E-Mobilität:

Hybridkonzept 100³

28.08.2019

Ein Hybridkonzept 100³ würde zeitnah klimafreundlichen Verkehr in der Gesellschaft verankern. Ein Beitrag von Hermann Koch‐Gröber, Professor an der Hochschule Heilbronn.

Die E-Mobilität ist polarisiert: In aktuellen Ankündigungen und Autosalons dominieren hochgezüchtete Elektro-Dynamiker von Porsche, Tesla, Audi, Mercedes, Volvo usw. oder Stadtflitzer à la Smart Fortwo bzw. e.GO aus Aachen, Renaults Zoé bzw. Mini-e von BMW. Zentraler Punkt ist die Batteriegröße, ob sie nun Angst nimmt durch 500 km Reichweite oder Angst macht wegen ihres Gewichts, Kosten und (lokal noch) nicht vorhandener Produktionskapazitäten. Trotz erster Ansätze: Die Mitte ist golden, aber schwach besetzt!

Das Auto als Alltagsbegleiter – auch mit neuem Konzept

Die Marktdominanz der Kompakt- und Mittelklasse liegt am Hauptvorteil des Autos an sich: die Universalität seiner Nutzung bei individuell akzeptablen Kosten. Selbst wenn 80 Prozent meiner Wege unter 80 Kilometer sind, kaufe ich ein Auto gerade für die Möglichkeit der anderen 20 Prozent. Die direkte und permanente Verfügbarkeit dieses komfortablen Transportmittels auf einem nahen Stellplatz bietet große Vorteile und ist Lebenswirklichkeit vieler Menschen, zumindest in Europa. Und daraus leitet sich ein typisches Nutzungsprofil für ein Plug-in-Hybridfahrzeug ab: Die Nacht steht fürs Laden zur Verfügung. Wenn dafür ganz bewusst nur eine konventionelle Steckdose angesetzt wird, hat man morgens ca. 20 kWh Energie geladen - und die aktuell überspannte Diskussion über Schnellladestationen und Netzbelastung hinter sich gelassen. Dies ergibt einen Eckpunkt für das Hybridkonzept 100³: Es steht für

  • 100 km reale elektrische Reichweite (im neuen Testzyklus WLTC)
  • 100 PS elektrische Antriebsleistung
  • 100 PS Verbrennungsmotor

Der Verbrenner deckt die Langstrecken ab

Ausgangspunkt ist das rein elektrische Fahrerlebnis: Man fährt leise und zügig los, elektrische Reichweite und Leistung bestreiten typische Fahrten als Pendler, zu Besorgungen und Freizeitaktivitäten inklusive Nutzung der Autobahn bis maximal 120 km/h. Die heute üblichen ca. 40 Kilometer nominale Reichweite von Plug-in-Hybriden, real oft unter 30 Kilometer, geben da eher den Eindruck eines mit hohem Aufwand sparsamer gemachten Verbrennerautos, bei dem das abendliche Kabelstecken lästiger Nebeneffekt ist. Den klassischen Vorteil des Hybrids, für längere und schnellere Strecken (auch spontan) die etablierte Technik und Infrastruktur des Verbrenners zur Verfügung haben, bietet das Konzept 100³ in vernünftiger Weise. Der 100-PS-Verbrennungsmotor erlaubt ein dauerhaftes Mitschwimmen im Fernverkehr: auf der Urlaubsfahrt in Frankreich bei 130 km/h sowieso, auf der deutschen Autobahn bis über 160 km/h durchaus. Ob man schneller fahren können muss, kann man getrost dem individuellen gesunden Menschenverstand überlassen. Für die Fernverkehrs-Tauglichkeit bei guter Effizienz erscheint ein direkter Antrieb der Räder durch den Verbrennungsmotor einem Konzept Range-Extender überlegen, dessen hohe Wandlungsverluste beim Laden der Batterie durch den Verbrenner entfallen. Und bei guter Realisierung wird die maximale Systemleistung von 200 PS kurzzeitig souveräne Dynamik entfalten.

