Ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug, dessen Batterie durch Einstecken in eine externe Stromquelle sowie durch den Motor und den Generator an Bord aufgeladen werden kann. Die meisten PHEVs sind Personenkraftwagen, es gibt aber auch PHEV-Versionen von Nutzfahrzeugen und Lieferwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Zügen, Motorrädern, Motorrollern und Militärfahrzeugen.

Ähnlich wie bei reinen Elektrofahrzeugen verdrängen Plug-In-Hybride die Emissionen des Autoendrohrs zu den Generatoren, die das Stromnetz antreiben. Diese Generatoren können erneuerbar sein oder eine geringere Emission aufweisen als ein Verbrennungsmotor. Das Laden des Akkus vom Netz aus kann weniger kosten als der Bordmotor, was die Betriebskosten senkt.

Massenproduzierte Plug-in-Hybride waren 2010 in China und den USA für die Öffentlichkeit verfügbar. Ende 2016 gab es über 30 Modelle von straßenrechtlich zugelassenen Plug-in-Hybriden für den Einzelhandel. Plug-in-Hybridautos sind hauptsächlich in den USA, Kanada, Westeuropa, Japan und China erhältlich. Die meistverkauften Modelle waren die Chevrolet Volt-Familie, der Mitsubishi Outlander P-HEV und der Toyota Prius PHV.

Im Dezember 2016 belief sich der weltweite Bestand an Plug-in-Hybridautos auf fast 800.000 Einheiten, von über zwei Millionen leichten Elektro-Plug-In-Elektroautos Ende 2016 auf den Weltstraßen. Ab Dezember 2015 die Vereinigten Staaten wurde mit einem Lagerbestand von 193.770 Einheiten als weltgrößter Plug-in-Hybridautomarkt eingestuft, gefolgt von China mit 86.580 Fahrzeugen, den Niederlanden mit 78.160, Japan mit 55.470 Einheiten und Großbritannien mit 28.250.

Terminologie
Die rein elektrische Reichweite eines Plug-in-Hybrids wird durch PHEV (Meilen) oder PHEV [Kilometer] km bezeichnet, in denen die Anzahl die Entfernung darstellt, die das Fahrzeug allein mit Batteriestrom zurücklegen kann. Zum Beispiel kann ein PHEV-20 ohne Verwendung seines Verbrennungsmotors zwanzig Meilen (32 km) zurücklegen, sodass er auch als PHEV32km bezeichnet werden kann.
Damit diese Autos batteriebetrieben werden können, durchlaufen sie Ladevorgänge mit unterschiedlichen Strömen. Diese Ströme sind als Wechselstrom (AC) für Bordladegeräte und Gleichstrom (DC) für externes Laden bekannt.
Andere häufig verwendete Begriffe für Plug-in-Hybride sind „netzgebundene Hybride“, „Gas-optionales Hybridelektrofahrzeug“ (GO-HEV) oder einfach „Gas-optionale Hybride“. GM bezeichnet seinen Plug-in-Hybrid der Chevrolet-Volt-Serie als „Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite“.

Technologie

Antriebsstränge
PHEVs basieren auf den gleichen drei grundlegenden Antriebsstrangarchitekturen herkömmlicher Hybride; Ein Serienhybrid wird nur von Elektromotoren angetrieben, ein Parallelhybrid wird sowohl von seinem Motor als auch von gleichzeitig arbeitenden Elektromotoren angetrieben, und ein Serienparallelhybrid arbeitet in beiden Modi. Während ein reines Hybridfahrzeug seine Batterie nur über seinen Motor auflädt, kann ein Plug-in-Hybrid einen erheblichen Teil der Energie beziehen, die zum Aufladen seiner Batterie von externen Quellen benötigt wird.

Ladesysteme
Das Batterieladegerät kann sich an Bord oder außerhalb des Fahrzeugs befinden. Der Prozess für ein On-Board-Ladegerät lässt sich am besten dadurch erklären, dass Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, wodurch der Akku aufgeladen wird. Ladegeräte an Bord sind aufgrund ihres Gewichts und ihrer Größe sowie der begrenzten Kapazität von Steckdosen für allgemeine Zwecke in ihrer Kapazität begrenzt. Spezielle Off-Board-Ladegeräte können so groß und leistungsstark sein, wie sie sich der Benutzer leisten kann, müssen jedoch zum Ladegerät zurückkehren.Hochgeschwindigkeitsladegeräte können von mehreren Fahrzeugen gemeinsam genutzt werden.

Durch den Einsatz des Umrichters des Elektromotors können die Motorwicklungen als Transformatorspulen und der vorhandene Hochleistungsumrichter als AC / DC-Ladegerät fungieren.Da diese Komponenten bereits im Auto benötigt werden und für jede praktische Leistungsfähigkeit ausgelegt sind, können sie verwendet werden, um ein sehr leistungsfähiges Ladegerät an Bord zu erstellen, ohne dass ein erhebliches zusätzliches Gewicht oder eine geringe Größe erforderlich sind.AC Propulsion verwendet diese Auflademethode, die als „reduktive Aufladung“ bezeichnet wird.

