Der elektrische Antriebsstrang: Hybrid, diesel-elektrisch oder vollelektrisch – Unterschiede und Einsatzbereiche?


Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Antriebsstrang zu elektrifizieren. Nachfolgend werden die unterschiedlichen Typen des elektrischen Antriebsstranges hinsichtlich Aufbau, Einsatzbereich sowie Vor- und Nachteilen gegenübergestellt.

Hybride Antriebe

Der hybride Antriebsstrang ist eine Kombination aus einem elektrischen und einem klassischen Antrieb. Somit umfasst dieser sowohl einen Generator mit Verbrennungsmotor, als auch einen oder mehrere Elektromotoren mit entsprechender Leistungselektronik (z.B. VECTOPOWER von ARADEX) und einem elektrischen Energiespeicher, typischerweise einer Batterie.

Es gibt verschiedene Auslegungsformen von hybriden Antrieben: während der Verbrennungsmotor in parallel-hybriden Systemen den Fahrantrieb ebenfalls direkt mit Energie mitversorgt, ist er bei seriell-hybriden Systemen mechanisch entkoppelt und dient somit nur als Generator, um die Batterie aufzuladen. Weiterhin werden autarke und Plug-In Hybride unterschieden. Bei einem autarken Hybridantrieb werden die Batterien ausschließlich über  Generatoren aufgeladen, ein Plug-In Hybrid hingegen kann auch an der Steckdose aufgeladen werden.

Durch die hohe Effizienz von Elektromotoren im Teillastbetrieb (parallel) bzw. durch die Verwendung des Verbrenners als Generator (seriell) kann die Betriebszeit des Verbrennungsmotors am effizientesten Betriebspunkt maximiert werden, wodurch eine Effizienzsteigerung des Gesamtsystems um bis zu 30% ermöglicht wird.

Nachteil von hybriden Antriebssystemen kann die komplexe Technologie durch Kombination zweier Antriebssysteme sein.

Hybride Antriebsstränge eignen sich besonders für Anwendungen mit stark schwankendem Lastprofil. Auf diese Weise kann durch den Elektroantrieb bei innerstädtischem Verkehr von vielen Beschleunigungs- und Bremsvorgängen profitiert werden, andererseits ermöglicht der Verbrennungsmotor größere Reichweiten und eine Unabhängigkeit von der elektrischen Ladeinfrastruktur.

Diesel-elektrische Antriebe

Wie bei einem hybriden Antrieb handelt es sich auch beim diesel-elektrischen Antrieb um eine Kombination aus einem elektrischen und einem klassischen Diesel-Antrieb. Allerdings verfügen diesel-elektrische Antriebe in der Regel über keinen elektrischen Energiespeicher. Sie bestehen aus einem oder mehreren Generatoren mit Verbrennungsmotor und meistens mehreren Elektromotoren. Die mechanische Energie der Verbrennungsmotoren wird durch Generatoren in Wechselstrom umgewandelt. Dieser wird schließlich durch die entsprechende Leistungselektronik (z.B. VECTOPOWER von ARADEX) in einen in Frequenz und Amplitude anpassungsfähigen Wechselstrom gewandelt, wodurch die Elektromotoren situativ mit der passenden Drehzahl betrieben werden können.

Der Hauptvorteil liegt in der Vermeidung aufwendiger Umlenkungen und Aufteilung der mechanischen Bewegung zu den jeweiligen Antrieben. In Anwendungen, die über mehrere Antriebe mit unterschiedlichen Leistungsansprüchen verfügen, können damit Effizienzvorteile genutzt werden. Da die Stromfrequenz durch den Umrichter der jeweiligen Lastsituation angepasst werden kann und je nach Bedarf vereinzelte Verbrennungsmotoren abgeschaltet werden können, kann der optimale Betriebspunkt gut ausgenutzt werden. Daraus ergeben sich Kraftstoffeinsparungen von bis zu 20-30% gegenüber herkömmlichen Dieselantrieben.

Nachteilig ist neben der komplexen Technologie, die sich durch die Kombination zweier Systeme ergibt auch die fehlende Möglichkeit, Bremsenergie nutzbar zu machen (es sei denn, es wurde zusätzlich eine Batterie in den Antriebsstrang integriert).

Häufig finden diesel-elektrische Antriebe in großen Anwendungen wie Lokomotiven, Schiffen oder sehr großen Offroad-Fahrzeugen wie Großmuldenkippern mit unterschiedlichem Lastanspruch Anwendung.

