Hybridfahrzeug - Hybrid vehicle

Das weltweit erste in Serie produzierte Hybridfahrzeug Toyota Prius NHW10 (1997–2000)

Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug , das zwei oder mehr verschiedene Arten von Energie verwendet, z. B. U-Boote, die Diesel beim Auftauchen und Batterien beim Untertauchen verwenden. Andere Mittel zum Speichern von Energie umfassen unter Druck stehende Flüssigkeit in hydraulischen Hybriden .

Das Grundprinzip bei Hybridfahrzeugen ist, dass die verschiedenen Motoren bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten besser arbeiten; der Elektromotor ist effizienter bei der Erzeugung von Drehmoment oder Drehleistung, und der Verbrennungsmotor ist besser zum Aufrechterhalten einer hohen Geschwindigkeit (besser als ein typischer Elektromotor). Das rechtzeitige Umschalten von einem zum anderen bei gleichzeitiger Beschleunigung bringt eine Win-Win-Situation in Bezug auf die Energieeffizienz , die sich beispielsweise in einer höheren Kraftstoffeffizienz niederschlägt .

Fahrzeugtyp

Zweiräder und Zweiradfahrzeuge

Mopeds , Elektrofahrräder und sogar Elektro-Tretroller sind eine einfache Form eines Hybrids, der von einem Verbrennungsmotor oder Elektromotor und den Muskeln des Fahrers angetrieben wird . Frühe Prototypen von Motorrädern im späten 19. Jahrhundert verwendeten das gleiche Prinzip.

  • Bei einem Parallel-Hybrid-Fahrrad werden Mensch- und Motormomente am Pedal oder einem der Räder mechanisch gekoppelt, zB über einen Nabenmotor, eine auf einen Reifen drückende Rolle oder eine Radanbindung über ein Übertragungselement. Die meisten motorisierten Fahrräder , Mopeds sind von diesem Typ.
  • Bei einem Serien-Hybrid-Fahrrad ( SHB ) (eine Art kettenloses Fahrrad ) tritt der Benutzer einen Generator in die Pedale, lädt eine Batterie oder speist den Motor, der das gesamte erforderliche Drehmoment liefert. Sie sind im Handel erhältlich, da sie in Theorie und Herstellung einfach sind.

Der erste veröffentlichte Prototyp eines SHB stammt von Augustus Kinzel (US-Patent 3'884'317) im Jahr 1975. 1994 konzipierte Bernie Macdonalds den Electrilite SHB mit Leistungselektronik, die regeneratives Bremsen und Treten im Stand ermöglicht. 1995 entwarf und baute Thomas Müller für seine Diplomarbeit 1995 ein "Fahrrad mit elektromagnetischem Antrieb". 1996 bauten Jürg Blatter und Andreas Fuchs von der Berner Fachhochschule ein SHB und modifizierten 1998 ein Leitra- Dreirad (Europäisches Patent EP 1165188). Bis 2005 bauten sie mehrere Prototypen von SH - Drei - und Vierrädern . 1999 beschrieb Harald Kutzke ein „aktives Fahrrad“: Ziel ist es, sich durch elektronische Kompensation dem idealen, gewichts- und widerstandsfreien Fahrrad anzunähern.

  • Ein serielles Hybrid-Elektro-Petroleum-Fahrrad ( SHEPB ) wird durch Pedale, Batterien, einen Benzingenerator oder ein Plug-in-Ladegerät angetrieben und bietet Flexibilität und Reichweitenverbesserungen gegenüber reinen Elektrofahrrädern.

Ein SHEPB-Prototyp, der 2014 von David Kitson in Australien hergestellt wurde, verwendete einen leichten bürstenlosen Gleichstrom-Elektromotor aus einer Luftdrohne und einen kleinen Verbrennungsmotor in Handwerkzeuggröße sowie ein 3D-gedrucktes Antriebssystem und ein leichtes Gehäuse mit einem Gesamtgewicht von weniger als 4,5 kg. Aktive Kühlung verhindert das Erweichen von Kunststoffteilen. Der Prototyp verwendet einen normalen Ladeanschluss für Elektrofahrräder.