Betriebsarten
Ein Plug-In-Hybrid arbeitet im ladungssenkenden und im ladungserhaltenden Modus. Kombinationen dieser beiden Modi werden als Mischmodus oder Mischmodus bezeichnet. Diese Fahrzeuge können so ausgelegt werden, dass sie im vollelektrischen Modus für eine erweiterte Reichweite entweder nur bei niedrigen oder allen Geschwindigkeiten fahren. Diese Modi verwalten die Batterieentladestrategie des Fahrzeugs, und ihre Verwendung wirkt sich direkt auf die Größe und den Typ der erforderlichen Batterie aus:

Der Ladungsentleerungsmodus ermöglicht, dass ein vollständig aufgeladener PHEV ausschließlich (oder abhängig vom Fahrzeug fast ausschließlich, außer bei starker Beschleunigung) mit elektrischer Energie betrieben wird, bis der Ladezustand der Batterie auf ein vorbestimmtes Niveau aufgebraucht ist, zu welchem ​​Zeitpunkt die Fahrzeugverbrennung erfolgt Motor oder Brennstoffzelle wird eingeschaltet. Diese Periode ist die rein elektrische Reichweite des Fahrzeugs. Dies ist der einzige Modus, in dem ein batterieelektrisches Fahrzeug betrieben werden kann, und somit seine begrenzte Reichweite.

Der gemischte Modus beschreibt eine Fahrt mit einer Kombination mehrerer Modi. Zum Beispiel kann ein Auto eine Fahrt im Niedriggeschwindigkeitsauflademodus beginnen, dann auf eine Autobahn fahren und im Mischmodus arbeiten. Der Fahrer kann die Autobahn verlassen und ohne Verbrennungsmotor fahren, bis der gesamte elektrische Bereich erschöpft ist. Das Fahrzeug kann in einen Ladungserhaltemodus zurückkehren, bis das endgültige Ziel erreicht ist. Dies steht im Gegensatz zu einer ladungssenkenden Fahrt, die innerhalb der Grenzen der rein elektrischen Reichweite eines PHEV gefahren würde.

Stromspeicherung
Die optimale Batteriegröße hängt davon ab, ob das Ziel darin besteht, den Kraftstoffverbrauch, die Betriebskosten oder die Emissionen zu senken. Eine kürzlich veröffentlichte Studie kam zu dem Schluss, dass „die beste Wahl der PHEV-Batteriekapazität entscheidend von der Entfernung abhängt, in der das Fahrzeug zwischen den Ladungen gefahren wird. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass für urbane Fahrbedingungen und häufige Gebühren alle 10 Meilen oder weniger ein PHEV mit niedriger Kapazität und einem AER (alle elektrischen Reichweite) von etwa 7 Meilen eine robuste Wahl für die Minimierung des Benzinverbrauchs, der Kosten und des Treibhausgases wäre Emissionen. Bei weniger häufigem Ladevorgang setzen alle 20 bis 100 Meilen weniger PHGs ab, aber HEVs sind kostengünstiger. “

PHEVs erfordern typischerweise tiefere Lade- und Entladezyklen als herkömmliche Hybride. Da die Anzahl der vollen Zyklen die Akkulaufzeit beeinflusst, kann dies weniger sein als bei herkömmlichen HEVs, bei denen die Akkus nicht so stark erschöpft sind. Einige Autoren argumentieren jedoch, dass PHEVs bald Standard in der Automobilindustrie sein werden. Design-Probleme und Kompromisse gegen Batterielebensdauer, Kapazität, Wärmeableitung, Gewicht, Kosten und Sicherheit müssen gelöst werden. Die fortschrittliche Batterietechnologie ist in der Entwicklung und verspricht größere Energiedichten sowohl in Bezug auf Masse als auch Volumen, und die Lebensdauer der Batterie wird voraussichtlich steigen.

Die Kathoden einiger Lithium-Ionen-Batterien von Anfang 2007 bestehen aus Lithium-Cobalt-Metalloxid. Dieses Material ist teuer und damit hergestellte Zellen können bei Überladung Sauerstoff abgeben. Wenn das Kobalt durch Eisenphosphate ersetzt wird, werden die Zellen unter keiner Ladung verbrennen oder Sauerstoff abgeben. Zu Beginn des Jahres 2007 für Benzin- und Strompreise wird nach sechs bis zehn Jahren Betrieb der Break-Even erreicht. Die Amortisationszeit für Plug-In-Hybride kann aufgrund ihrer größeren, teureren Batterien länger sein.

Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien können recycelt werden. Toyota verfügt beispielsweise über ein Recyclingprogramm, bei dem Händler für jede zurückgegebene Batterie ein Guthaben in Höhe von 200 USD erhalten. Plug-In-Hybride verwenden jedoch normalerweise größere Batteriepacks als vergleichbare herkömmliche Hybride und benötigen daher mehr Ressourcen.Pacific Gas and Electric Company (PG & amp; E) hat angedeutet, dass Energieversorger gebrauchte Batterien für Backup- und Lastnivellierungszwecke kaufen könnten. Sie behaupten, dass diese verbrauchten Batterien zwar in Fahrzeugen nicht mehr verwendbar sind, ihre Restkapazität jedoch immer noch einen erheblichen Wert hat. In jüngerer Zeit hat General Motors (GM) gesagt, es sei „von Energieversorgern angesprochen worden, die an der Verwendung von recycelten Volt-Batterien als Energiespeichersystem interessiert sind, einem Sekundärmarkt, der die Kosten für Volt und andere Plug-in-Fahrzeuge für die Verbraucher senken könnte“. .

Ultra-Kondensatoren (oder „Superkondensatoren“) werden in einigen Plug-In-Hybriden wie dem Prototypen von AFS Trinity verwendet, um schnell verfügbare Energie mit ihrer hohen Leistungsdichte zu speichern, um die Akkus innerhalb sicherer Widerstandsheizgrenzen zu halten und die Lebensdauer der Akkus zu verlängern. Die UltraBattery von CSIRO kombiniert einen Superkondensator und eine Bleibatterie in einer einzigen Einheit. Dadurch entsteht eine Hybrid-Autobatterie, die länger hält, weniger kostet und leistungsfähiger ist als die derzeitigen Technologien, die in Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs) eingesetzt werden.

Umbauten von Serienfahrzeugen
Es gibt mehrere Unternehmen, die nicht hybride Fahrzeuge aus fossilen Brennstoffen in Plug-in-Hybride umwandeln:

Aftermarket-Umrüstung eines bestehenden Serien-Hybrids in einen Plug-In-Hybrid) umfasst typischerweise die Erhöhung der Kapazität des Fahrzeugakkus und das Hinzufügen eines integrierten AC-DC-Ladegeräts. Idealerweise wird die Antriebsstrang-Software des Fahrzeugs neu programmiert, um die zusätzliche Energiespeicherkapazität und die Ausgangsleistung des Akkupacks voll zu nutzen.

Viele frühe Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge basieren auf dem Toyota Prius. Bei einigen Systemen wurden der ursprüngliche NiMH-Akku und die elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs ausgetauscht. Andere fügen einen zusätzlichen Akku wieder zum ursprünglichen Akku hinzu.

Vergleich mit Nicht-Plug-In-Hybriden

Kraftstoffeffizienz und Erdölverdrängung
Plug-in-Hybride können sogar noch effizienter sein als herkömmliche Hybride, da der Verbrennungsmotor des PHEV bei begrenzterer Nutzung den Motor möglicherweise bei maximaler Effizienz einsetzen kann. Während ein Prius wahrscheinlich Kraftstoff im Durchschnitt bei einem Wirkungsgrad von etwa 30% in Motivenergie umwandelt (deutlich unter dem Spitzenwirkungsgrad von 38% des Motors), würde der Motor eines PHEV-70 wahrscheinlich viel häufiger in der Nähe seines Spitzenwirkungsgrads arbeiten, weil der Prius Batterien können den bescheidenen Leistungsbedarf zu Zeiten decken, wenn der Verbrennungsmotor gezwungen wäre, deutlich unter seinem Spitzenwirkungsgrad zu laufen. Der tatsächlich erreichte Wirkungsgrad hängt von den Verlusten bei der Stromerzeugung, der Invertierung, dem Laden / Entladen der Batterie, dem Motorcontroller und dem Motor selbst, der Verwendung eines Fahrzeugs (dem Arbeitszyklus) und den Möglichkeiten des Aufladens durch Anschließen an das elektrische Netz ab.

Jede verbrauchte Kilowattstunde Batteriekapazität verdrängt jährlich bis zu 190 l Erdölbrennstoffe (Benzin- oder Dieselkraftstoffe). Außerdem wird Elektrizität aus mehreren Quellen bezogen und bietet somit die größte Energieresistenz.

Die tatsächliche Kraftstoffersparnis für PHEVs hängt von ihren Antriebsstrang-Betriebsmodi, ihrer rein elektrischen Reichweite und der Menge des Fahrens zwischen den Ladungen ab. Wenn kein Benzin verwendet wird, hängt das Meilen pro Gallone-Benzinäquivalent (MPG-e) nur von der Effizienz des elektrischen Systems ab. Der erste auf dem US-Markt verfügbare Massenproduktions-PHEV, der 2011 Chevrolet Volt, mit einer rein elektrischen Reichweite von 56 km (EPA) und einer zusätzlichen Reichweite von 554 km (554 km), hat nur eine EPA kombinierter Stadt- / Autobahn-Kraftstoffverbrauch von 93 MPG-e im rein elektrischen Modus und 37 mpg-US (6,4 L / 100 km; 44 mpg-imp) im reinen Benzinmodus für eine kombinierte Gesamt-Gas-Elektro-Kraftstoffersparnis von 60 mpg-US-Äquivalent (3,9 l / 100 km; 72 mpg-imp) (MPG-e). Die EPA nahm auch eine Tabelle zum Kraftstoffverbrauch des Volt auf, in der der Kraftstoffverbrauch und der Stromverbrauch für fünf verschiedene Szenarien angegeben sind: 121 km, 45 km, 60 km und 75 Meilen (121 km) zwischen einer vollen Ladung und einem Szenario ohne Ladung. Gemäß dieser Tabelle steigt der Kraftstoffverbrauch auf 168 mpg-US (1,40 l / 100 km; MPG-e) (72 km), wobei zwischen vollen Ladungen gefahren wird.

