Warum explodiert der Kraftstoffverbrauch bei Plug-in-Hybriden, wenn sie nicht geladen werden?

Ein nicht geladener Plug-in-Hybrid verbraucht typischerweise zwei- bis viermal so viel Kraftstoff wie der im Datenblatt angegebene Verbrauchswert; denn das Fahrzeug ist darauf ausgelegt, mit Strom betrieben zu werden, und bleibt das Laden aus, muss es das Gewicht der Batterie und die zusätzliche Motorleistung nur mit Benzin schleppen. Während der WLTP-Kombiverbrauch eines durchschnittlichen Plug-ins bei etwa 1,5 Litern liegt, steigt dieser Wert bei mangelnder Ladedisziplin in den Bereich von 6 L/100 km. Diese Seite erklärt mit Zahlen die technischen Gründe für diese Kluft zwischen Datenblatt und Tankstelle.

Wie wird der Katalogwert ermittelt und warum entspricht der Realverbrauch ihm nicht?

Der Typgenehmigungsverbrauch eines Plug-in-Hybrids (PHEV) beruht auf der Annahme, dass das Fahrzeug einen bestimmten Teil des Zyklus elektrisch und den Rest mit Benzin absolviert. Das Konzept, das diese Annahme definiert, heißt Utility Factor, also der Anteil des elektrischen Fahrens. Bei der Typgenehmigung wird dieser Anteil für Privatautos mit rund 69 % angesetzt. In der Realität sinkt derselbe Anteil bei privater Nutzung im Durchschnitt auf 37 % und bei Firmenwagen auf nur 20 %.

Ein so weit zurückbleibender Anteil hat nur eine Folge: Der Benzinmotor arbeitet weit über der Kilometerzahl, die ihm in der Katalogrechnung zugedacht war. Eine breit angelegte Analyse der realen Welt an rund 100.000 Plug-in-Hybriden hat gezeigt, dass der reale Verbrauch bei Privatautos das Zwei- bis Vierfache, bei Firmenwagen sogar das Drei- bis Vierfache des Typgenehmigungswerts erreicht. Während der WLTP-Kombiwert eines durchschnittlichen PHEV bei ~1,57 L/100 km liegt, springt er im realen Betrieb auf das Niveau von 6 L/100 km - die Mathematik dahinter: mehr als das Dreifache des offiziellen Werts.

Die Strafe der leeren Batterie: Wie Gewicht und überflüssige Leistung Kraftstoff verbrennen

Am besten versteht man ein nicht geladenes Plug-in, wenn man es als Gleichgewichtsproblem in zwei Phasen betrachtet. Auf der einen Seite die transportierte Masse, auf der anderen das System, das diese Masse bewegt. Auf beiden Seiten verlieren Sie.

Wie hoch ist die Strafe durch das Batteriegewicht?

Eine PHEV-Batterie hat typischerweise eine Kapazität von rund 15 kWh, was einer Masse von über hundert Kilogramm entspricht. Das zusätzliche Gewicht von Batterie und Elektromotor kann den Verbrauch sogar über den eines vergleichbaren Benziners heben. Die Auswirkung des Batteriegewichts auf die Hybrid-Effizienz wurde auch quantitativ gemessen: Mit wachsender Batterie sinkt die Effizienz des Hybridmodus von 49,1 mpg auf 45,2 mpg - also eine Strafe von 8 % allein wegen der Masse. Diese Energie kommt von nirgendwo zurück; sie wird als mit Benzin transportierte Last an jedem Autobahnkilometer bezahlt.

Warum erhöht die Motorleistung den Verbrauch?

Das zweite Problem ist die Leistung des Systems. Die meisten Plug-in-Hybride lassen aus Leistungsgründen im Marketing sowohl den Benzinmotor als auch den Elektromotor mit hoher Effizienz zusammenarbeiten. Mehr Leistung bedeutet aber zugleich mehr Masse, mehr Reibung, mehr innerliche Verluste und niedrigere Effizienz bei Teillast. Analysedaten verknüpfen dies mit einer klaren Kennzahl: Jede dem System entzogene 10 kW an Leistung senkt den realen Verbrauch und den CO2-Ausstoß um 2–4 %. Auch bei der Reichweite zeigt die Korrelation in dieselbe Richtung: Jede zusätzliche elektrische Reichweite von 10 km verbessert die realen Werte um 8–14 %. Mit anderen Worten: Die Kombination aus starkem Motor und kleiner Batterie liefert in der Praxis das schlechteste Ergebnis; die Lösung besteht darin, die Leistung vom Motor zu nehmen und in Reichweite zu investieren.

Wie groß ist der Unterschied zwischen einem nicht geladenen PHEV und einem Vollhybrid?

Ein Vollhybrid (HEV) ist ein Fahrzeug ohne Ladeanschluss; seine kleine Batterie lädt er selbst durch rekuperatives Bremsen und über den Benzinmotor auf. Das System ist vollständig auf diese Balance ausgelegt: kleine Batterie, geringe Zusatzmasse, auf den Benzinmotor abgestimmte Leistungsverteilung.

Ein nicht geladener Plug-in befindet sich genau im Gegenteil dieser Balance. Er schleppt das Gewicht seiner großen Batterie unnötig mit, wird deutlich stärker vom Benzinmotor abhängig, und die Hersteller selbst geben an, dass das Fahrzeug in diesem Szenario sogar weniger effizient arbeitet als ein in ähnlicher Größe gleich großer voller Hybridbruder. Bei gemischtem Stadt-/Autobahngebrauch wurde gemessen, dass Plug-ins etwas hinter ihren Vollhybrid-Brüdern zurückbleiben. Auch die offizielle Erklärung der Energiebehörde deutet auf denselben Punkt hin: Der PHEV-Verbrauch hängt von der Entfernung zwischen den Ladungen ab, und wenn das Fahrzeug nie geladen wird, sinkt die Kraftstoffeffizienz grob auf das Niveau eines ähnlich großen Hybridfahrzeugs - das heißt, alle elektrischen Vorteile des Plug-ins werden zunichte gemacht und die Massestrafe bleibt.

Die erste Zeile der Tabelle zeigt, wie wirksam die Technologie sein kann, wenn sie richtig genutzt wird: Wird ein PHEV mit 15-kWh-Batterie jeden Tag geladen, sinkt sein Verbrauch im Vergleich zum Vollhybrid um 69 %. Dasselbe Fahrzeug gibt diesen Vorteil in vollem Umfang und noch etwas mehr zurück, sobald die Ladedisziplin nachlässt.

Wie kippen die Zahlen die Ladeangewohnheiten?

Die Wirtschaftlichkeit eines Plug-in-Hybrids hängt davon ab, wie viele Kilometer die Energie in seiner Batterie verbraucht wird. Die Typgenehmigung der meisten PHEVs weist eine elektrische Reichweite von 30–60 km aus, und bei regelmäßigem Laden legen diese Fahrzeuge jährlich 5.000–10.000 km elektrisch zurück. Bei Modellen mit über 80 km Reichweite steigt dieser Wert auf 12.000–20.000 km/Jahr; heute bieten viele Modelle rund 100 km elektrische Reichweite. Dasselbe Auto unterscheidet sich also bei der jährlichen Kraftstoffrechnung deutlich zwischen einem Besitzer mit Ladesteckdose zu Hause und einem Nutzer ohne.

Warum gibt es eine breite Spanne? Denn der Anteil der elektrischen Fahrt hängt von vier Variablen ab: tägliches Fahrprofil, Ladefrequenz, Batteriekapazität und Fahrstil. Der internationale Vergleich zeigt das deutlich - während der höchste reale Elektroanteil in den USA und Norwegen bei 53-54 % liegt, sinkt er in Ländern mit schwacher Ladeinfrastruktur und -gewohnheiten auf bis zu 24-26 %; bei Firmenfahrzeugen fällt dieser Anteil auf etwa 18 %. Wenn Firmenwagenfahrer wenig Motivation haben zu laden, bedeutet das, dass diejenigen, die den Kraftstoff nicht aus der eigenen Tasche zahlen, die Rechnung der Technologie tragen - und die schlechtesten Ergebnisse in der Praxis sehen wir genau in dieser Gruppe.

Ein- bis zweimal pro Woche zu laden ist nicht völlig sinnlos. Die große Batterie dient als Puffer zwischen den Ladevorgängen; manche Plug-in-Hybride können dank dieses Puffers eine bessere Wirtschaftlichkeit bieten als Standardhybride. Damit der Vorteil jedoch sein volles Potenzial entfaltet, muss tägliches Laden die Grundlage sein - das ist der Sinn eines Plug-in-Hybriden.

Beeinflusst das Leerfahren der Batterie nur den Verbrauch?

Nein; es hat auch langfristige Kosten. Die Hersteller weisen ausdrücklich darauf hin, dass eine PHEV-Batterie bei geringem Ladeverhalten und wenig Nutzung schneller degradieren kann. Die ideale Nutzung besteht darin, den Ladezustand im Bereich von 20-80 % zu halten. Ein Plug-in-Hybrid, der monatelang ungeladen genutzt wird, verbrennt nicht nur jeden Liter teurer, sondern verkürzt auch die Lebensdauer seiner teuersten Komponente.

Die Rekuperationsbremse leistet in diesem Szenario einen echten, aber begrenzten Beitrag. Im Stop-and-go-Verkehr gewinnt die Rekuperation Energie zurück und lädt die Batterie leicht auf; Nutzermessungen deuten auf einen Kraftstoffverbrauchsvorteil von bis zu etwa 4 % hin. Das ersetzt jedoch nicht die Lademöglichkeit - es gewinnt nur einen Teil der Bremsenergie zurück. Außerdem treibt der elektronische Schutz des Systems den Verbrauch nach oben, wenn die Batterie einen niedrigen Ladezustand hat; je leerer die Batterie, desto unvermeidlicher muss der Benzinmotor ran.

Für welchen Nutzer ist ein Plug-in-Hybrid sinnvoll, und in welchem Fall wird er zur Falle?

Der Entscheidungsbaum lässt sich eigentlich auf eine einzige Frage reduzieren: deckt der tägliche Fahrweg eine Batterieladung ab, die vor dem Verlassen des Hauses aufgeladen werden kann?

• Wenn die tägliche Fahrstrecke innerhalb der elektrischen Reichweite liegt und zu Hause geladen werden kann: Dann arbeitet die Technologie wie vorgesehen; ein Verbrauchsvorteil von bis zu 69 % gegenüber dem HEV und jährlich zehntausende elektrisch gefahrene Kilometer sind möglich.
• Wenn die Lademöglichkeit nur teilweise vorhanden ist: Sinkt der Elektroanteil auf etwa 48 %; es gibt einen Vorteil, aber weit hinter dem Katalogversprechen. Modelle mit großer Batterie können hier noch sinnvoll sein.
• Wenn gar nicht geladen werden kann (z. B. wenn zu Hause keine Ladeinstallation möglich ist): Verbraucht der Plug-in-Hybrid mehr als ein voller Hybrid ähnlicher Größe; in diesem Szenario ist ein Vollhybrid die bessere Wahl.

Auch die Kostenseite sollte ehrlich gelesen werden: aktuelle Besitzanalysen kommen zu dem Schluss, dass ein PHEV für die meisten Fahrer in den ersten Jahren - vielleicht auch nie - keine finanziellen Vorteile bringt. Die Ersparnis hängt nicht vom Kraftstoffpreis oder der Kilometerzahl ab, sondern zuerst von der Ladegewohnheit.

Fazit: Drei Zahlen, ein Ergebnis

Der Katalog sagt 1,57 L/100 km; der Nutzer ohne Ladung sieht 6 L/100 km; der Nutzer, der richtig lädt, liegt weit unter dem HEV. Die einzige Variable, die diese drei Zahlen miteinander verbindet, ist die Ladedisziplin. Ein Plug-in-Hybrid ist ein Fahrzeug, dessen Akku regelmäßig voll gehalten wird; ist dieser Akku leer, bleibt ein Kombi mit Benzinmotor übrig, der mit 8 % Massenstrafe und überschüssiger Motorleistung ausgestattet ist. Wenn Sie keine Lademöglichkeit haben, liegt das Problem nicht am Fahrzeug, sondern an der Fahrzeugwahl.

Quellen

• Real-world usage of plug-in hybrid electric vehicles - ICCT
• PHEVs Promised Efficiency, Drivers Are Burning Three Times More Fuel - Carscoops
• Do You Have to Charge a Hybrid Vehicle? - Mazda USA
• Plug-In Hybrid Electric Vehicles - Alternative Fuels Data Center (DOE)
• Hybrid vehicle information - Green Vehicle Guide
• Evaluation of plug-in hybrid vehicles in real-world - Dauphin et al., ScienceDirect
• Plug-in hybrid electric vehicles in Europe - an empirical analysis, IOP Science
• Impact of Battery Weight and Charging Patterns - Shiau et al., CMU
• Why the Actual Fuel Consumption of Plug-in Hybrids Is Often Higher - Newswise
• Will a Plug-In Hybrid Save You Money? - Consumer Reports