Toyota Hybrid Synergie Drive

(1)

Toyota Hybrid Synergie Drive

Hannes Gautschi

Leiter Kundendienst und Technik Toyota AG

22. September 2006

(2)

Toyota AG, Safenwil

Toyota AG, CH-5745 Safenwil

Inhalt

• Herausforderung Umwelt

– Hintergrund der Entwicklung – Individuelle Mobilität

• Entwicklung und Produkte

• Was ist ein Hybrid-Fahrzeug?

– Kombination von Antriebskonzepten

– Aufbau und Funktion

(3)

Herausforderung

Umwelt

(4)

• Es wird immer einen Bedarf an Mobilität geben

• Wirtschaftliches Wachstum und Transporte sind eng miteinander verbunden

• Wir müssen aktiv sein, um die Umweltprobleme anzugehen und dies

Ohne die Ressourcen der künftigen Generationen zu plündern

Nachhaltige Mobilität

Verschmutzung Globale Erwärmung

(5)

Herausforderung Umwelt

0

Jahr

2020

2010 2000

1990 1980

1970 1960

1950 2030

600 800

400 200 1000 1200 1400 1600

Fahrzeugbestand(in Millionen)

1200 Millionen Fahrzeuge im Jahr 2020

(6)

Herausforderung Umwelt

Quelle:

Toyota Motor Corporation

Energiebedarf

Oil, Nuklear,Gas, Kohle, Erneuerbare Energie,

2010 2020

2000

Luftqualität

Klimaänderung

Entwicklungsländer Emissionszunahme

(NOx, CO, HC)

Lebensstandard

Verschiedene Energiequellen Zunahme von CO₂

(7)

Herausforderung Umwelt

0

Jahr

2000

1800 1600

1400 1200

1000

800 2100

400

300 500 600

CO 2Dichte(ppm) 700

280

370

700 - 800

IPCC Grenz-

wert 550ppm

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Entwicklung und Produkte

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HSD HSD

Diesel DI Diesel DI

(Common (Common--rail)rail)

D D - - 4 4

VVT VVT - - i i Lean Burn

Lean Burn EV EV LPG LPG

Alternative Treibstoffe

Benzin Motor

Elektro- antrieb Diesel

Motor

FCHV FCHV

(Fuel cell) (Fuel cell)

Das Öko-Fahrzeug

DPNR DPNR

(10)

1997: Toyota lanciert den Prius – das weltweit erste Hybridfahrzeug welches in grossen Stückzahlen für den japanischen Markt produziert wird

Hybridantrieb

(11)

2004: Toyota lanciert die 2. Prius-Generation auf dem europäischen Markt.

Hybridantrieb

(12)

Hybridantrieb

2005: Lexus lanciert den ersten Luxus SUV mit

Hybridantrieb RX400h

(13)

Hybridantrieb

2006: Lexus GS 450h

(14)

Hybridantrieb

Japan: MPV mit Hybridantrieb

(15)

Toyota Vision

Quelle: Toyota Motor Corporation

1^stGen.

Prius Diesel

MT Benzin

MT

0.67 0.63

0.57 0.60 - 0.80

FCHV 1.00

LCA CO

2

emissions

2^ndGen.

Prius

0.33 Ziel

Andere

Benzin

Fzg.

Gebrauch (72%) Material Produktion (12%)

Kraftstoff Produktion (8%)

Fahrzeug

Produktion (6%)

LCA Life Cycle Assessment bezüglich CO

₂

(16)

Hybrid Synergy Drive ^®

Prius Technologie

(17)

Was ist ein Hybrid-Fahrzeug?

Kombination von zwei unterschiedlichen Antriebskonzepten Verbrennungsmotor + Elektromotor = Hybrid-Fahrzeug

Kombinieren und Nutzen der Vorteile der beiden Antriebsarten

(18)

Was heisst Toyota Hybrid Synergy Drive ^® ?