Für das umfassendere Kraftstoffverbrauchs- und Umweltlabel, das in den USA ab dem Modelljahr 2013 verpflichtend sein wird, haben die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) und die Environmental Protection Agency (EPA) zwei separate Kraftstoffverbrauchs-Labels für Plug-in-Hybride herausgegeben PHEVS kann in zwei oder drei Betriebsarten betrieben werden: rein elektrisch, gemischt und nur mit Benzin. Ein Etikett ist für Serien-Hybrid- oder Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite (wie der Chevy Volt) mit rein elektrisch betriebenen und Nur-Benzin-Modi; und ein zweites Etikett für gemischten Modus oder Serien-Parallel-Hybrid, das eine Kombination aus sowohl einem Benzin- als auch einem Plug-In-Elektrobetrieb umfasst; und nur Benzin wie ein herkömmliches Hybridfahrzeug.

Die Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelte 1999 ihre empfohlene Vorgehensweise zum Testen und Auswerten des Kraftstoffverbrauchs von Hybridfahrzeugen und umfasste Sprache für die Behandlung von PHEVs. Ein SAE-Ausschuss arbeitet derzeit an der Überprüfung der Verfahren zur Prüfung und Meldung des Kraftstoffverbrauchs von PHEVs. Der Toronto Atmospheric Fund testete zehn nachgerüstete Plug-in-Hybridfahrzeuge, die 2008 über sechs Monate hinweg durchschnittlich 5,8 Liter pro 100 Kilometer oder 40,6 Meilen pro Gallone erreichten, was als unter dem Potenzial der Technologie eingeschätzt wurde.

In realen Tests mit normalen Treibern erzielen einige Prius PHEV-Konversionen möglicherweise nicht viel weniger Kraftstoff als HEV. Eine Plug-in-Prius-Flotte mit einer rein elektrischen Reichweite von 48 km (30 Meilen) hatte zum Beispiel im Durchschnitt nur 51 mpg-US (4,6 l / 100 km) in einer 17.000-Meilen-Zone (27.000 km) ) Test in Seattle und ähnliche Ergebnisse mit der gleichen Art von Konvertierungsbatteriemodellen bei Googles RechargeIT-Initiative. Darüber hinaus kostet der zusätzliche Akku 10.000 bis 11.000 US-Dollar.

Betriebskosten
Eine 2014 von Forschern der Lamar University, der Iowa State University und des Oak Ridge National Laboratory veröffentlichte Studie verglich die Betriebskosten von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs) verschiedener elektrischer Reichweiten (10, 20, 30 und 40 Meilen) mit konventionellen Benzinfahrzeuge und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) für unterschiedliche Amortisationszeiten, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Ladeinfrastruktur und des Benzinpreises. Die Studie kam zu dem Schluss, dass:

PHEVs sparen etwa 60% oder 40% Energiekosten im Vergleich zu herkömmlichen Benzinfahrzeugen und HEVs. Für Fahrer mit erheblichen täglichen Fahrleistungen (DVMT) sind Hybridfahrzeuge jedoch möglicherweise sogar die bessere Wahl als Plug-in-Hybride mit einer Reichweite von 64 km, insbesondere wenn es an öffentlichen Ladeinfrastruktur fehlt.
Die inkrementellen Batteriekosten für Plug-In-Hybride mit großen Batterien sind aufgrund der inkrementellen Einsparungen der Betriebskosten der PHEVs nur schwer zu rechtfertigen, sofern nicht eine Subvention für PHEVs mit großen Batterien angeboten wird.
Wenn der Benzinpreis von 4 US-Dollar pro Gallone auf 5 US-Dollar pro Gallone steigt, steigt die Anzahl der Fahrer, die von einer größeren Batterie profitieren, erheblich an. Bei einem Gaspreis von 3 US-Dollar ist ein Plug-in-Hybrid mit einer Reichweite von 16 km die kostengünstigste Option, auch wenn die Batteriekosten 200 US-Dollar / kWh betragen.
Obwohl Schnellladegeräte die Ladezeit verkürzen können, tragen sie im Gegensatz zu Level-2-Ladegeräten für PHEVs nur wenig zur Energiekosteneinsparung bei.

