14 Tage mit dem Mitsubishi Plug-in Hybrid Outlander – Teil 1: Die Technik

Mitsubishi gab mir die Gelegenheit, den meistverkauften Plug-In Hybriden Europas ausführlich zu testen. Highlight des Fahrzeugs ist das ungewöhnlich aufwendige Hybridsystem des SUVs. Ein Fahr-, Praxis- und Technikbericht.

Im ersten Teil möchte ich auf die Technik des PHEV-Outlanders eingehen, da dies der Hauptgrund ist, warum ich dieses Fahrzeug unbedingt testen wollte.

Der Plug-in Hybrid Outlander ist derzeit vielleicht das konsequenteste PHEV, das es zu kaufen gibt. Einige Gründe hierfür habe ich bereits in diesem Artikel über Plug-In-Hybride beschrieben. Aber schauen wir uns das Hybrid-System des Fahrzeugs einmal genauer an.

Das Antriebskonzept

Der Plug-in Hybrid Outlander verfügt über insgesamt drei E-Maschinen. Zwei davon dienen als Antrieb und können daher zum Fahren als Motor bzw. zum Rekuperieren als Generator eingesetzt werden. Eine weitere E-Maschine befindet sich am Verbrenner und wird ausschließlich als Generator, also zum Laden der Batterie, verwendet.

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Unter der Motorhaube sieht man links den 4-Zylinder-Benzinmotor und rechts Teile des Hybridsystems.

Die zwei Antriebs-E-Maschinen haben jeweils eine Nenn-Leistung von 25 kW (34 PS), sowie eine Peakleistung von 60 kW (ca. 82 PS). Maximal stehen somit 120 kW (163 PS) als elektrische Antriebsleistung zur Verfügung. Im Alltag genügt diese Leistung locker, wodurch sich der Outlander im rein elektrischen Modus wie jedes normale BEV fahren lässt.

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In dieser Grafik ist schematisch das komplette Antriebssystem des Outlanders dargestellt. Zur Hinterachse gibt es keine mechanische Verbindung.

Bei dem Verbrenner handelt es sich um einen relativ unspektakulären Reihenvierzylinder-Ottomotor mit zwei Litern Hubraum und 89 kW (121 PS) und 190 Nm. Er verfügt weder über eine Direkeinspritzung noch einen Turbolader, womit er dem aktuellen Trend der Verbrennungsmotorentechnologie entgegensteht. Da der Verbrenner durch die E-Maschinen unterstützt wird, kann der Motor einfacher aufgebaut sein. Durch die relativ geringe Literleistung und den Verzicht auf eine Direkteinspritzung wird das Abgasverhalten positiv beeinflusst. Die Gefahr der Bildung von Rußpartikeln, wird somit deutlich reduziert und es kann auf einen Partikelfilter verzichtet werden. Leider habe ich keine RDE-Messung des Outlanders gefunden. Zertifizert ist er natürlich nach Euro 6.

Elektrischer Allradantrieb

Der Clou der beiden E-Maschinen ist, dass sich jeweils eine davon an der Vorderachse und eine an der Hinterachse befindet. Somit verfügt der Outlander über einen elektrischen Allradantrieb, genannt „Twin Motor 4WD“, und kann sich teure und schwere mechanische Komponenten sparen (z.B. Differential, Verteilergetriebe, Kardanwelle). Die Idee ist an sich nicht neu und wurde bereits 2005 von Lexus im Hybrid-SUV RX400h eingeführt.

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Der Allradantrieb wird von Mitsubishi „Twin Motor 4WD“ genannt und durch die „Super All Wheel Control“ gesteuert.

Über die Funktion 4WD-Lock kann der Allradantrieb gesperrt werden, d.h. beide Achsen werden angetrieben. Bei einer leeren Batterie springt dann der Verbrennungsmotor an, damit über den Generator die Hinterachse mit Strom versorgt wird.

Die Betriebsarten: Elektrisch – Seriell – Parallel

Dies führt uns unmittelbar zu den einzelnen Betriebsarten des Hybridantriebs des Outlanders. Grundsätzlich ist dieser, wie bereits erwähnt, rein elektrisch unterwegs.

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Im elektrischen Betriebsmodus treiben nur die E-Maschinen die Achsen an. Die Energie wird komplett der Batterie entnommen.