• Toyota Hybrid Synergy Drive

^®

• Sinnvolle Kombination von 2 verschiedene Antriebsquellen, die einander ergänzen:

– Elektromotor:

hohes Drehmoment flacher Verlauf bereits ab 0/min

– Benzinmotor:

hohe Leistung

Drehmoment und Leistung

Fahrzeuggeschwindigkeit Leistung Benzinmotor :

Drehmoment Elektromotor :

Leistungskurven

(19)

Toyota

Hybrid Synergy Drive ^®

Vergleich mit andern

Hybridsystemen

(20)

Die Systeme im Vergleich

• Seriehybrid

• Parallelhybrid

• HSD von Toyota

MG

Engine Inv

HV Ba ttery

12V TM

(21)

- Kühlmittel

- Heisse Abgase

CO ₂ Reduktion: Ansatzpunkte

Fahren Bremsen

- Bremsen

Kraft- stoff- energie

Antrieb

Wärmeverluste

(22)

CO ₂ Reduktion: Hybridtechnologie

Fahren Bremsen

Batterie

Batterie +

+

- -

Energie

Regenerierung

Batterie

Batterie +

+

- -

- Kühlmittel

- Heisse Abgase

- Mechanische Reibung - Luftwiderstand

- Rollwiderstand

- Bremsen

Kraft- stoff- energie

Antrieb

Wärmeverluste Wärme-

verluste

(23)

Haupt-

komponenten

(24)

Hauptkomponenten

Generator Verbrennungsmotor

Differential

HV Batterie

Inverter

Elektromotor Kraftverteilung

(Planetensatz)

HV Ba ttery MG1

MG2

Engine Inv

PS

12V

(25)

Hauptkomponenten

Verbrennungsmotor

• 1.5-l, 16-Ventile, DOHC VVT-i Atkinson-Zyklus, Benzinmotor (spezielle VVT-i Abstimmung)

• Hoher thermischer Wirkungsgrad

• Geringe interne Verluste

• „Engine of the Year 2004, 2005, 2006“

(26)

Hauptkomponenten

Toyota Hybrid Synergy Drive ^®

• Hybrid Antriebseinheit

• Arbeitet als CVT

(Constant Variable Transaxle)

• „clever gearbox „

• mit Kraftverteilung (Planetensatz)

– verbindet:

• Benzinmotor

• Generator

• Elektromotor und Räder

(27)

Hauptkomponenten

Toyota Hybrid Synergy Drive ^®

• Generator / Starter Benzinmotor

• Produziert Ladestrom für die HV Batterie

• Versorgt Elektromotor

• Startet Benzinmotor

• Steuert CVT Funktion

Generator

(28)

Hauptkomponenten

Toyota Hybrid Synergy Drive ^®

• Elektromotor / Generator

• Treibt Fahrzeug an

• Wandelt kinetische Energie in elektrischen Strom (verzögern)

• Max. Leistung: 50 kW

• Max. Drehmoment: 400 Nm !

• (maximales Drehmoment über grossen Bereich)

Elektromotor

(29)

Hauptkomponenten

Toyota Hybrid Synergy Drive ^®

• Kraftverteilung = Planentensatz (Herzstück des Systems)

• Verbindet Benzin- und Elektromotor

• Teilt die Kraft des Benzinmotors auf, zu:

– Räder – Generator

Kraftverteilung (Planetensatz)

MG1 MG2

Motor

Elektromotor

(MG2) Generator

(MG1)

(30)

Hauptkomponenten

Inverter Einheit

• Inverter:

– 201,6 V DC HV Batterie

→ AC Spannung

für Elektromotor und Generator

• Spannungswandler mit Verstärker:

– erhöht 201,6 V → 500 V für Elektromotor und Generator

• Inverter für Klimaanlage:

– 201,6 V DC → AC für elektrisch

betriebenen A/C Kompressor

(31)