Schweres Fahrzeug

Busschnellbahn von Metz , ein dieselelektrisches Hybridfahrsystem von Van Hool

Hybridantriebsstrang verwendet dieselelektrischen oder Turbo-elektrische Macht Lokomotiven, Busse, Lastkraftwagen, mobile hydraulische Maschinen und Schiffe. Ein Diesel- / Turbinenmotor treibt einen Elektrogenerator oder eine Hydraulikpumpe an, die Elektro-/Hydraulikmotoren antreibt – streng genommen ein Elektro-/Hydraulikgetriebe (kein Hybrid), es sei denn, es kann Strom von außen aufnehmen. Bei großen Fahrzeugen nehmen die Umwandlungsverluste ab und die Vorteile der Energieverteilung durch Drähte oder Rohre anstelle von mechanischen Elementen werden deutlicher, insbesondere wenn mehrere Antriebe angetrieben werden – z. B. angetriebene Räder oder Propeller. Bis vor kurzem verfügten die meisten schweren Fahrzeuge über wenig sekundäre Energiespeicher, zB Batterien/ Hydraulikspeicher – mit Ausnahme von nicht-nuklearen U - Booten , einem der ältesten Serienhybriden, die beim Auftauchen mit Diesel und beim Untertauchen mit Batterien betrieben werden. Sowohl Serien- als auch Parallel-Setups wurden in U-Booten aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs verwendet.

Bahntransport

Europa
Der neue Autorail à grande capacité (AGC oder Hochleistungstriebwagen), der von der kanadischen Firma Bombardier für den Dienst in Frankreich gebaut wird, besteht aus Diesel-/Elektromotoren mit 1500 oder 25000 V auf verschiedenen Schienensystemen. Es wurde in Rotterdam, Niederlande, mit Railfeeding, einem Unternehmen von Genesee & Wyoming, getestet .

China
Die erste Hybrid-Evaluierungslokomotive wurde 1999 vom Eisenbahnforschungszentrum Matrai entworfen und im Jahr 2000 gebaut. Es war eine EMD G12- Lokomotive, die mit Batterien, einem 200-kW-Dieselgenerator und 4 Wechselstrommotoren aufgerüstet wurde.

Japan
Japans erster Hybridzug mit großem Energiespeicher ist der KiHa E200 mit auf dem Dach montierten Lithium-Ionen-Batterien .

India
Indian Railway hat im Januar 2015 einen seiner Art CNG- Diesel-Hybrid-Züge auf den Markt gebracht. Der Zug verfügt über einen 1400 PS starken Motor, der Begasungstechnologie verwendet. Der erste dieser Züge soll auf der 81 km langen Strecke Rewari-Rohtak verkehren. CNG ist eine schadstoffärmere Alternative zu Diesel und Benzin und ist in Indien als alternativer Kraftstoff beliebt. Viele Transportfahrzeuge wie Autorikschas und Busse fahren bereits mit CNG-Kraftstoff.

Nordamerika
In den USA stellte General Electric eine Lokomotive mit Natrium-Nickelchlorid (Na-NiCl 2 )-Batteriespeicher her. Sie erwarten einen Kraftstoffverbrauch von ≥10 %.

Variant Diesel - elektrische Lokomotive gehören die Grüne Ziege (GG) und Grün Kid (GK) Schalt- / Yard - Motoren gebaut von Kanadas Railpower Technologies , mit Blei - Säure (PBA) Batterien und 1000-2000 PS starken Elektromotoren und ein neues sauber verbrenne ~ 160 PS-Dieselgenerator. Für den Leerlauf wird kein Kraftstoff verschwendet – etwa 60–85 % der Zeit bei diesen Lokomotiven. Es ist unklar, ob regeneratives Bremsen verwendet wird; aber im Prinzip ist es leicht zu verwenden.

Da diese Motoren in der Regel ohnehin zusätzliches Gewicht für Traktionszwecke benötigen, ist das Gewicht des Batteriepakets ein vernachlässigbarer Nachteil. Der Dieselgenerator und die Batterien sind normalerweise auf dem Rahmen einer bestehenden "ausrangierten" "Hof"-Lokomotive aufgebaut. Die vorhandenen Motoren und Fahrwerke werden alle umgebaut und wiederverwendet. Kraftstoffeinsparungen von 40–60 % und bis zu 80 % Schadstoffreduzierung werden gegenüber einer „typischen“ älteren Rangierlokomotive behauptet. Die Vorteile von Hybridfahrzeugen bei häufigem Anfahren und Stoppen sowie bei Stillstandszeiten gelten für den typischen Rangierbahneinsatz. "Green Goat"-Lokomotiven wurden unter anderem von Canadian Pacific , BNSF , Kansas City Southern Railway und Union Pacific gekauft .