Hybrid 1003 könnte bezahlbar umgesetzt werden

Technische Basis des 100³-Hybrides wären die frontgetriebenen, meist aufgeladenen und direkt einspritzenden kleinen Benziner praktisch aller Hersteller, vom Audi A3 bis Volvo V40. Ford hat 2012 mit dem 1,0-l-Dreizylinder eine Referenz geschaffen, die vom Kleinwagen Fiesta bis zur Mittelklasse im Mondeo eingesetzt wird. Ohne Hybridisierung kostet so ein Fahrzeug neu ab ca. 15.000 Euro. Für die 100 Kilometer elektrischer Reichweite bräuchte man mindestens 15, besser 18 kWh Batteriekapazität, die in Großserie aktuell nicht viel über 3000 Euro kostet. Taxiert man die Aufwände für Elektroantrieb und Engineering, sollte solch ein 100³-Hybrid in Großserie bei 25.000 Euro Endpreis in den Markt gehen können. Mittelfristig erscheinen gut 20.000 Euro erreichbar; für ein Einstiegsmodell würde auch ein einfacher Saugmotor als ein Basis-Hybrid 80³ prima reichen.

Kleinere Batterie – große Wirkung

Und die Beschränkung der Batteriegröße dämpft die kritische Versorgung mit Zellen und deren Kosten, von Zusatzmasse (gut 100 Kilogramm beim 100³ sind ein akzeptables Mehrgewicht, zuzüglich elektrischer Antriebstechnik) sowie Ressourcenverbrauch für ihre Produktion und Recycling ganz abgesehen. Im Vergleich zu batterieelektrischen Pkw mit ‚alltagstauglicher Reichweite‘ könnte über das 100³-Konzept die ungefähr dreifache Anzahl Neufahrzeuge pro ‚Batterieeinsatz‘ weitgehend elektrifiziert werden. Da 50 bis 90 Prozent der mittleren Fahrleistung mit elektrischer Energie bestritten würde, erzielte man über deren abnehmenden CO2-Fußabdruck und klar besseren Wirkungsgrad Tank to Wheel eine erhebliche Klimawirkung. Den potenziell großen Kundenkreis und hohe Stückzahlen erreicht man aber nur, wenn nicht nur ein Modell (Beispiel E-Golf), sondern alle Varianten des Modell-Baukastens als 100³ angeboten würden: auch Kombi, SUV, Van usw. Eine konsequente Auslegung auf reine Elektro-Traktion beim Losfahren und generell im Stadtverkehr vermeidet primär den besonders schlechten integralen Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren bei niedrigen Lasten und kurzzeitiger Dynamik, wie es die relativ hohen urbanen Norm- und Realverbräuche zeigen.

Eine kompaktere Kupplung spart Platz für den Elektromotor

Es sind jedoch weitere Potenziale abzuleiten: Ohne Anfahrfunktion des Verbrenners bringt eine kompaktere Kupplung Bauraum für den Elektromotor. Ein Viergang-Getriebe würde für einen möglichen Antrieb durch den Verbrenner zwischen 30 und 180 km/h ausreichen. Bei stark entladener Batterie (zum Beispiel unter 10 Prozent Ladestand) würde ein Anfahren mit reduzierter Dynamik und dann bereits ab 30 km/h einsetzendem Verbrenner und entsprechender Fahrerinformation die Mobilität sicherstellen. Man habe auch den Mut, ein Worst-Case-Szenario wie ein Anfahren mit voller Zuladung inklusive Anhänger auf 10 Prozent Steigung mit fast leerer Batterie nur noch kriechend oder auch gar nicht mehr zu schaffen. Deutschland hat herausragende Hersteller für innovative Getriebekonzepte. Ein 100³-Hybrid wäre idealerweise als Doppelkuppler darzustellen, auch ein kostengünstiges Handschaltgetriebe ist denkbar, eventuell teilautomatisiert. Klar ist, dass man das 100³-Konzept auch mit elektrischer Hinterachse bei weitgehend unverändertem Vorderwagen gut realisieren könnte.