Hauptkomponenten

HV Batterie

• Im Kofferraum hinter Rücksitzbank

• Trotzdem 410 l Kofferraumvolumen

• 201.6 V

• Geringe Selbstentladung

HV Batterie Einheit

1 Modul (6 Zellen)

1 Zelle

(1,2 V)

(32)

ECB (elektronisch gesteuertes Bremssystem)

Regenerative Bremskraftsteuerung

Hydraulische Bremskraftsteuerung

Brems- aktuator

VSC ECU

Fahrbedingung Bremspedaldruck

HV ECU

• ECB (Electrically Controlled Brake-System)

• Druck auf Bremspedal (elektrisches Signal):

– Hydraulikdruck + regenerative Bremskraft

(33)

• Kooperative Steuerung des regenrativen und hydraulischen Bremssystem

• ECB Aufteilung regenerative und hydraulische Bremskraft

Verlangte Bremskraft (Hauptbremszylinder Druck)

Zeit Brems-

kraft

Regenerative Bremskraft Hydraulische

Bremskraft

ECB (elektronisch gesteuertes Bremssystem)

(34)

Toyota Prius Fahrwerte

(35)

Beschleunigung (0 – 100 km/h in sec.)

10.6 9.9

10.7 10.8 10.8 10.8 10.9

11.2 11.2 11.2

13.4

NG Prius VW Passat 1.9 TDI (130 hp) Renault Laguna 1.9 dCi (120 hp) Renault Laguna 1,8 (120 hp) Opel Vectra 2.2 DTI (125 hp) Ford Mondeo 2.0 DTCi (115 hp) Ford Mondeo 1.8 (125 hp) NG Avensis D-4D (116 hp) VW Passat 2.0 (115 hp) Opel Vectra 1.8 (122 hp) CG Prius

(36)

Verbrauch (L / 100 km)

4.3 3.0

3.4

4.3 4.3

4.5 4.7

4.8 4.8

5.1 5.2

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

NG Prius VW Lupo 3L Sm art diesel Peugeot 206 eco 70 Audi A2 1.4 TDI Peugeot 307 1.4 HDI Opel Corsa 1.7 DTI Opel Astra ECO4 MB A-Class 160 CDI CG Prius VW Golf 1.9 TDI

* Target

(37)

CO ₂ Ausstoss ^{(g / km)}

104 88

90

115 116

119 120 120

126 127

138

NG Prius VW Lupo 3L Sm art diesel Peugeot 206 eco 70 Audi A2 1.4 TDI Opel Astra ECO4 CG Prius Peugeot 307 1.4 HDI Opel Corsa 1.7 DTI MB A-Class 160 CDI VW Golf 1.9 TDI

(38)

Abgaswerte New Prius und New Avensis

Kohlenmonoxid CO g/km

Kohlenwasserstoff HC g/km

Stickoxid Nox g/km

HC&Nox g/km

Avensis D4 2.0 0.49 0.07 0.02 N/A

Avensis D4 2.4 0.26 0.06 0.03 N/A

Avensis D4D 0.14 N/A 0.21 0.22

Prius I 0.63 0.05 0.05 N/A

Prius II 0.18 0.02 0.01 N/A

Grenzwerte Euro4Benzin 1.00 0.10 0.08 N/A

Grenzwerte Euro4Diesel 0.50 N/A 0.25 0.30

Emissionen

(39)

Der Prius stösst

aus, pro Jahr!

Im Vergleich zu einem 2.0 l -Diesel aus dem D-Segment.

Annahme: 20`000 Km pro Jahr.

1 Tonne weniger CO ₂

(40)

Umwelt-Strategie Toyota AG

Unterstützungsprogramme

32%

16%

14%

12%

10% 10%

7% 6% 6%

5%

2%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

NL B GR N IRL ES I F P UK S CH

National Regional

(41)

Toyota Hybrid Synergie Drive