Wenn der Ladezustand der Batterie jedoch zu stark gefallen ist und diese evtl. nicht mehr genug Leistung für die E-Maschinen zur Verfügung stellen kann, springt der Verbrennungsmotor zur Unterstützung ein. Da sich an diesem die dritte E-Maschine (der Generator) befindet, kann der Verbrenner über eben jenen die Batterie nachladen und für zusätzlichen „Saft“ für die beiden Antriebs-E-Maschinen sorgen. Der Generator kann dabei die Batterie mit bis zu 70 kW (95 PS) zusätzlich unterstützen.

In diesem Zustand ist der Verbrenner nicht an die Antriebsachsen angekoppelt. Man spricht daher von einem seriellen Betriebsmodus, wie er beispielsweise bei einem Range Extender ebenfalls Anwendung findet. Der Verbrenner lädt also über den Generator die Batterie, die wiederum die E-Maschinen versorgt. Angetrieben wird der Outlander in diesem Zustand rein elektrisch.

Damit der Verbrenner mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad läuft, muss dabei die Drehzahl des Verbrenners nicht unbedingt mit der Drehzahl der Räder übereinstimmen. Bei einem „klassischen“ Verbrennerantrieb steigt die Drehzahl des Motors proportional mit der Drehzahl der Räder, da diese starr miteinander verbunden sind. Über den Wechsel des Gangs kann dieses Verhältnis angepasst werden.

Ausnahmen sind hier die Hybridantriebe von Toyota oder Fahrzeuge mit CVT-Getriebe, da diese keine festen Gangstufen haben und die Übersetzung nicht in diskreten Schritten angepasst werden muss.

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Im seriellen Betriebsmodus wird über den Generator die Batterie geladen. Der Outlander wird dabei elektrisch angetrieben.

Dies wird besonders deutlich, wenn man zum Beispiel von 0 auf 100 km/h beschleunigt. Der Outlander wird während dieses Vorgangs komplett elektrisch angetrieben. Da aber zusätzliche Leistung benötigt wird, springt der Verbrenner an und läuft mit einer relativ hohen, konstanten Drehzahl, um die zusätzlich benötigte Leistung zur Verfügung zu stellen. Das Fahrzeug selber wird aber weiterhin elektrisch angetrieben. Der Wagen beschleunigt also mit einem konstanten Motorengeräusch, was zunächst ungewöhnlich klingt und subjektiv den Eindruck vermittelt, dass man nicht schneller wird, da die Motorendrehzahl eben nicht ansteigt. Ein Blick auf den Tacho belehrt einen dann eines Besseren.

Was ist also der Vorteil des seriellen Betriebs? Insbesondere bei geringen Lasten, bspw. im Stadtverkehr oder auf einer Landstraße, sind Verbrennungsmotoren sehr ineffizient. Sie verbrauchen einen Großteil der Energie dafür, sich selbst anzutreiben. Der serielle Antrieb ermöglicht es, den Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl zu betreiben, bei der der Wirkungsgrad besser ist. Allerdings produziert der Verbrenner dann gegebenenfalls mehr Energie, als zum Fahren benötigt wird. Diese überflüssige Energie kann aber in der Batterie zwischengepuffert werden und steht später wieder für rein elektrisches Fahren zur Verfügung.

Der elektrische und der serielle Betriebsmodus werden allerdings nur bis ca. 120 km/h ermöglicht. Darüber schaltet das Hybridsystem in den parallelen Betriebsmodus. Nun wird der Verbrenner direkt an die Vorderachse angekoppelt und überträgt seine Leistung ohne zusätzliche Wandlungsverluste direkt auf die Straße. Zusätzlich können die E-Maschinen antriebsseitig noch unterstützen. Der parallele Hybridmodus ist jener, der bei den meisten Hybridsystemen – mit Ausnahme von Toyota – der Normalfall ist.

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Im parallelen Betriebsmodus ist der Ottomotor direkt an die Vorderachse angekoppelt und treibt diese an. Zusätzlich kann über den Generator die Batterie geladen werden. Die beiden Antriebs-E-Maschinen können zusätzlich boosten oder rekuperieren.