Kosten für Batterien
Nachteile von Plug-In-Hybriden sind die zusätzlichen Kosten, das Gewicht und die Größe eines größeren Akkupacks. Laut einer Studie des National Research Council aus dem Jahr 2010 belaufen sich die Kosten eines Lithium-Ionen-Akkupacks auf etwa 1.700 US $ / kWh nutzbare Energie. In Anbetracht der Tatsache, dass ein PHEV-10 etwa 2,0 kWh und ein PHEV-40 benötigt Die geschätzten Herstellerkosten des Batteriepacks für einen PHEV-10 liegen bei ca. 8 kW • h bei 3.000 US-Dollar und für einen PHEV-40 bei 14.000 US-Dollar. Laut derselben Studie wird die Marktdurchdringung zwar voraussichtlich um 35% bis 2020 sinken, die Marktdurchdringung dürfte jedoch langsam sein, und es wird nicht erwartet, dass PHEVs vor 2030 den Ölverbrauch oder die Kohlenstoffemissionen signifikant beeinflussen werden, es sei denn, dies ist ein grundlegender Durchbruch bei den Batterietechnologien tritt ein.

Laut der NRC-Studie aus dem Jahr 2010 ist eine mit Elektrizität betriebene Meile zwar billiger als eine mit Benzin betriebene Strecke, die Einsparungen bei der Kraftstofflebensdauer reichen jedoch nicht aus, um die hohen Anschaffungskosten von Plug-Ins auszugleichen, und es wird Jahrzehnte dauern, bis die Gewinnschwelle erreicht wird. Darüber hinaus dürften hunderte Milliarden Dollar an staatlichen Subventionen und Anreizen erforderlich sein, um eine schnelle Marktdurchdringung in den USA zu erreichen

Kostenvergleich zwischen einem PHEV-10 und einem PHEV-40 (Preise für 2010)
Plug-in  Geben Sie nach  EV-Bereich	Ähnlich  Produktion  Modell-	Art der  Antriebsstrang	Hersteller  zusätzliche Kosten  im Vergleich zu herkömmlichen  Nicht-Hybrid mittlerer Größe	Geschätzte Kosten  des Akkus	Der Preis von elektronisches System  Upgrade zu Hause	Erwartet  Benzin  Ersparnisse  verglichen  zu einem HEV	Jährlich  Benzin  Ersparnisse  verglichen  zu einem HEV (2)
PHEV-10	Prius Plug-in(1)	Parallel	6.300 US-Dollar	3,300 US-Dollar	Mehr als 1.000 US-Dollar	20%	70 Gallonen
PHEV-40	Chevy Volt	Serie	18.100 US-Dollar	14.000 US-Dollar	Mehr als 1.000 US-Dollar	55%	200 Gallonen
Hinweise: (1) Berücksichtigt die im Toyota Prius verwendete HEV-Technologie mit einem größeren Akkupack. Die geschätzte rein elektrische Reichweite des Prius Plug-Ins beträgt 23 km.  (2) Annahme von 15.000 Meilen pro Jahr.

Eine Studie des American Council für eine energieeffiziente Wirtschaft aus dem Jahr 2013 berichtete, dass die Batteriekosten von 1.300 USD pro Kilowattstunde im Jahr 2007 auf 500 USD pro Kilowattstunde im Jahr 2012 gesunken sind. Das US-Energieministerium hat Kostenziele für die gesponserte Batterieforschung festgelegt von 300 US-Dollar pro Kilowattstunde im Jahr 2015 und 125 US-Dollar pro Kilowattstunde bis 2022. Kostensenkungen durch Fortschritte in der Batterietechnologie und höhere Produktionsmengen werden es Plug-in-Elektrofahrzeugen ermöglichen, mit konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wettbewerbsfähiger zu sein.

Eine im Jahr 2011 vom Belfer Center der Harvard University veröffentlichte Studie ergab, dass die Benzinkosteneinsparungen von Elektro-Plug-Ins über die Lebensdauer der Fahrzeuge ihre höheren Einkaufspreise nicht ausgleichen können. Diese Feststellung wurde geschätzt, indem der Netto-Barwert der Laufzeit zu den Einkaufs- und Betriebskosten für 2010 für den US-Markt verglichen wurde und keine staatlichen Subventionen angenommen wurden. Laut den Studienschätzungen ist ein PHEV-40 um 5.377 US-Dollar teurer als ein herkömmlicher Verbrennungsmotor, während ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) 4.819 US-Dollar teurer ist. Die Studie untersuchte auch, wie sich dieses Gleichgewicht in den nächsten 10 bis 20 Jahren ändern wird, unter der Annahme, dass die Batteriekosten bei steigenden Benzinpreisen sinken werden. In den betrachteten Zukunftsszenarien ergab die Studie, dass BEVs deutlich günstiger sind als herkömmliche Autos (1.155 bis 7.181 USD günstiger), während PHEVs in fast allen Vergleichsszenarien teurer sein werden als konventionelle Autos und nur weniger als herkömmliche Autos in einem Szenario mit sehr niedrigen Batteriekosten und hohen Benzinpreisen. BEVs sind einfacher zu bauen und verwenden keinen flüssigen Kraftstoff, während PHEVs kompliziertere Antriebsstränge aufweisen und immer noch mit Benzinmotoren ausgestattet sind.