Kräne

Die Ingenieure von Railpower Technologies, die mit TSI Terminal Systems arbeiten, testen ein hybrides dieselelektrisches Antriebsaggregat mit Batteriespeicher für den Einsatz in Rubber Tyred Gantry (RTG) -Kranen . RTG-Krane werden typischerweise zum Be- und Entladen von Schiffscontainern auf Züge oder LKWs in Häfen und Containerlagerplätzen verwendet. Die zum Heben der Container aufgewendete Energie kann beim Absenken teilweise zurückgewonnen werden. Dieselkraftstoff- und Emissionsreduktionen von 50–70% werden von Railpower-Ingenieuren vorhergesagt. Die ersten Systeme sollen 2007 in Betrieb gehen.

Straßentransport, Nutzfahrzeuge

GMC Yukon Hybridversion

Hybridsysteme kommen bei Lkw, Bussen und anderen schweren Straßenfahrzeugen zum Einsatz. Kleine Flottengrößen und Installationskosten werden durch Kraftstoffeinsparungen ausgeglichen, mit Fortschritten wie höherer Kapazität, niedrigeren Batteriekosten usw. Toyota, Ford, GM und andere führen Hybrid-Pickups und SUVs ein. Kenworth Truck Company hat kürzlich den Kenworth T270 Class 6 vorgestellt, der für den Stadtverkehr konkurrenzfähig zu sein scheint. FedEx und andere investieren in hybride Lieferfahrzeuge – insbesondere für den Stadtverkehr, wo sich Hybridtechnologie zuerst auszahlen kann. Ab Dezember 2013 testet FedEx zwei Lieferwagen mit Wrightspeed-Elektromotoren und Dieselgeneratoren; die Nachrüstsätze sollen sich in wenigen Jahren amortisieren. Die Dieselmotoren laufen mit konstanter Drehzahl für höchste Effizienz.

1978 bauten Studenten in Minneapolis, dem Hennepin Vocational Technical Center in Minnesota, einen Volkswagen Käfer zu einem petrohydraulischen Hybrid mit Standardkomponenten um. Ein mit 32 mpg bewertetes Auto gab 75 mpg mit dem 60-PS-Motor zurück, der durch einen 16-PS-Motor ersetzt wurde, und erreichte 70 mph.

In den 1990er Jahren entwickelten Ingenieure des National Vehicle and Fuel Emissions Laboratory der EPA einen petrohydraulischen Antriebsstrang für eine typische amerikanische Limousine. Der Testwagen erreichte bei kombinierten EPA-Stadt-/Autobahnfahrzyklen über 80 mpg. Die Beschleunigung betrug 0-60 mph in 8 Sekunden mit einem 1,9-Liter-Dieselmotor. Es wurden keine leichten Materialien verwendet. Die EPA schätzte, dass die Hydraulikkomponenten, die in großen Mengen produziert werden, die Kosten nur um 700 US-Dollar erhöhen würden. Unter EPA-Tests gab ein hydraulischer Hybrid Ford Expedition 32 mpg (7,4 L/100 km) Stadt und 22 mpg (11 L/100 km) Autobahn zurück. UPS hat derzeit zwei LKWs im Einsatz, die diese Technologie verwenden.

Militärische Geländefahrzeuge

Seit 1985 testet das US-Militär serielle Hybrid- Humvees und hat festgestellt, dass sie eine schnellere Beschleunigung, einen Stealth- Modus mit geringer thermischer Signatur , einen nahezu geräuschlosen Betrieb und einen höheren Kraftstoffverbrauch bieten.

Schiffe

Schiffe mit mastmontierten Segeln und Dampfmaschinen waren eine frühe Form eines Hybridfahrzeugs. Ein weiteres Beispiel ist das dieselelektrische U - Boot . Dies wird unter Wasser mit Batterien betrieben und die Batterien können durch den Dieselmotor aufgeladen werden , wenn das Boot an der Oberfläche ist.

