Voll-Hybrid-System
Bei einem Voll-Hybridfahrzeug ist es möglich rein elektrisch, rein verbrennungsmotorisch oder kombiniert zu fahren. Das Voll-Hybrid-System hat die gleichen Funktionen wie ein Mild-Hybrid-System. Aber im Gegensatz zum Mild-Hybrid-System muss der Verbrennungsmotor beim rein elektrischen Fahren nicht mehr mitgeschleppt werden.
Die elektrische Leistung liegt bei mehr als 20kW und die Hochvolt-Batterien haben Spannungen von zum Teil weit über 200V bis 400V DC (Gleichspannung). Bei diesem System ist es daher möglich, die Kraftfahrzeuge z.B. beim Anfahren rein elektrisch anzutreiben und bei starkem Beschleunigen das Moment des Verbrennungsmotors und des Elektromotors parallel zu nutzen. Dieser Vorgang wird auch als „Boosten“ bezeichnet.
Elektrofahrzeuge
Unter Elektrofahrzeugen werden Fahrzeuge verstanden, die ihre Antriebsenergie alleine aus einer mitgeführten Hochvolt-Batterie beziehen und ausschließlich über einen Elektromotor angetrieben werden.
Zudem ist es auch bei Elektrofahrzeugen – zumindest theoretisch – möglich, Teile der „Bremsenergie“ durch rekuperatives Bremsen in elektrischen Strom zu wandeln und in der Hochvolt-Batterie zu speichern.
Bei Elektrofahrzeugen wird im Grundsatz die gleiche Technik wie in Hybridfahrzeugen verwendet (es fehlt nur der Verbrennungsmotor). Daher muss die Hochvolt-Batterie immer über eine Steckdose geladen werden. Hierdurch ist die Reichweite von Elektrofahrzeugen bewschränkt.
Das gesamte Antriebskonzept von Elektrofahrzeugen umfasst:
– Hochvolt-Batterie mit Batteriemanagement und On-Bord-Ladegerät
– Elektromotor mit elektronischer Steuerung (Inverter) und Kühlung
– Notwendiges Getriebe inkl. Differential
– Kraftübertragung auf die Antriebsräder
Außerdem müssen Nebenaggregate wie die Lenk- und Bremsunterstützung und das Heiz- und Klimatisierungssystem dem elektrischen Betrieb angepasst werden.
Brennstoffzellenfahrzeuge
Bei Brennstoffzellenfahrzeugen wird die für den Antrieb benötigte elektrische Energie im Kraftfahrzeug in Brennstoffzellen erzeugt, sodass sie direkt zum Antrieb des Elektromotors genutzt werden und/oder in einer Hochvolt-Batterie gespeichert werden kann. Des Weiteren können alle technischen Möglichkeiten wie bei Hybridfahrzeugen genutzt werden.
Vorteile der Brennstoffzelle als Energiewandler sind:
– Es treten keine Emissionen von Schadstoffen oder Lärm auf
– Die Brennstoffzelle arbeitet ohne bewegte Bauteile
– Direkte Umwandlung von chemisch gebundener Energie in elektrische Energie