Vollelektrische Antriebe

Kommen ausschließlich elektrische Motoren zum Einsatz, handelt es sich um einen vollelektrischen Antriebsstrang. Der rein elektrische Antriebsstrang verfügt über einen oder mehrere Elektromotoren, die von einem elektrischen Energiespeicher (vorzugsweise Batterie) mit Energie versorgt wird. Hinzu kommt die entsprechende Leistungselektronik, welche die Ausgangsspannung der Batterie in Wechselspannung umwandelt, je nach situativer Erfordernis anpasst und den Motor stets mit der optimalen Strom- und Spannungsstärke versorgt.

Vollständig elektrifizierte Antriebe verfügen über eine sehr hohe Effizienz, vor allem im Teillastbereich. In Kombination mit innovativer, gut angepasster Leistungselektronik (z.B. VECTOPOWER von ARADEX) können Wirkungsgrade von über 95% erreicht werden. Darüber hinaus verursachen Elektroantriebe im Fahrbetrieb keinen CO2-Ausstoß – damit sind sie nicht nur effizient und geräuscharm, sondern auch umweltfreundlich. Weiterhin handelt es sich um eine vergleichsweise einfache Technologie, die wesentlich wartungsärmer ist, als Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Ein weiterer Vorteil ist die Rekuperationsfähigkeit, also die Nutzung der Bremsenergie.

Entwicklungspotenzial besteht noch hinsichtlich der Ladeinfrastruktur, die bislang noch nicht flächendeckend gegeben ist, ebenso in der Weiterentwicklung der Batterietechnologie – der Wunsch nach kompakteren Batterien, die größere Reichweiten ermöglichen ohne erhebliche Mehrkosten in der Anschaffung zu verursachen, wird voraussichtlich die Entwicklungen in den nächsten Jahren prägen.

Trotz allem bieten vollelektrische Antriebe bereits heute hervorragende Möglichkeiten für Anwendungen mit schwankendem Lastprofil mit vielen Brems- und Beschleunigungsvorgängen. Vor allem im innerstädtischen Bereich (z.B. Lieferwagen und Linienbusse) können Elektrofahrzeuge dank der Rekuperationstechnik und der hohen Effizienz von Elektromotoren im Teillastbereich so ausgelegt werden, dass diese einen ganzen Tag eingesetzt werden können, ohne zwischenzeitlich an einer externen Energiequelle aufgeladen werden zu müssen.

Die richtige Elektrifizierungsvariante finden

Welche Möglichkeit zur Elektrifizierung des Antriebsstranges nun jedoch die beste ist, kann nicht verallgemeinernd festgelegt werden. Die Antwort auf diese Frage muss anwendungsspezifisch anhand mehrerer Kriterien abgewogen werden. Ein wichtiger Einflussfaktor ist vor allem das Lastprofil der Anwendung, allerdings können auch Einsatzzweck, Bauraum, Infrastruktur und Kosten durchaus elementare Kriterien darstellen.

Alle Anwendungen haben jedoch gemeinsam, dass eine bestmögliche Antriebsstrangauslegung eine Grundvoraussetzung für einen leistungsstarken und effizienten Antrieb darstellt. Als Systemanbieter bietet ARADEX nicht nur anwendungsspezifische Beratungen und detaillierte Analysen zu den Elektrifizierungsvarianten in Bezug auf eine bestimmte Anwendung an, sondern übernimmt für alle drei Elektrifizierungsvarianten die gesamte Planung und Durchführung der Elektrifizierung. Für unsere Kunden bedeutet dies:

  • Gute Performance der Anwendung: innovative Komponenten und clevere Systemauslegung sind der Grundstein für ein gut performendes Gesamtsystem.
  • Kosteneinsparung: eine intelligente Antriebsstrangsynthese ermöglicht den Verzicht eines Getriebes als zusätzliches Bauteil, zudem wird die Batteriekapazität so effizient genutzt, dass die Batterie vergleichsweise klein dimensioniert werden kann, ohne dabei Reichweite einzubüßen.
  • Wir kümmern uns darum: Dank umfangreicher Erfahrungen, einem breiten Produkt- und Dienstleistungsportfolio sowie einem starken Partnernetzwerk bietet ARADEX vollumfängliche Leistungen rund um die Elektrifizierung, ermöglicht dadurch eine schnelle Marktreife und hält den Kunden den Rücken frei.


Selbstverständlich kann ARADEX bereits zu allen drei Elektrifizierungsvarianten erfolgreiche Referenzprojekte vorweisen:

Hybrid:                       Referenzbericht Zug mit MTU-Powerpacks

                                  Referenzbericht Expeditionsschiff Opal


Diesel-elektrisch:       Referenzbericht Güterschiff ENOK


Vollelektrisch:            Referenzbericht "Sileo"

                                  Referenzbericht elektrischer Dumper

Sie haben noch Fragen?

Wir sind gerne für Sie da!

+49 / (0)7172 / 9181-0

vertrieb@aradex.com

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