Neuere hybride Schiffsantriebssysteme umfassen große Zugdrachen, die von Unternehmen wie SkySails hergestellt werden . Zugdrachen können in Höhen fliegen, die um ein Vielfaches höher sind als die der höchsten Schiffsmasten, und fangen stärkere und gleichmäßigere Winde ein.

Flugzeug

Das Boeing Fuel Cell Demonstrator Airplane verfügt über ein Proton Exchange Membrane (PEM)-Brennstoffzellen-Lithium-Ionen-Batterie-Hybridsystem zum Antrieb eines Elektromotors, der mit einem herkömmlichen Propeller gekoppelt ist. Die Brennstoffzelle liefert die gesamte Energie für die Reiseflugphase. Beim Start und Steigflug, dem leistungsstärksten Flugsegment, greift das System auf leichte Lithium-Ionen-Batterien zurück.

Bei dem Vorführflugzeug handelt es sich um einen Dimona Motorsegler, gebaut von Diamond Aircraft Industries of Austria, der auch bauliche Veränderungen am Flugzeug vornahm. Mit einer Spannweite von 16,3 Metern (53 Fuß) wird das Flugzeug mit Energie aus der Brennstoffzelle mit etwa 100 km/h (62 mph) fliegen können.

Hybrid FanWings wurden entwickelt. Ein FanWing wird von zwei Triebwerken mit der Fähigkeit erstellt, sich wie ein Hubschrauber automatisch zu drehen und zu landen.

Motortyp

Hybrid-Elektro-Benzin-Fahrzeuge

Hybrid Optare Solo

Wenn der Begriff Hybridfahrzeug verwendet wird, bezieht er sich meistens auf ein Hybrid-Elektrofahrzeug . Dazu gehören Fahrzeuge wie Saturn Vue , Toyota Prius , Toyota Yaris , Toyota Camry Hybrid , Ford Escape Hybrid , Ford Fusion Hybrid , Toyota Highlander Hybrid , Honda Insight , Honda Civic Hybrid , Lexus RX 400h und 450h , Hyundai Ioniq und andere . Ein Erdöl-Elektro-Hybrid verwendet am häufigsten Verbrennungsmotoren (unter Verwendung einer Vielzahl von Kraftstoffen, im Allgemeinen Benzin- oder Dieselmotoren ) und Elektromotoren , um das Fahrzeug anzutreiben . Die Energie wird im Kraftstoff des Verbrennungsmotors und eines elektrischen Batteriesatzes gespeichert . Es gibt viele Arten von erdölelektrischen Hybridantriebssträngen , vom Vollhybrid bis zum Mildhybrid , die unterschiedliche Vor- und Nachteile bieten.

William H. Patton reichte Anfang 1889 eine Patentanmeldung für ein benzinelektrisches Hybrid-Triebwagen-Antriebssystem und Mitte 1889 für ein ähnliches Hybrid-Bootsantriebssystem ein. Es gibt keinen Beweis dafür, dass sein Hybridboot Erfolg hatte, aber er einen Prototyp Hybrid gebaut Straßenbahn und eine kleine verkauft Hybrid - Lokomotive .

1899 entwickelte Henri Pieper das weltweit erste petroelektrische Hybridauto . 1900 entwickelte Ferdinand Porsche einen Serien-Hybrid mit zwei Motor-in-Rad-Naben-Anordnungen mit einem Verbrennungsmotor-Generatorsatz, der den elektrischen Strom lieferte; Porsches Hybrid stellte Zwei-Gang-Rekorde auf. Während Flüssigkraftstoff/Elektro-Hybride aus dem späten 19. Jahrhundert stammen, wurde der bremsende regenerative Hybrid von 1978 bis 1979 von David Arthurs, einem Elektroingenieur aus Springdale, Arkansas, erfunden. Es wurde berichtet, dass sein zu Hause umgebauter Opel GT bis zu 75 mpg mit Plänen zurückgibt, die noch an dieses ursprüngliche Design verkauft werden, und die modifizierte Version "Mother Earth News" auf ihrer Website.

Das Plug-in-Elektrofahrzeug (PEV) wird immer häufiger. Es hat die Reichweite, die an Orten benötigt wird, an denen es große Lücken ohne Dienste gibt. Die Batterien können zum Aufladen am Hausstrom (Netz) angeschlossen werden und auch bei laufendem Motor geladen werden.