In der kalten Jahreszeit ist hauptsächlich der Verbrenner im Einsatz

Mindestens im Winterhalbjahr müssen wir den Innenraum heizen. Bei reinen Batterie-Autos ist der Reichweitenverlust wegen des Heizenergiebedarfs und unvermeidlich langsamerer Elektrochemie vielfach erfahren, Wärmepumpen sind aufwendig. Viel cleverer ist es, im Fahrzeug eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit dann ordentlichem Gesamtwirkungsgrad zu haben: Der Verbrennungsmotor kann im Winter mehr zum Einsatz kommen. Und sein seit Euro 6d endlich real sehr niedriges Niveau an Schadstoff-Emissionen (Benziner wie Diesel) kann noch weiter vermindert werden, indem die nicht geringe elektrische Energiemenge im 100³ auch für noch schnelleres Aufheizen von Katalysatoren eingesetzt würde.

Hybrid 1003 bietet vielseitige Einsatzmöglichkeiten

Selbstredend findet man schnell Einwände gegen dieses Kompromiss-Konzept 100³: Manche brauchen den Verbrennungsmotor sehr selten; der Außendienstler mit 500 Kilometern pro Tag käme nicht auf 50 Prozent elektrischen Fahranteil. Abwandlungen des Konzeptes könnten Nutzerkreise erweitern, zum Beispiel auf den Vielfahrer auch durch einen kompakten Dieselmotor (1,5 l bis 2,0 l) trotz Kostennachteils. Oder kleine Nutzfahrzeuge wie ein VW Caddy können als 100³ weiterhin sehr flexibel im typischen Auslieferverkehr meist elektrisch in Städten fahren, aber dennoch spontan weite Wege gehen. Auch schnelleres Aufladen als über Nacht hat natürlich Vorteile, ohne Notwendigkeit einer Gigantomanie von 50 KW Ladeleistung, deren erhöhte Energieverluste wenig beachtet werden. Auch ohne Schnellladung lädt ein Arbeitnehmer in 8 Stunden auf dem Firmenparkplatz mindestens 80 Prozent der Batterie des 100³. Pendlerstrecken über 80 km sind eher die Ausnahme, aber dank Hybrid machbar, wie auch spontane Umwege.

Die Autoindustrie ist am Zug

Ja, ein Hybrid ergibt noch nicht die volle Klimaneutralität des Verkehrs. Gegenüber einem starren Blick in eine Zukunft reiner E Mobile würden kurz- und mittelfristig gut gemachte „Normalo-Autos“ als 100³-Hybrid in dann großen Stückzahlen weit schneller die CO2-Emissionen des Verkehrs reduzieren. Auch gesellschaftlich hat es positive Aspekte, mit einem universellen Fahrzeug einem Trend zu rein elektrischen Zweitwagen in Ballungsräumen zu begegnen oder die Möglichkeiten des 100³ im Carsharing einzusetzen. Autoindustrie in Deutschland, Europa und der Welt, seit Jahrzehnten seid ihr erfolgreich durch bezahlbare Autos mit hohem Nutzwert, zeigt doch endlich, dass das auch als Elektro-Hybrid geht!

Ihre Meinung ist gefragt!

Plug-in-Hybride sind in die Kritik geraten, weil viele Hersteller sie vor allem nutzen, um den Flottenverbrauch und den CO2-Ausstoß zu frisieren und gleichzeitig weiter leistungsstarke Fahrzeuge mit weit über 300 PS anbieten zu können. Professor Hermann Koch-Gröber stellt ein anderes Konzept zur Diskussion. Was halten Sie davon? Schreiben Sie uns an leserbriefe@ace.de