Emissionen verlagerten sich in elektrische Anlagen
Es wird erwartet, dass in einigen Gebieten mit der Einführung von PHEVs eine erhöhte Umweltverschmutzung auftritt, aber in den meisten Gebieten wird es einen Rückgang geben. Eine Studie des ACEEE prognostiziert, dass eine weit verbreitete Verwendung von PHEV in stark kohleabhängigen Gebieten zu einem Anstieg der lokalen Netto-Schwefeldioxid- und Quecksilberemissionen führen würde, angesichts der Emissionsniveaus der meisten Kohlekraftwerke, die derzeit das Netz mit Strom versorgen. Obwohl saubere Kohletechnologien Kraftwerke schaffen könnten, die Netzstrom aus Kohle liefern, ohne nennenswerte Mengen solcher Schadstoffe auszustoßen, können die höheren Kosten für die Anwendung dieser Technologien den Preis für mit Kohle erzeugter Elektrizität erhöhen. Der Nettoeffekt auf die Verschmutzung hängt von der Brennstoffquelle des Stromnetzes (z. B. fossil oder erneuerbar) und dem Verschmutzungsprofil der Kraftwerke selbst ab. Das Erkennen, Regulieren und Aufrüsten einzelner Verschmutzungsquellen, wie z. B. eines Kraftwerks oder des vollständigen Austauschs einer Anlage, kann ebenfalls praktischer sein. Aus Sicht der menschlichen Gesundheit kann die Verlagerung der Verschmutzung von großen städtischen Gebieten als erheblicher Vorteil angesehen werden.

Laut einer Studie der National Academy of Science aus dem Jahr 2009 haben „Elektrofahrzeuge und netzabhängige (Plug-in) Hybridfahrzeuge etwas höhere Nichtklimaschäden gezeigt als viele andere Technologien.“ Die Effizienz von Plug-In-Hybriden wird auch durch die Gesamteffizienz der elektrischen Energieübertragung beeinflusst. Die Übertragungs- und Verteilungsverluste in den USA wurden 1995 auf 7,2% und 2007 auf 6,5% geschätzt. Nach der Lebenszyklusanalyse der Emissionen der Luftverschmutzung sind Erdgasfahrzeuge derzeit die niedrigsten Emittenten.

Tarifstruktur für elektrische Rechnungen
Der zusätzliche Stromverbrauch für das Aufladen der Plug-in-Fahrzeuge könnte viele Haushalte in Gegenden, in denen es keine Off-Peak-Tarife gibt, in die höherpreisigen Kategorien drängen und die finanziellen Vorteile zunichte machen. Kunden, die unter diesen Tarifen stehen, könnten erhebliche Einsparungen erzielen, wenn sie sorgfältig darauf achten, wann das Fahrzeug aufgeladen wurde, beispielsweise durch Verwendung eines Zeitgebers, um das Laden auf die Zeiten außerhalb der Spitzenzeiten zu beschränken. Ein genauer Vergleich des Nutzens erfordert daher, dass jeder Haushalt seine derzeitige Stromverbrauchsstufe und die Tarife gegenüber den Benzinkosten und den tatsächlich beobachteten Betriebskosten des Elektrofahrzeugbetriebs bewertet.

Treibhausgasemissionen
Die Auswirkungen von PHEV auf Treibhausgasemissionen sind komplex. Plug-in-Hybridfahrzeuge, die im rein elektrischen Modus betrieben werden, stoßen keine schädlichen Abgasrohstoffe aus der Bordstromquelle aus. Der Nutzen für die reine Luft ist in der Regel lokal, da die Luftschadstoffemissionen je nach Quelle der zur Aufladung der Batterien verwendeten Elektrizität an den Standort der Erzeugungsanlagen verlagert werden. In ähnlicher Weise stoßen PHEVs keine Treibhausgase aus der Bordstromquelle aus, jedoch hängt das Ausmaß des Nutzens unter dem Gesichtspunkt einer umfassenden Bewertung auch von dem Kraftstoff und der Technologie ab, die zur Stromerzeugung verwendet werden. Aus Sicht einer vollständigen Lebenszyklusanalyse muss der Strom, der zum Aufladen der Batterien verwendet wird, aus emissionsfreien Quellen wie erneuerbaren Energien (z. B. Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft) oder Kernenergie erzeugt werden, damit PEVs nahezu keine oder keine Nullstellen aufweisen Emissionen an die Räder. Wenn PEVs aus kohlebefeuerten Anlagen wieder aufgeladen werden, verursachen sie andererseits etwas mehr Treibhausgasemissionen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Bei einem Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug, das im Hybridmodus mit Unterstützung des Verbrennungsmotors betrieben wird, sind die Auspuff- und Treibhausemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen aufgrund ihres höheren Kraftstoffverbrauchs geringer.

Lebenszyklus-Energie- und Emissionsbewertungen

Argonne
Im Jahr 2009 haben Forscher des Argonne National Laboratory ihr GREET-Modell angepasst, um eine vollständige WTW-Analyse (WTW-Analyse) des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen für verschiedene Szenarien unter Berücksichtigung verschiedener On-Board-Szenarien durchzuführen Kraftstoffe und verschiedene Stromerzeugungsquellen zum Aufladen der Fahrzeugbatterien. Für die Analyse wurden drei US-Regionen ausgewählt, Kalifornien, New York und Illinois, da diese Regionen große Metropolregionen mit erheblichen Schwankungen im Energieerzeugungsmix umfassen. Die Ergebnisse der vollständigen Zyklusanalyse wurden auch für den US-amerikanischen Erzeugungsmix und für Strom aus erneuerbaren Energien berichtet, um Fälle durchschnittlicher bzw. sauberer Gemische zu untersuchen. Diese Studie aus dem Jahr 2009 ergab eine breite Verteilung des Erdölverbrauchs und der Treibhausgasemissionen zwischen den verschiedenen Technologien zur Kraftstoffproduktion und zum Erzeugungsmix. Die folgende Tabelle fasst die Hauptergebnisse zusammen:

PHEV gut auf Rädern Energieverbrauch von Erdöl und Treibhausgasemissionen für eine rein elektrische Reichweite zwischen 16 und 64 km mit verschiedenen Bordkraftstoffen. (1) (in% relativ zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, das fossiles Benzin verwendet)
Analyse	Reformuliertes Benzin und ultra-schwefelarmer Diesel	E85 Kraftstoff aus Mais und Weidengras	Brennstoffzelle Wasserstoff
Verringerung des Energieverbrauchs von Erdöl	40–60%	70–90%	mehr als 90%
Verringerung der Treibhausgasemissionen (2)	30–60%	40–80%	10–100%
Quelle: Zentrum für Verkehrsforschung, Argonne National Laboratory (2009). Siehe Tabelle 1. Anmerkungen: (1) Simulationen für das Jahr 2020  mit dem PHEV-Modelljahr 2015. (2) In der WTW-Analyse für Biomasse-Rohstoffe sind keine direkten oder indirekten Landnutzungsänderungen enthalten.

Die Argonne-Studie ergab, dass PHEVs im Vergleich zu herkömmlichen Hybrid-Elektrofahrzeugen zu einer Verringerung des Energieverbrauchs von Erdöl führten. Mit der Erhöhung des rein elektrischen Angebots wurden mehr Energieeinsparungen bei den Treibstoffenergie und auch eine Verringerung der Treibhausgasemissionen erzielt, es sei denn, der für die Aufladung verwendete Strom wurde durch Kohle- oder Ölkraftwerke dominiert. Wie erwartet, konnte bei Strom aus erneuerbaren Quellen die stärkste Reduzierung des Energieverbrauchs von Erdöl und der Treibhausgasemissionen aller PHEVs erzielt werden, da der rein elektrische Bereich zunahm. Die Studie kam auch zu dem Schluss, dass Plug-in-Fahrzeuge, die Kraftstoffe auf Biomassebasis (Biomasse-E85 und -wasserstoff) verwenden, die Vorteile von Treibhausgasemissionen gegenüber regulären Hybriden nicht realisieren können, wenn die Stromerzeugung von fossilen Quellen dominiert wird.

Eichenallee
Eine 2008 von Forschern des Oak Ridge National Laboratory durchgeführte Studie analysierte die Ölverbrauchs- und Treibhausgasemissionen von Plug-in-Hybriden im Vergleich zu Hybridelektrofahrzeugen in mehreren Szenarien für die Jahre 2020 und 2030. Die Studie untersuchte die Mischung von Stromquellen für 13 US-amerikanische Regionen, die beim Aufladen von Fahrzeugen verwendet werden würden, im Allgemeinen eine Kombination aus Kohle, Erdgas und Kernenergie sowie zu einem geringeren Anteil erneuerbare Energien. Eine 2010 im Argonne National Laboratory durchgeführte Studie erzielte ähnliche Ergebnisse und kam zu dem Schluss, dass PHEVs den Ölverbrauch reduzieren, jedoch je nach Energiemix, der zur Erzeugung des Stroms zum Aufladen der Plug-in-Hybride verwendet wird, sehr unterschiedliche Treibhausgasemissionen erzeugen können.

Umweltschutzbehörde
Im Oktober 2014 veröffentlichte die US-amerikanische Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency) den Jahresbericht 2014 „Leichte Fahrzeugtechnik, Kohlendioxidemissionen und Trends bei der Kraftstoffökonomie“. Zum ersten Mal enthält der Bericht eine Analyse der Auswirkungen alternativer Kraftfahrzeuge, wobei der Schwerpunkt bei Plug-in-Elektrofahrzeugen liegt, da PEVs bei einem Marktanteil von fast 1% einen messbaren Einfluss auf den US-amerikanischen Gesamtbrennstoff haben Wirtschaft und CO2-Emissionen.

Der Bericht der EPA umfasste die Analyse von 12 rein elektrisch betriebenen Personenkraftwagen und 10 auf dem Markt verfügbaren Plug-In-Hybriden als Modelljahr 2014. Für eine genaue Abschätzung der Emissionen wurden bei der Analyse die Unterschiede zwischen den PHEVs wie dem EPA berücksichtigt Chevrolet Volt, der im vollelektrischen Modus ohne Benzin betrieben werden kann, und solche, die in einem Mischmodus wie der Toyota Prius PHV arbeiten, der sowohl in der Batterie gespeicherte Energie als auch Energie aus dem Benzintank zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet liefern Sie volles elektrisches Fahren im gemischten Modus. Da der rein elektrische Bereich von Plug-in-Hybriden von der Größe des Akkupacks abhängt, wurde bei der Analyse im Durchschnitt ein Nutzenfaktor als Projektion des prozentualen Anteils der mit Elektrizität (elektrisch) gefahrenen Meilen eingeführt nur und gemischte Modi) von einem durchschnittlichen Fahrer. Die folgende Tabelle zeigt den Gesamtverbrauch von EV / Hybridkraftstoff, ausgedrückt in Meilen pro Gallone (mpg-e) und den Nutzungsfaktor für die zehn auf dem US-Markt verfügbaren MY2014-Plug-in-Hybride. Die Studie verwendete den Nutzenfaktor (da im reinen EV-Modus keine Auspuffemissionen vorhanden sind) und die beste EPA-Schätzung der durch diese Fahrzeuge im realen Stadt- und Autobahnbetrieb erzeugten CO2-Auspuffemissionen, basierend auf der EPA-5-Takt-Etikettenmethode eine gewichtete 55% Stadt / 45% Autobahnfahrt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Darüber hinaus berücksichtigte die EPA die vorgelagerten CO2-Emissionen, die mit der Erzeugung und Verteilung von Strom zusammenhängen, die zum Laden der PHEVs erforderlich sind. Da die Stromerzeugung in den Vereinigten Staaten von Region zu Region erheblich schwankt, berücksichtigte die EPA drei Szenarien / Bereiche, wobei das untere Ende des Bereichs dem kalifornischen Triebwerk-Emissionsfaktor entsprach. und das obere Ende des Bereichs entspricht dem Emissionsfaktor der Triebwerke für die Rockies. Die EPA schätzt, dass die Treibhausgas-Emissionsfaktoren für verschiedene Regionen des Landes von 346 g CO2 / kWh in Kalifornien bis 986 g CO2 / kWh in den Rocky Mountains variieren, mit einem nationalen Durchschnitt von 648 g CO2 / kWh . Die folgende Tabelle zeigt die Auspuffemissionen und die kombinierten Auspuff- und Upstream-Emissionen für jeden der 10 MY 2014 PHEVs, die auf dem US-Markt erhältlich sind.

Nationales Büro für Wirtschaftsforschung
In den meisten Emissionsanalysen werden zu unterschiedlichen Tageszeiten durchschnittliche Emissionsraten in den Regionen anstelle der geringfügigen Erzeugung verwendet. Der erste Ansatz berücksichtigt nicht den Erzeugungsmix in den miteinander verbundenen Elektrizitätsmärkten und die Veränderung der Lastprofile im Laufe des Tages. Eine im November 2014 veröffentlichte Analyse von drei mit dem National Bureau of Economic Research (NBER) verbundenen Ökonomen entwickelte eine Methode zur Schätzung der Grenzemissionen des Strombedarfs, die in den Vereinigten Staaten je nach Standort und Tageszeit variieren. In der Studie wurden Emissions- und Verbrauchsdaten für 2007 bis 2009 und die Spezifikationen für den Chevrolet Volt (rein elektrische Reichweite von 56 km) verwendet. Die Analyse ergab, dass die Grenzemissionsraten im oberen Mittleren Westen mehr als dreimal so hoch sind wie in den westlichen USA, und innerhalb von Regionen sind die Raten für einige Stunden des Tages mehr als doppelt so hoch wie für andere. Bei der Anwendung der Ergebnisse der Randanalyse auf Plug-in-Elektrofahrzeuge stellten die NBER-Forscher fest, dass die Emissionen von Lade-PEVs je nach Region und Tageszeit variieren. In einigen Regionen, wie den westlichen USA und Texas, sind die CO2-Emissionen pro Meile beim Fahren von PEV geringer als beim Hybridfahrzeug. In anderen Regionen, beispielsweise im oberen Mittleren Westen, bedeutet das Laden während der empfohlenen Stunden von Mitternacht bis 4 Uhr morgens, dass PEVs mehr Kilometer pro Kilometer erzeugen als der durchschnittliche Pkw, der derzeit unterwegs ist. Die Ergebnisse zeigen eine grundlegende Spannung zwischen dem Management der Strombelastung und den Umweltzielen, da die Stunden, in denen Strom am günstigsten produziert wird, die Stunden sind, in denen die Emissionen am größten sind. Dies liegt daran, dass Kohlekraftwerke, die höhere Emissionsraten aufweisen, am häufigsten verwendet werden, um den Strombedarf auf Basisniveau und außerhalb der Spitzenlast zu decken;Erdgasanlagen mit relativ niedrigen Emissionsraten werden häufig online geschaltet, um die Nachfragespitzen zu decken. Dieses Muster der Kraftstoffverschiebung erklärt, warum die Emissionsraten in der Nacht tendenziell höher sind und zu Spitzenzeiten am Morgen und am Abend niedriger sind.