Kontinuierlich extern aufgeladenes Elektrofahrzeug

Einige batterieelektrische Fahrzeuge können während der Fahrt aufgeladen werden. Ein solches Fahrzeug stellt über ein angebrachtes Leitrad oder andere ähnliche Mechanismen Kontakt zu einer elektrifizierten Schiene, Platte oder Oberleitung auf der Autobahn her (siehe Leitungsstromabnahme ). Die Batterien des Fahrzeugs werden durch diesen Vorgang – auf der Autobahn – wieder aufgeladen und können dann auf anderen Straßen normal genutzt werden, bis die Batterie entladen ist. Beispielsweise sind einige der batterieelektrischen Lokomotiven, die für Wartungszüge der Londoner U-Bahn eingesetzt werden, für diese Betriebsart geeignet.

Der Aufbau einer Infrastruktur für batterieelektrische Fahrzeuge würde den Vorteil einer nahezu uneingeschränkten Reichweite auf Autobahnen bieten. Da sich viele Ziele im Umkreis von 100 km von einer großen Autobahn befinden, könnte diese Technologie den Bedarf an teuren Batteriesystemen reduzieren. Die private Nutzung der bestehenden elektrischen Anlage ist jedoch fast durchgängig untersagt. Außerdem ist die Technologie für solche elektrische Infrastruktur weitgehend veraltet und außerhalb einiger Städte nicht weit verbreitet (siehe Conduit Stromsammlung , Straßenbahn , elektrische Eisenbahn , Trolleys , dritte Schiene ). Die Aktualisierung der erforderlichen Strom- und Infrastrukturkosten könnte möglicherweise durch Mauteinnahmen oder durch spezielle Transportsteuern finanziert werden.

Hybridkraftstoff (Dual-Modus)

Zusätzlich zu Fahrzeugen, die zwei oder mehr unterschiedliche Antriebsvorrichtungen verwenden , betrachten einige auch Fahrzeuge, die unterschiedliche Energiequellen oder Eingangsarten (" Kraftstoffe ") verwenden, die denselben Motor verwenden, als Hybride, obwohl, um Verwechslungen mit Hybriden wie oben beschrieben zu vermeiden und zu Verwenden Sie die Begriffe richtig, diese werden vielleicht richtiger als Dual-Mode- Fahrzeuge beschrieben:

  • Einige Elektro-Trolleybusse können je nach Bedingungen zwischen einem bordeigenen Dieselmotor und einem elektrischen Oberleitungsantrieb wechseln (siehe Dual-Mode-Bus ). Im Prinzip könnte dies mit einem Batterie-Subsystem zu einem echten Plug-in-Hybrid-Trolley kombiniert werden, obwohl ab 2006 noch kein solches Design angekündigt zu sein scheint.
  • Flexible-Fuel-Fahrzeuge können eine Mischung aus Eingangskraftstoffen in einem Tank verwenden – typischerweise Benzin und Ethanol , Methanol oder Biobutanol .
  • Bi-Fuel-Fahrzeug : Flüssiggas und Erdgas unterscheiden sich stark von Erdöl oder Diesel und können nicht in denselben Tanks verwendet werden, daher wäre es eine Herausforderung, ein flexibles Kraftstoffsystem (LPG oder NG) aufzubauen. Stattdessen werden Fahrzeuge mit zwei parallelen Kraftstoffsystemen gebaut, die einen Motor speisen. Einige Chevrolet Silverado 2500 HD können beispielsweise mühelos zwischen Erdöl und Erdgas wechseln und bieten eine Reichweite von über 1000 km (650 Meilen). Während die doppelten Tanks in einigen Anwendungen Platz kosten, können die größere Reichweite, die geringeren Kraftstoffkosten und die Flexibilität bei unvollständiger LPG- oder CNG- Infrastruktur ein wesentlicher Kaufanreiz sein. Die US-Erdgasinfrastruktur ist zwar teilweise unvollständig, nimmt jedoch zu und verfügte 2013 über 2600 CNG- Tankstellen. Steigende Benzinpreise können die Verbraucher dazu bringen, diese Fahrzeuge zu kaufen. