Wir genossen unsere monatliche „Electric Vehicle Coffee, Cake and EVs“-Session in der Bracken Ridge Tavern in Brisbane, Queensland. Brian, ein neues Mitglied der Gruppe, erregte meine Aufmerksamkeit, indem er uns eine Geschichte darüber erzählte, wie er auf seiner Fahrt von Winton nach Charters Towers im Norden von Queensland ein Känguru angefahren hatte. Dann sagte er, er fahre einen Toyota Prius. Ich war jetzt wirklich neugierig. Als Ingenieur konnte er einige meiner Fragen dazu beantworten, warum Toyota den Sprung vom Hybrid-Elektrofahrzeug Prius zu batterieelektrischen Fahrzeugen nicht geschafft hat, und auch den Unterschied zwischen dem Fahren des Prius und seinem neuen Hyundai Ioniq BEV erklären. Das hat er mir gesagt:
Für einen Ingenieur war die ursprüngliche Entwicklung des Prius ein faszinierender Prozess, insbesondere das Zusammenspiel zwischen Technik und Geschäftsmodell. Toyota übergab das Design an ein Vorstandsmitglied, das ein brillanter Ingenieur war, und gab ihm einen Freibrief – Entwicklungsgelder spielten keine Rolle!! Es gab 3 Hauptbereiche, die individuell entwickelt werden mussten & dann optimal zusammenarbeiten:
1. Batterie und Batteriemanagementsystem (BMS). Batterien waren nicht Teil des Kompetenzpakets von Toyota, daher schlossen sie eine Vereinbarung mit Panasonic als Haupthersteller von Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH). Diese Chemie war der aktuelle „Stand der Technik“ in der Batteriechemie, und Logistik bei Rohstoffen war zu dieser Zeit kein Thema. Die erwartete Lebensdauer von Batterien mit 200–300 Zyklen war jedoch unzureichend, sodass ein BMS entwickelt werden musste, um diese wesentlich zu verlängern. Die zur Verlängerung der Batterielebensdauer verwendete Technik bestand darin, die Batterie in eine große Anzahl kleinerer Module aufzuteilen und mithilfe einer Computersteuerung sicherzustellen, dass der normale Betriebsladezustand im Bereich von 30 % bis 80 % blieb. Das heißt, kein Batteriemodul durfte überladen oder vollständig entladen werden.
2. Übertragung. Dazu mussten die Eigenschaften des Verbrennungsmotors (ICE) und der Elektromaschine komplementär kombiniert werden. Der ICE-Motor liefert hohe Energie und Drehmoment über einen engen Drehzahlbereich. Der Elektromotor liefert ein maximales Drehmoment bei Nulldrehzahl (ideal für schnelles Anfahren) und ermöglicht es, beim Bremsen Energie zurückzugewinnen und wieder in die Batterie einzuspeisen, wodurch der Gesamtenergieverbrauch gesenkt wird. Die Toyota-Lösung bestand darin, das elektronische stufenlose Getriebe (eCVT) zu entwickeln. Dies ist das einzige CVT ohne gleitende Teile, hat also eine Lebensdauer, die mit der eines Getriebes mit fester Übersetzung vergleichbar ist, und ist in dieser Hinsicht einzigartig. Toyota verband dies mit Patenten, so dass andere Hersteller gezwungen waren, andere (weniger effektive) Lösungen für das Getriebeproblem zu finden, was Toyota einen großen Wettbewerbsvorteil verschaffte. Einfach ausgedrückt war das eCVT ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis mit einem Eingang vom Verbrennungsmotor, einem Eingang/Ausgang vom Elektromotor/Generator und einem Ausgang/Eingang, der mit dem Rad/den Rädern verbunden war. Richtung und Anteile des Energieflusses wurden im Betrieb kontinuierlich per Computer gesteuert, um die Leistung zu optimieren.
3. ICE-Motor. Reine ICE-Fahrzeuge nutzen die Thermodynamischer Otto-Zyklus, die den breitesten nutzbaren Betriebsgeschwindigkeitsbereich hat. Hybriden verwenden im Allgemeinen die Atkinson-Zyklus, der viel effizienter ist, aber einen viel engeren Betriebsgeschwindigkeitsbereich hat. Beim ursprünglichen Prius hat Toyota die Größen und das Leistungsgewicht der drei Hauptkomponenten so optimiert, dass der Prius zum effizientesten People Mover auf der Straße wurde. Die Batterie war gerade groß genug, um ein regeneratives Brems- und Startdrehmoment bereitzustellen, gab jedoch nur eine minimale (oder keine) Reichweite „nur Batterie“. Es konnte auch nicht im ICE-Only-Modus betrieben werden (wie ich zu meinem Leidwesen feststellte, als die Batterie schließlich leer war und das Auto einer Berufsschule gespendet wurde).
Ich habe das Gefühl, dass dies zur Achillesferse des Prius wurde, da er sich nicht zu einem reinen Elektrofahrzeug entwickeln konnte, wenn die Technologie dies zuließ – oder sich sogar effizient zu einem Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) entwickeln konnte. Toyota argumentierte, dass das früheste Prius-Modell mit Verlust verkauft wurde und dass sie nur beim zweiten Modell die Gewinnschwelle erreichten. Der „Hybrid Synergy Drive“, der die Kombination aus eCVT und Leistungselektronik war, und Computersysteme konnten problemlos auf andere Automodelle (Corolla, Camry, RAV4 usw.) umgestellt werden, sodass dies Gewinnmitnahmen mit minimaler zusätzlicher Entwicklung ermöglichte.
Toyota hatte alle Eier auf den Hybrid-Korb gelegt, und als die Lithium-Batterie-Technologie schließlich dazu führte, dass das BEV die optimale Lösung wurde, hatte Toyota keinen Wettbewerbsvorteil. Reine Elektrofahrzeuge haben ein viel besser auf die Anforderungen abgestimmtes Startdrehmoment und einen viel besser nutzbaren regenerativen Energiebereich. (Letzteres ist mir besonders aufgefallen, als ich von Toowoomba nach unten in die Reichweite zurückkehrte – der Prius würde sehr schnell 100% Batteriekapazität erreichen und für den größten Teil des Laufs Reibungsbremsen erfordern. In der Ioniq-Batterie ist immer viel Platz.)
Ingenieur Brian mit seinem Ioniq BEV.
Aus Sicht eines Ingenieurs gefallen mir am BEV am besten:
- Null Emissionen. Ich lade zu Hause und zahle für rein erneuerbaren Strom extra (also können mir die Trolle keinen Kohlestrom vorwerfen). 1965 wurde ich erstmals auf die Problematik des CO2-Ausstoßes aufmerksam.
- Schlichtheit und Eleganz des Designs und das Fehlen beweglicher Teile. Dies bedeutet niedrige Wartungskosten.
- Ein-Pedal-Fahren bedeutet, dass ich die Bremsbeläge während der Lebensdauer des Autos wahrscheinlich nicht ersetzen werde. (Obwohl ich sie im Prius nur einmal in 400.000 km ersetzt habe.)
- Energieeffizienz. Auf einer langen Reise gebe ich tatsächlich mehr für Kaffee aus als für Energie!!
- Maximales Drehmoment bei Drehzahl Null. Selbst im ECO-Modus rutscht der EV an einem belebten Kreisverkehr in Lücken, die in einem ICE-Auto unmöglich wären.
- Stop-and-go-Fahren auf dem Bruce Highway zu Stoßzeiten hat zumindest den Trost, dass kaum Energie verbraucht wird – anders als beim ICE.
Ausgewähltes Bild: 1993 Toyota Prius, mit freundlicher Genehmigung von Toyota.
Schätzen Sie die Originalität und Berichterstattung über CleanTechnica von CleanTechnica? Erwägen Sie, Mitglied, Unterstützer, Techniker oder Botschafter von CleanTechnica zu werden – oder Gönner auf Patreon.
Sie möchten keine Cleantech-Story verpassen? Melden Sie sich an für tägliche Nachrichten-Updates von CleanTechnica auf E-Mail. Oder Folgen Sie uns auf Google News!
Sie haben einen Tipp für CleanTechnica, möchten werben oder einen Gast für unseren CleanTech Talk Podcast vorschlagen? Kontaktieren Sie uns hier.