Concept Toyota Plug-In Hybrid R&D praktijktest | techniek | toekomstvisie
Uitvoerige praktijktest Toyota test wereldwijd zeshonderd Concept Plug-in Hybrid Vehicles (Concept PHV) in een R&D praktijktest. Het gaat om een Full Hybrid Prius voorzien van nieuwe innovatieve technologieën zoals een lithium-ion-batterij met externe oplaadfaciliteiten. Met een opgeladen batterij kan de Concept PHV volledig elektrisch en emissieloos rijden in stedelijke gebieden én op snelwegen. Gedurende 36 maanden worden de PHV’s dag in, dag uit ingezet in een door Toyota centraal aangestuurde R&D praktijktest. Via een in elke Concept PHV ingebouwde ‘blackbox’ verzamelt Toyota periodiek praktijkgegevens over zaken als elektrische actieradius, stroomverbruik, oplaadcycli en gebruikspatronen. Daarnaast houden de voor het project geselecteerde bestuurders hun ervaringen bij en worden zij hierover bevraagd. In ons land neemt Toyota distributeur Louwman & Parqui
met elf Concept Plug-in Hybrids deel, die worden geleased door Rijkswaterstaat, Eneco, Stedin, Roteb, TNT en Van Gansewinkel. Doelstelling R&D praktijktest Het onderzoek is bedoeld om vast te stellen of gebruiksgemak, actieradius, techniek en kosten aansluiten bij de verwachtingen en wensen van een zo breed mogelijk publiek. Toyota wil namelijk duurzame, innovatieve en betrouwbare automobiliteit zonder beperkingen voor de gebruiker ontwikkelen. Niet eerder werd in de automobielsector dan ook zo’n uitvoerige test gedaan waarbij de intensieve feedback van toekomstige gebruikers zo’n grote rol speelt. Ook maakt Toyota met deze Concept PHV zijn toekomstvisie concreet door deze te demonstreren bij voor dit product (potentieel) toekomstige partners en klanten.
Waarom een Plug-in Hybrid auto? Na de introductie van Full Hybrid modellen als de Prius en de Auris, werkt Toyota verder aan duurzame technologieën, waaronder de Plug-in Hybrid auto (Toyota’s toekomstvisie: zie achterpagina). Dit is een Full Hybrid auto met een lithium-ion-batterij die via een stekker aan het reguliere elektriciteitsnet kan worden opgeladen. Toyota combineert hiermee de voordelen van een Full Hybrid auto met de voordelen van een volledig elektrische auto (ook wel Electric Vehicle of EV).
Eerst een vergelijking tussen beiden
Wat is een Full Hybrid auto? Een Full Hybrid auto is voorzien van een zeer zuinige benzinemotor en een elektromotor met een batterij ter grootte van drie compacte schoenendozen. De batterij is voor 95% recyclebaar en het recycleproces zelf is vrijwel CO2-neutraal. Het woord hybride staat voor twee soorten aandrijving in één concept. Bij het wegrijden drijft de elektromotor soms alleen, soms samen met de benzinemotor de auto aan. Ook bij acceleraties en tussenacceleraties ondersteunt de elektromotor de benzinemotor. Hierdoor hoeft de benzinemotor minder hard te werken waardoor het verbruik aanzienlijk lager is dan dat van een qua omvang en prestaties vergelijkbare auto. De compacte batterij wordt opgeladen tijdens gas loslaten en remmen. De elektromotor werkt dan als een dynamo. De huidige Full Hybrid Prius of Auris kan tot een snelheid van 50 km/u circa twee kilometer volledig elektrisch en zonder emissie rijden. De batterij laadt zich evenwel tijdens het rijden telkens weer op, waardoor de volledige elektrische actieradius in de praktijk – zoals file
Wat is een volledig elektrische auto? Een volledig elektrische auto is voorzien van een elektromotor en batterijpakket voor de aandrijving. De batterij wordt via stopcontact of speciale snellader opgeladen. De EV stoot tijdens het rijden geen CO2 of andere emissies uit. Bovendien is hij stil en zijn de energiekosten per kilometer laag. Om een in de maatschappij gangbare actieradius te hebben, is echter een zeer groot batterijpakket noodzakelijk. Die omvang brengt evenwel een aantal nadelen met zich mee. Zo is de kostprijs (en daarmee de aanschafprijs) hoog, neemt het gewicht sterk toe (waardoor meer energie nodig is om een voertuig in beweging te krijgen en te houden), neemt het accupakket veel plaats in beslag waardoor minder ruimte in de auto overblijft en zijn de oplaadtijden lang: tot soms wel een hele nacht.
2
Opstarten
Rijden
Optrekken
Afremmen
Rood: benzinemotor Groen: elektromotor
verkeer – groter is. De batterij kan echter niet via een extern oplaadpunt worden opgeladen. Daarnaast heeft een Full Hybrid van Toyota, zoals de Prius, een actieradius van ruim duizend kilometer.
Plug-in Hybrid = het beste van twee werelden De Plug-in Hybrid auto heeft een compacte batterij die gewoon via het huishoudelijke stopcontact thuis of op kantoor in maximaal 90 minuten helemaal wordt opgeladen. Een separate infrastructuur is hierdoor niet noodzakelijk. Opgeladen bevat de batterij voldoende energie om zo’n twintig kilometer volledig elektrisch te rijden; voor 69% van de Nederlanders genoeg voor hun dagelijkse woon-werkverkeer. Daarom zal met name in stedelijke gebieden een Plug-in Hybrid een positieve bijdrage leveren aan de lokale luchtkwaliteit. En wat als de batterij leeg is? Dan rijdt de Plug-in Hybrid net als elke andere Full Hybrid Toyota: een zuinige benzinemotor zorgt voor de aandrijving, de elektromotor ondersteunt op de juiste momenten – of neemt het werk zelfs helemaal emissieloos over. En de actieradius is evenals bij een Full Hybrid Toyota meer dan duizend kilometer. In tegenstelling tot EV’s hoeft men zich dus geen zorgen te maken over de reisafstand. Vakantie in Frankrijk? Een bezoek aan familie in Groningen? Een weekendje Maastricht? Een Plug-in Hybrid kent geen beperkingen qua gebruiksgemak.
Voordelen PHV versus EV 1. Geen zorgen om actieradius Men hoeft zich dus geen zorgen te maken over een lege batterij. Als de batterij te ver ontladen is, schakelt de auto vanzelf over van de elektrische naar de Hybrid-modus. 2. Gunstigere prijs, meer ruimte Doordat de batterij niet groter is dan strikt noodzakelijk, is de aanschafprijs aanmerkelijk gunstiger dan die van een EV. Bovendien worden er nauwelijks concessies gedaan aan de laadruimte van de auto. De batterij wordt overigens het meest efficiënt gebruikt door de Hybrid-modus te gebruiken bij langere afstanden en de Plug-in-modus bij kortere ritten. 3. Kortere oplaadtijden Doordat de batterijcapaciteit kleiner is dan die van een volledig elektrisch aangedreven auto, hoeft een Plug-in Hybrid minder lang te laden. Sterker: bij de normale 220/230 volt is een laadtijd van circa 1,5 uur al voldoende.
De compacte lithium-ion-accu is ondergebracht in de vloer van de bagageruimte en heeft een capaciteit van 5,2 kWh.
Soms is benzine beter …
Op 1 liter benzine rijdt een gewone auto zo’n 15 kilometer. Op 1 kWh elektriciteit rijdt een auto ongeveer 4 tot 5 kilometer. Om 15 kilometer elektrisch te rijden (evenveel als op 1 liter benzine) is vandaag de dag een batterij van 120 kg nodig.
… soms elektriciteit
1 liter benzine zorgt voor ongeveer 2,4 kilo CO2-uitstoot bij verbranding. Dat is per kilometer ongeveer 150 gram – exclusief de uitstoot die de productie van benzine veroorzaakt. 1 kWh duurzame stroom veroorzaakt bijna 0 gram CO2 bij productie. Als de Concept Plug-in Hybrid Vehicle volledig elektrisch rijdt, stoot hij geen CO2 of andere stoffen uit, zoals stikstofoxiden (NOx) en fijnstof.
Zelfs bij elektriciteitsopwekking met kolen- of gascentrales zorgt een elektrische kilometer voor minder CO2-uitstoot dan een benzinekilometer. Elektrisch rijden heeft dus de toekomst.
3
2,6 liter
90
benzineverbruik per 100 km (gemiddeld)
minuten
duur om geheel lege accu weer op te laden
100 km/u
topsnelheid die de Concept Plug-in Hybrid elektrisch kan rijden
20 kilometer
afstand die de Concept Plug-in Hybrid elektrisch kan rijden
4
59 gram
C02-emissie per kilometer (gemiddeld)
220/ 230
volt en 16 ampère
5,2
benodigd voor opladen PHV lithium-ion-batterij
kWh
capaciteit van de accu
Opladen is simpel: stekker in het aansluitpunt aan de zijkant van de PHV en de andere stekker in een normaal stopcontact. Tijdens het opladen is de auto beveiligd tegen wegrijden.
5
Actieradius van 20 km meestal voldoende De batterij in de Concept Plug-in Hybrid is groot genoeg om afstanden tot twintig kilometer helemaal elektrisch te rijden. De mogelijke maximumsnelheid bedraagt 100 km/u in elektrische modus. Uit gegevens van het CBS blijkt dat 69% van de forensen in Nederland per werkdag 18 km of minder reist (enkele reis). Bovendien zijn de meeste autoritten in Nederland volgens het CBS fors korter dan twintig kilometer: 7,5 kilometer. … dus is de batterij compact Met een compacte batterij van 5,2 kWh kan twintig kilometer volledig elektrisch worden gereden. Het grote voordeel van die beperkte omvang is dat de kosten beperkt blijven, de batterij niet al te groot is en dus uitstekend onder een vlakke laadvloer past. Bovendien is de oplaadtijd beperkt: na 90 minuten aan een gewoon stopcontact is de lege batterij weer vol.
6
Waar opladen? Het opladen van de Concept Plug-in Hybrid kan gewoon thuis en op kantoor. Voordeel is dat hiervoor geen separate infrastructuur hoeft te worden gebouwd. Uiteraard is het gebruik van groene stroom hierbij wat Toyota betreft aan te raden. Hoe schoner de energie is geproduceerd, hoe beter de ‘well to wheel’ score. De elektrische kilometers van de Concept Plug-in Hybrid zorgen namelijk indirect ook voor CO2uitstoot omdat de stroom in energiecentrales wordt geproduceerd. Maar zelfs daarmee is de Concept PHV nog altijd flink schoner dan een benzine- of zelfs een hybrideauto. En al helemaal als de elektriciteit CO2-neutraal is opgewekt.
Toyota’s toekomstvisie ‘Aim: Zero Emissions’ CO2-uitstoot wordt in verband gebracht met de klimaatverandering. Hoe kunnen we omgaan met serieuze problemen als de opwarming van de aarde en het slinken van de olievoorraden? Toyota denkt al decennia na over deze ontwikkelingen onder het motto: ‘Aim: Zero Emissions’. Ruim 13 jaar geleden kwam Toyota al met een massageproduceerde hybrideauto op de markt: de Full Hybrid Toyota Prius. Maar duurzame mobiliteit vraagt om meer dan één oplossing. Toyota heeft hier een heldere visie over. Zo wordt er onder meer gewerkt aan Plug-in Hybrid auto’s (PHV), Electric Vehicles (EV) en ook Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV).
De toekomst is dichtbij 2009 2010 2011 2012 2012 2015
Full Hybrid Prius III Full Hybrid Auris Verdere uitrol Full Hybrid-technologie in Toyota modellengamma Volledig elektrische auto (EV)* Plug-in Hybrid Prius (PHV) Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV)
* Op basis van de Toyota iQ
Voertuiggrootte
De grootte van de cirkels staat voor het marktpotentieel.
Zwaar transport FCHV (bus) Stadsauto
HV Distributievrachtwagens
Scooters
FCHV
PHV
Winglet
i series
Stadsdistributie
Afstand Techniek
EV
Hybride en Plug-in Hybrid, benzine, diesel, bio, CNG
Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV)
Niet één, maar drie verschillende aandrijflijnen Het is lastig om een inschatting te maken hoe de toekomstige mobiliteit op de weg er uit gaat zien. Toch heeft Toyota een visie ontwikkeld die ze, gebaseerd op de huidige stand van de techniek, als realistisch beschouwt voor de komende jaren. In deze visie is grofweg ruimte voor drie verschillende aandrijflijnen: de volledig elektrische voertuigen (EV), de Full Hybrid voertuigen (FH, inclusief de Plug-in Hybrid voertuigen) en auto’s die rijden op waterstof, ook wel Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV) genoemd. Omdat de batterijtechnologie nog een fors ontwikkelpotentieel kent, zijn EV’s de komende jaren vooral kleine voertuigen die primair worden gebruikt voor korte afstanden. Lange ritten vragen immers om grote (dure en zware) batterijen, die ook nog eens een lange laadtijd hebben. De marktpotentie van de Full Hybrids is door de toegankelijke en reeds beproefde techniek veel groter. Het voordeel van de
Full Hybrid techniek is dat deze kan worden gecombineerd met alle andere denkbare aandrijflijnen: van conventionele (diesel en benzine) motoren, tot aan aandrijflijnen op waterstof of elektriciteit. Door een Full Hybrid auto te voorzien van bijvoorbeeld een extra batterijpakket, ontstaat een Plug-in Hybride die profiteert van de voordelen van EV’s, maar waarvan de bestuurder geen last heeft van een beperkte actieradius. Door de omvang van de opslagtanks voor waterstof, lijkt Fuel Cell techniek voorlopig voorbehouden aan de grote(re), zware voertuigen die lange(re) afstanden rijden. Zeker als waterstof groen wordt geproduceerd, is de Fuel Cell techniek een zeer interessante optie. Het enige wat een Fuel Cell-voertuig namelijk uitstoot is waterdamp. Toyota voert inmiddels met alle aandrijflijnen tests uit op openbare wegen. Alle afgebeelde voertuigen zijn dan ook bestaande voertuigen. 7
Datasheet Toyota Concept Plug-in Hybrid Afmetingen Lengte Breedte Hoogte Benzinemotor Inhoud Vermogen Elektromotor Type Vermogen Gecombineerd vermogen Batterij Soort Voltage Capaciteit Laadduur Opladen Prestaties Topsnelheid (elektrisch) Acceleratie 0 – 100 km/u Bereik (elektrisch) Gecombineerd verbruik* Gecombineerde CO2-uitstoot*
4.460 mm 1.745 mm 1.490 mm 1,8 liter 73 kW/99 pk permanentmagneetmotor 60 kW/82 pk 100 kW/136 pk lithium-ion 345,6 5,2 kWh ca. 90 minuten 230 volt 180 km/u (100 km/u in elektrische modus) 11,4 seconden > 1.000 km (tot 20 km in elektrische modus) 2,6 l/100 km (huidige Full Hybrid Prius: 3,9 l/100 km) 59 g/km (huidige Full Hybrid Prius: 89 g/km)
* EC-testcyclus, beide motoren actief.
Full Hybrid-technologie toepasbaar voor PHV, EV en FCHV Plug-In Hybrid Vehicle (PHV) Elektromotor/ generator
Stekker
Batterij Brandstoftank Benzinemotor Elektromotor/ generator
Electric Vehicle (EV) Elektromotor/ generator
Batterij Brandstoftank Benzinemotor
Stekker
Batterij
Fuel Cell Hybrid Vehicle (FCHV) Elektromotor/ generator
Batterij Waterstoftank Brandstofcel
Dit is een uitgave van Louwman & Parqui B.V., september 2010. Gegevens in dit document zijn actueel ten tijde van drukken. Als gevolg van onder meer het ontwikkelingsproces en de veranderende wetgeving kunnen deze gegevens zonder voorafgaande aankondiging wijzigen.
Today Tomorrow Toyota
