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Mythbusters: Hybridfahrzeuge

Text: Jason Barlow

KERS – das kinetische Energierückgewinnungssystem – hat 2009 in der Formel 1 Einzug gehalten. Es speicherte die beim Bremsen entstehende Energie in einer Batterie und stellte dem Fahrer für kurze Zeit zusätzliche Leistung zur Verfügung. Ferrari transferiert seit langem Innovationen aus dem Rennsport auf seine Straßenfahrzeuge, und das war auch hier der Fall. Auf dem Genfer Autosalon 2010 wurde die traditionell ikonische Ferrari-Ausstellung durch einen unerwarteten Neuzugang bereichert: den 599 Hy-Kers. Highlight war hier ein dreiphasiger Hochspannungs-Elektromotor, der mit dem hinteren Teil des Siebengang-Doppelkupplungsgetriebes des Fahrzeugs verbunden war. Er konnte die beim Bremsen entstehende Energie speichern und zum Aufladen der Lithium-Ionen-Batterien unter dem Boden verwenden. Obwohl das System die CO2-Emissionen um 35 Prozent reduzierte, bestand das primäre Ziel darin, das Potenzial der Hybridisierung als Mittel zur Leistungssteigerung zu erkunden. Neben anderen Herausforderungen hatte das Entwicklungsteam die Aufgabe, den Kompromiss zwischen dem zusätzlichen Gewicht des Systems und den Rundenzeitgewinnen, die sich aus der zusätzlichen Leistung ergaben, zu bewerten.

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Dies alles floss natürlich in den LaFerrari ein, der drei Jahre später auf der gleichen Messe debütierte. Obwohl der 6,2-Liter-V12-Saugmotor die Hauptrolle spielte, war der 163-PS-Elektromotor des neuen Wagens ein technisches Wunderwerk, das in puncto Effizienz und Drehmomentdichte fast an das Niveau in der Formel 1 heranreichte. Er war über einen Zahnradsatz an der Rückseite des Getriebes befestigt, oben auf dem Getriebegehäuse waren zwei elektrische Wechselrichter angebracht. Ein zweiter elektrischer Hilfsmotor ersetzte eine herkömmliche Lichtmaschine, was Gewicht und Masse sparte.

Das Hochspannungs-Batteriepack bestand aus 120 Zellen, die in acht Module aufgeteilt waren, und wurde von der F1-Rennabteilung zusammengebaut. Das Pack war in einem Kevlargehäuse gesichert und durch eine Glasscheibe von der Kabine isoliert. Diese Wechselrichter und zwei Gleichspannungswandler steuerten die Leistungsabgabe; das Ergebnis war eine nahtlose Integration von Verbrennungsmotor und E-Motor.

Mit 963 PS übertrifft der LaFerrari alle üblichen Leistungsparameter, und dank des Einflusses des Hybridsystems kann er doppelt so schnell von 70 auf 120 km/h beschleunigen wie der Enzo (3,4 Sekunden gegenüber 7,2 Sekunden).

Das Ansprechverhalten war ebenso beeindruckend. Beim Beschleunigen von 2500 U/min im vierten Gang dauerte es nur 0,1 Sekunden, bis 90 Prozent der vollen Leistung zur Verfügung standen. Das nennt man wohl Reaktionsfähigkeit.

Das 599 Hy-Kers-Konzept demonstrierte, wie die KERS-Technologie der Formel 1 auf die Straße übertragen werden kann

Dann kam der SF90 Stradale, Ferraris erster Plug-in-Hybrid. Damit wurde der Aufgabenbereich um einen eDrive-Modus erweitert, der dem Auto eine rein elektrische Reichweite von bis zu 25 km ermöglichte. Drei Elektromotoren ergänzten die 780 PS des 4,0-Liter-V8 mit Twin Turbo-Aufladung um 217 PS und sorgten so für eine beachtliche Gesamtleistung von 1.000 PS. Moderne Autos werden zunehmend als ‚software-definiert‘ bezeichnet, und die komplexe Steuerlogik des SF90 Stradale geht eindeutig in diese Richtung. Aber fast alles dient dem Handling und der Leistung, sei es das Torque Vectoring an der Vorderachse oder die elektrische Traktionskontrolle, die den Schlupf der Räder mit zusätzlicher kinetischer Energie steuert, anstatt den Motor auf normale Weise im Zaum zu halten.

Außerdem gibt es ein Brake-by-Wire-System, das aufgrund der regenerativen Bremswirkung der E-Motoren notwendig ist. Die Harmonie zwischen den normalen Reibungsbremsen und dem Regenerationssystem ist eine der größten Herausforderungen für einen leistungsstarken Hybrid, aber der SF90 Stradale schafft das mit links.

Je mehr Ferrari seine Hybridtechnologie entwickelt, desto mehr wächst das Gefühl der Harmonie. Da wäre etwa der 296 GTB, dessen 2,9-Liter-V6-Turbo in einem ‚heißen‘ 120°-Winkel sitzt, sodass er niedrig und breit ist und einen besseren Schwerpunkt hat. Er produziert allein 663 PS. Außerdem ist er an ein Achtgang-Doppelkupplungsgetriebe und ein elektronisches Differential angeschlossen, die mit einen hinten montierten Elektromotor integriert sind, der zusätzliche 167 PS erzeugt. Im ‚Qualifying‘-Modus bringt der 296 GTB insgesamt 830 PS auf, wobei Motor und E-Motor über eine zusätzliche Kupplung, die zwischen den beiden Leistungsquellen sitzt, nahtlos miteinander verschmelzen. Wenn das Auto im reinen E-Modus fährt, werden sie entkoppelt. Eine Hochspannungsbatterie mit 7,45 kWh speist den E-Motor.

Der erste Ferrari-Hybrid-F1-Wagen debütierte 2009. Seit dem LaFerrari von 2013 macht die Hybridisierung die Straßenfahrzeuge von Ferrari leistungsstärker und effizienter

Ferrari verwendet eine Vorrichtung namens TMA – Transition Manager Actuator –, um den Energiefluss zwischen Elektro- und Verbrennungsmotor zu optimieren, wobei eine proprietäre Software gewährleistet, dass alles reibungslos und schnell abläuft. Er fühlt sich wie ein Saugmotor an und klingt wunderbar, was in Anbetracht der verschiedenen Herausforderungen kein Kinderspiel ist. Es ist auch ungewohnt aufregend, im lautlosen E-Modus zu fahren.

Downsizing ist derzeit eines der Schlagworte in der Branche, obwohl es vielleicht eher ‚Right-sizing‘ heißen sollte. Ferraris zweifacher Le Mans-Sieger 499P verfügt über einen 3,0-Liter-Twin-Turbo-V6 mit 680 PS. Ein Elektromotor an der Vorderachse sorgt für zusätzliche 272 PS und Allradantrieb oberhalb von 190 km/h (gemäß den WEC-Regeln). Diese Technik hat das neue Supercar F80 stark beeinflusst, das einen ähnlichen Antriebsstrang verwendet. Er beschleunigt in nur 2,15 Sekunden auf 100 km/h, in 5,7 Sekunden auf 200 km/h und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 350 km/h. Wieder dieses phänomenale Ansprechverhalten.

Der F80 basiert direkt auf dem Le-Mans-Sieger 499P und bietet einen Hybridantrieb mit 1200 PS

Insgesamt liefert das System 1200 PS, wovon 900 auf den Verbrennungsmotor und 300 auf das Hybridsystem entfallen. Zwischen den Twin-Turbos ist ein E-Motor eingebaut, um das Hochfahren der Turbine und des Kompressors zu beschleunigen. Ferrari hat seit dem 599 Hy-Kers einen weiten Weg zurückgelegt, wie die leichten Elektromotoren des F80 zeigen, die firmenintern entwickelt und hergestellt werden, so sehr ist heute Engineering Intelligence im Spiel. Zwei sitzen an der Vorderachse und einer an der Hinterachse, für Torque Vectoring und Allradantrieb. Der vordere Wechselrichter ist bidirektional, sodass der von der E-Achse beim regenerativen Bremsen erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, um die Batterie zu laden. Der Wechselrichter des hinteren, von der Formel 1 inspirierten E-Motors MGU-K – der 8,8 kg wiegt und bis zu 30.000 U/min erreicht – wird zum Starten des Verbrennungsmotors, zur Energierückgewinnung in die Batterie und zur Drehmomenterhöhung unter Last verwendet. Die Hochspannungsbatterie ist ebenfalls stark von der Formel 1 beeinflusst: 204 Lithiumzellen sind in drei Modulen in einem Gehäuse aus Karbonfaser untergebracht, das tief im Chassis sitzt, um den Schwerpunkt zu optimieren.

Interessanterweise bedeutet Ferraris Beherrschung des Hybridsystems – Batterien, Wechselrichter, Leistungsmodule und alles andere –, dass der LaFerrari mit einer neuen, modernen Batterie nachgerüstet werden kann. Und alle Hybrid-Ferraris sind mit einer erweiterten Garantie von acht Jahren erhältlich. Harmonie erreicht, Kreis geschlossen.

[Startbild: Der Ferrari 499P von 2023]