Der parallele Betriebsmodus ist dann sinnvoll, wenn der Verbrenner mit höherer Last betrieben wird. In diesen Bereichen ist der Verbrenner am effizientesten und somit wird der beste Gesamtwirkungsgrad erreicht. Wie auch bei quasi allen Hybridsystemen kann in diesem Betriebsmodus eine „Lastpunktanhebung“ erfolgen. Der Verbrenner wird dann zusätzlich mit dem Generator belastet, der Strom erzeugt. Durch diese höhere Belastung wird der Verbrenner in einen Lastbereich verschoben, in welchem dieser einen besseren Wirkungsgrad aufweist.

Eine Rekuperation über die beiden E-Maschinen ist natürlich in jedem der Betriebsmodi möglich. Außerdem geschieht der Wechsel zwischen den einzelnen Betriebsarten natürlich vollautomatisch und muss nicht durch den Fahrer gesteuert werden. Die Steuerungssoftware MiEV OS des Hybridsystems sucht sich dabei immer den Betriebspunkt mit dem besten Wirkungsgrad.

Die Fahrmodi

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Über diese Tasten kann der Allradantrieb festgestellt oder der reine Elektromodus aktiviert werden.

Der Outlander PHEV verfügt über eine Vielzahl von Fahrmodi, die ich hier kurz vorstellen möchte:

  • Normal: In diesem Fahrmodus startet der Outlander immer. Es wird automatisch der Verbrennungsmotor hinzu- oder abgeschaltet und die elektrische Energie bedarfsgerecht eingesetzt. Bei Geschwindigkeiten unter 120 km/h und ausreichendem Batterieladestand fährt der Outlander so fast immer elektrisch.
  • ECO: Die Fahrpedalkennlinie wird angepasst und es steht bspw. zum Beschleunigen weniger Leistung zur Verfügung. Ebenso wird die Leistung der Klimaanlage reduziert.
  • EV: Der Outlander fährt – eine ausreichend geladene Batterie vorausgesetzt – komplett elektrisch. Dies ist solange möglich, bis die Batterie leer ist. Bis zu 120 km/h sind so möglich.
  • Charge: Über den Verbrennungsmotor wird die Batterie geladen. Bei komplett entladener Batterie dauert dies ca. 40 Minuten, um einen Ladestand von 80% zu erreichen. Dies kann jedoch den Durchschnittsverbrauch deutlich erhöhen.
  • Save: Die Batteriekapazität wird „gespart“, d.h. der Outlander ist hauptsächlich hybridisch unterwegs. Dies kann sinnvoll sein, wenn man die Ladung für eine Fahrt durch eine Stadt aufsparen möchte, wo der E-Antrieb deutliche Effizienzvorteile gegenüber dem Verbrenner hat.
  • 4WD-Lock: Der Outlander ist nun in jedem Fall allradgetrieben. Da die Hinterachse nur elektrisch angetrieben wird, springt ggf. der Verbrennungsmotor an, um die Batterie nachzuladen, damit auch die Hinterachse mit Strom versorgt werden kann.
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Über den kleinen Joystick wird die Fahrtrichtung eingestellt. Darunter befinden sich die Tasten für das Laden der Batterie über den Verbrennungsmotor (CHRG) und das Aufsparen der Batterieladung (SAVE)

Einige der Fahrmodi können auch kombiniert werden, z.B. EV und Eco.

Die Batterie

Die Batterie des Outlanders ist im Unterboden platziert und raubt so keinen Platz im Kofferraum. Es handelt sich dabei um eine Lithium-Ionen-Batterie mit 12 Kilowattstunden (Brutto-)Energieinhalt. Sie besteht aus 80 in Reihe geschalteter Zellen mit jeweils 40 Ah und weist eine Nennspannung von 300 Volt auf. Nutzbar sind von den 12 kWh allerdings nur 9 kWh, was zwar die elektrische Reichweite einschränkt, im Gegenzug jedoch für eine hohe Lebensdauer sorgen dürfte.

Die Lade- bzw. Entladeleistung muss bei hohen bzw. niedrigen Ladezustand eingeschränkt werden, um die Batterie nicht zu beschädigen (siehe dazu auch: Das Bierglasmodell). Dadurch, dass nun ca. drei Kilowattstunden Puffer zur Verfügung stehen, liegt der nutzbare Teil der Energie in einem Band, in dem dieser Leistungseinbruch kaum zum Tragen kommt.

Das elektrische System kann so mit einer relativ hohen Leistung auch bei einem niedrigen Ladezustand versorgt werden, wodurch sich das Antriebsverhalten gut reproduzieren lässt.

