Pi-Heff – Teil 2

„Schon“ zwei Jahre nach dem ersten Teil folgt der zweite Teil dieser Serie. Dieses Mal möchte ich versuchen eine Definition zur Unterscheidung zwischen Plug-In-Hybrid (PHEV) und Elektrotroauto mit Range-Extender (REEV) zu finden. Als Einsteig empfehle ich den ersten Teil dieser Serie.

Was haben PHEV und REEV gemeinsam?

Fangen wir zunächst damit an, die Gemeinsamkeiten zwischen den PHEVs (Plug-In Hybrid Electric Vehicle) und den REEVs (Range-Extended Electric Vehicle) herauszuarbeiten.

Zunächst einmal verfügen beide Fahrzeugkategorien über mindestens eine E-Maschine, die für elektrischen Vortrieb sorgt und welche das Fahrzeug auch ohne eingeschaltetem Verbrennungsmotor antreiben kann. Darüber hinaus weisen beide Fahrzeuge eine Batterie auf, die über eine externe Lademöglichkeit geladen werden kann. Dies bedingt natürlich auch, dass diese Fahrzeuge über entsprechende Ladeanschlüsse am Fahrzeug verfügen.

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Der BMW i3 ist sowohl als rein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder als Variante mit Reichweitenverlängerer (REX bzw. REEV) erhältlich. (Foto: © BMW AG)

Ein Verbrennungsmotor ist bei beiden Fahrzeugkategorien ebenfalls vorhanden. Die Bandbreite beginnt hier beim Zweizylinder-Motor mit 650 cm³ und 28 kW im BMW i3 REX und endet beim Vierliter-V8-Motor mit 404 kW des Porsche Panamera Turbo S E-Hybrid. Es kann also die komplette Bandbreite an Verbrennungsmotoren in einem PHEV bzw. REEV eingesetzt werden.

Aber wo kann man nun die Trennlinie zwischen den beiden Varianten ziehen?

Was unterscheidet einen PHEV vom REEV?

Um eine genauere Unterscheidung zwischen den PHEVs und REEVs zu finden, habe ich mir die folgenden Merkmale typischer Vertreter dieser Fahrzeugklassen angeschaut.

1. Größe der Batterie

Ein erstes Unterscheidungsmerkmal ist die Größe bzw. der Energieinhalt der Traktionsbatterie. Bei den von mir betrachteten Fahrzeugen haben die REEVs mindestens 16 kWh (wenn man den Opel Ampera dazu zählt) und verfügen laut Hersteller über 80 bis 240 km Reichweite. Die besten PHEVs hingegen weisen lediglich elektrische Reichweiten von 30 bis 63 Kilometern auf. Da es sich hier ebenfalls um Herstellerangaben handelt, die nach NEFZ ermittelt wurden, fallen diese in der Praxis natürlich deutlich geringer aus.

PHEV_vs_REEV_Energieinhalt
Die Batterien der REEVs weisen eher höhere Energieinhalte auf als die PHEVs, was zu höheren elektrischen Reichweiten führt.

Kann man also einen PHEV von einem REEV allein anhand der Batteriegröße bzw. der elektrischen Reichweite unterscheiden? Nur bedingt. Schließlich werden die PHEVs ebenfalls in Richtung elektrischer Reichweite weiterentwickelt. Der neue Porsche Panamera E-Hybrid hat bereits eine 14,1 kWh-Batterie und kommt somit dem Opel Ampera relativ nahe. Dennoch lässt sich hier bereits eine Tendenz festhalten: REEVs haben größere Batterien und höhere elektrische Reichweiten als PHEVs.

2. Aufbau des Hybridsystems

Da sowohl REEV als auch PHEV über Elektro- und Verbrennungsmotor verfügen, kann man in beiden Fällen von einem Hybrid-Antrieb sprechen. Interessant ist hierbei jedoch die Umsetzung der Antriebe.

Serieller_Hybrid
Beim seriellen Hybrid treibt nur der Elektromotor die Räder an. Der Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der Strom für den Traktionsmotor bzw. die Batterie liefert.

Grundsätzlich muss man hierbei zwischen seriellem und parallelem Hybrid unterschieden. Beim seriellem Hybrid hat der Verbrennungsmotor keine mechanische Kopplung zu den angetriebenen Rädern, sondern wird lediglich als Generator verwendet, welcher die Batterie nachlädt. Die Räder werden also immer über die E-Maschine angetrieben.

Paralleler_Hybrid
Beim parallelen Hybrid kann sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor das Fahrzeug antreiben.

Beim parallelem Hybrid können sowohl E-Maschine als auch Verbrennungsmotor die Räder antreiben. Die meisten PHEVs sind nach dieser Konfiguration aufgebaut.

Die Elektroautos mit Reichweitenverlängerer verfügen grundsätzlich über einen seriellen Hybridantrieb, womit eine Grundvoraussetzung für die Einordnung eines solchen Fahrzeugs definiert wäre. Allerdings gibt es auch Mischvarianten wie die B-Klasse-Studie E-Cell Plus oder den Opel Ampera. Diese Fahrzeuge verfügen zusätzlich über eine mechanische Kupplung, die es ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor die Räder direkt antreibt. Dadurch wechselt das Fahrzeug vom seriellen Modus zum Parallelen.

PHEV_vs_REEV_Seriell_Parallel
REEVs sind immer als serieller Hybrid ausgelegt. Bestimmte Fahrzeuge können zusätzlich als paralleler Hybrid betrieben werden. Bei PHEVs ist der parallele Hybrid die häufigste Konfiguration.

Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn der Gesamtwirkungsgrad durch den direkten Zugriff des Verbrenners auf die Räder gesteigert wird. Im Gegenzug muss jedoch ein erhöhter mechanischer Aufwand betrieben werden, weshalb beispielsweise der Opel Ampera über ein relativ komplexes Getriebe verfügt.

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Der E-Cell Plus kann sowohl reinelektrisch als auch im seriellen und parallelen Hybridmodus angetrieben werden – ähnlich dem Opel Ampera. (Grafik: © Daimler AG)

Abgesehen vom Mitsubishi Outlander PHEV verfügen so gut wie alle Plug-In-Hybride ausschließlich über einen parallelen Hybridantrieb. Die meisten PHEVs wurden als „klassische“ Verbrenner konzeptioniert. Der parallele Hybrid lässt sich dabei deutlich einfacher in die vorhandene Fahrzeugarchitektur integrieren als der serielle Hybrid.

Halten wir also fest: Verfügt das Fahrzeug ausschließlich über einen parallelen Hybrid ist es mit hoher Wahrscheinlichkeit ein PHEV. Ist das Fahrzeug als serieller Hybrid ausgeprägt, ist es wahrscheinlich ein REEV. Für die Kategorisierung der Mischvarianten müssen aber weitere Merkmale hinzugezogen werden.

3. Leistungsverhältnis zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor

Als drittes Unterscheidungsmerkmal kann die Leistung (P) von Verbrennungsmotor (VM) und Elektromotor (EM) herangezogen werden. Diese habe ich ins Verhältnis zueinander gesetzt.

Ist das Verhältnis größer 1 bedeutet dies, dass der Elektromotor eine höhere Leistung aufweist als der Verbrennungsmotor. Bei einem Verhältnis von kleiner 1 bestimmt der Verbrennungsmotor die Leistung des Fahrzeugs.

PHEV_vs_REEV_Leistung
Beim REEV dominiert leistungstechnisch der Elektromotor, beim PHEV der Verbrennungsmotor.

Hier wird deutlich, dass die Leistung der REEVs vor allem durch den Elektromotor bestimmt wird. Zusätzlich lässt sich ablesen, dass die Fahrzeuge mit seriellem Hybridantrieb ein Verhältnis von größer 1 aufweisen. Wie kommt es dazu?

Die maximale Leistung wird bei den meisten Elektroautos ausschließlich für das Beschleunigen und das Fahren der Höchstgeschwindigkeit benötigt. Vor allem die Beschleunigungsphasen erstrecken sich immer nur über sehr kurze Zeiträume. Die hierfür benötigte Leistung stellt die E-Maschine alleine zur Verfügung. Für das kontinuierliche Fahren, zum Beispiel auf der Autobahn mit vielleicht 130 km/h, werden nur ca. 20 bis 30 kW inklusive der Nebenverbraucher benötigt.

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Sonderling: Der inzwischen nicht mehr erhältliche Opel Ampera ist weder Fisch noch Fleisch – PHEV und REEV zugleich. (Foto: © Opel)

Der Range-Extender im BMW i3 ist daher genau so dimensioniert, dass er diese konstante Leistung liefert, damit die Batterie kontinuierlich nachgeladen werden kann. Hierbei sind natürlich auch entsprechende Wandlungs- und Ladeverluste zu berücksichtigen, die bei der Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie entstehen.

Die anderen Fahrzeuge mit einem Leistungsverhältnis von größer 1 weisen zum Teil deutlich stärkere Verbrennungsmotoren auf. Diese ermöglichen das Fahren mit Höchstgeschwindigkeit auch bei leerer Batterie, also wenn fast die komplette Leistung aus dem Verbrennungsmotor bezogen werden muss.

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Der Mitsubishi Outlander PHEV verfügt sowohl über einen seriellen als auch einen parallen Hybridmodus. (Foto: © Mitsubishi)

Wie bereits im Abschnitt davor erwähnt, kann es nun vom Gesamtwirkungsgrad her besser sein, den Verbrennungsmotor direkt an die Antriebsachse zu koppeln, anstatt die Leistung erst von mechanischer in elektrische Energie wandeln zu müssen um diese anschließend direkt wieder von elektrischer in mechanische Energie zurückzuwandeln.

Als Schlussfolgerung kann folgender Aspekt festgehalten werden: Bei PHEVs dominiert fast immer der Verbrennungsmotor gegenüber dem Elektromotor. Bei REEVs ist dies genau umgekehrt. Allerdings gibt es auch hier wieder Ausnahmen wie den Mitsubishi Outlander PHEV oder den Opel Ampera. Für eine eindeutige Kategorisierung müssen daher alle Aspekte berücksichtigt werden. Doch selbst dann lässt sich der Opel Ampera nicht genau einer Kategorie zuweisen, sondern verbleibt als ein Sonderling genau im Graubereich zwischen REEV und PHEV.

Vor- und Nachteile der Konzepte

Legt man die tatsächliche, durchschnittliche Fahrstrecke pro Tag zugrunde, würden für zwei Drittel der Fahrten die praxistauglichen, elektrischen Reichweiten der aufgeführten REEVs ausreichen. Beim BMW i3 REX könnten sogar mehr als 90% aller Fahrten locker reinelektrisch zurückgelegt werden.

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90% der in der Studie befragten Personen gaben an, nicht mehr als 100 km am Tag mit dem Fahrzeug zurückzulegen. Bei 69% sind es sogar weniger als 50 km.

Der Vorteil eines REEV ist der sehr günstige elektrische Verbrauch, da der ganze Antriebsstrang auf diesen Betrieb ausgelegt wurde. Wenn jedoch lange Strecken zurückgelegt werden sollen, muss der Range-Extender einspringen. Da der Verbrennungsmotor nicht häufig eingesetzt wird und möglichst günstig sein soll, handelt es sich hier häufig um eher einfache Motoren, die relativ schlechte Verbräuche aufweisen.

Wer mit dem REEV einmal im Jahr in den Urlaub fährt, wird damit wohl zurecht kommen. Wobei sich dann auch die Frage stellt, ob man dann überhaupt noch einen Verbrenner herumschleppen möchte. Man kauft sich schließlich auch keinen Mercedes Sprinter, weil man einmal im Jahr zu IKEA oder zum Baumarkt fährt.

Das Angebot an REEV ist allerdings auch verschwindend gering. Von den von mir aufgeführten Fahrzeugen ist in Deutschland nur der BMW i3 REX erhältlich. Die B-Klasse war leider nur eine Studie und wurde nie in Serie produziert. Der Opel Ampera ist nur noch als Gebrauchtwagen erhältlich und beim LEVC TX handelt es sich um das neue Londoner Taxi, welches für Privatkunden sowieso nicht verfügbar ist.

Wie auch immer, wer regelmäßig längere Distanzen zurücklegt, ist grundsätzlich mit einem REEV oder PHEV gut bedient. Je höher der Langstreckenanteil ist, desto eher kann der Fokus auf den Verbrenner und somit auf den PHEV gelegt werden. Diese weisen allerdings aufgrund der Optimierung im Verbrennerbetrieb geringe elektrische Reichweiten und hohe elektrische Verbräuche auf. Im Gegenzug gibt es inzwischen ein sehr umfangreiches Angebot an Plug-In-Hybriden.

Beide Konzepte sind aber grundsätzlich nachteilig, wenn fast nur elektrisch gefahren werden soll. Im Gegensatz zum reinen BEV fallen weiterhin die hohen Wartungskosten eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor an, ohne dabei die elektrischen Reichweiten selbst einfacher bzw. alter BEVs vom Schlage eines Smart ED, Mitsubishi i-MiEV oder einer Renault Zoe zu erreichen.

Man muss also abwägen, wie viel Verbrenner benötige ich wirklich noch?

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