Fahrer von normalen BEVs werden bereits festgestellt haben, dass bei sehr niedrigem Ladezustand die Leistung des Fahrzeug stark eingeschränkt ist, da hier häufig dieser Puffer geringer ausfällt, um eine möglichst hohe Reichweite zu ermöglichen.

Die Lademöglichkeiten

Eine weitere Besonderheit dieses Fahrzeugs betrifft die Lademöglichkeiten. Nach meinem Kenntnisstand ist der Outlander das einzige schnellladefähige PHEV auf dem Markt. Neben einem Typ-1-Anschluss für das AC-Laden verfügt der Outlander auch über einen CHAdeMO-Anschluss für eine DC-Ladung mit bis zu 50 kW.

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In 25 Minuten kann per CHAdeMO-Ladung die Batterie zu 80% geladen werden.

Das AC-Laden erfolgt bei dem Fahrzeug über einen einphasigen 3,7-kW-On-Board-Lader (230 V und 16 A) innerhalb von fünf Stunden. Für eine Ladung von 0 bis 80% werden an einer CHAdeMO-Ladesäule allerdings nur 25 Minuten benötigt. Das reicht aus, um auch mal bei einem kurzen Zwischenstopp 20 bis 30 Elektro-Kilometer nachladen zu können. Dies ist äußerst sinnvoll, da PHEVs nur dann einen deutlichen Verbrauchsvorteil gegenüber normalen HEVs haben, wenn sie möglichst viele Kilometer elektrisch zurücklegen. Eine schnelle Ladung ist dafür unabdingbar.

 

Diese Diashow benötigt JavaScript.

Da CHAdeMO-Ladesäulen in Deutschland allerdings nicht so verbreitet sind wie AC-Lademöglichkeiten mit 22 kW über Typ-2, konnte ich die Schnellladung nicht ganz so oft nutzen, wie erhofft. Ein 22-kW-On-Board-Lader wäre hier hilfreicher gewesen. Ein solcher ist allerdings nicht erhältlich.

Wer allerdings häufig z.B. bei Aldi, Ikea oder Kaufland einkauft, wird sich über die Möglichkeit freuen, in der Einkaufszeit locker den Akku auf 80% laden zu können.

Bi-Direktionales Laden

Der Outlander gehört zu den wenigen Fahrzeugen, die Vehicle-to-Grid-fähig sind. Vehicle-to-Grid (kurz: V2G) bedeutet, dass das Fahrzeug auch Strom an das Netz zurückspeisen kann. Dies wird über den CHAdeMO-Anschluss ermöglicht, der aktuell der einzige Anschluss ist, der dies unterstützt. Da es für den Privatgebrauch aber keine CHAdeMO-Lademöglichkeiten für die Garage gibt, kann diese Funktion nur an öffentlichen Ladesäulen genutzt werden.

Für Deutschland spielt das aktuell keine Rolle. In den Niederladen gibt es jedoch bereits erste Projekte, bei denen der Outlander als mobiler Speicher zur Regelung des Stromnetzes eingesetzt wird. Mehr zu V2G werde ich in einem späteren Artikel der Serie „Alles rund ums Laden“ schreiben.

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Der Outlander PHEV verfügt über einen elektrischen Allradantrieb. Wiesen und Waldwege lassen sich damit problemlos meistern.

Das Fazit zur Technik

Der Plug-In Hybrid Outlander weist einige technische Schmankerl auf, die man bei vielen (Plug-in-)Hybriden vergeblich sucht. Die Highlights sind für mich der elektrische Allradantrieb und die Möglichkeit, elektrisch, seriell und parallel fahren zu können.

Auch die Schnelllademöglichkeit ist einzigartig und ein bemerkenswertes Feature. Da es in Deutschland allerdings noch nicht so richtig viele CHAdeMO-Ladesäulen gibt, ist der Nutzen leider hierzulande etwas eingeschränkt. Gleiches gilt für die V2G-Möglichkeit, die (noch) als Spielerei abgetan werden kann.

Ein Batterieupdate und einen leistungsfähigeren, dreiphasigen On-Board-Lader würde ich mir für das Auto noch wünschen, um den Anteil der elektrischen Fahrten weiter steigern zu können.

Im nächsten Teil folgt der Fahr- und Praxistest des Mitsubishis.

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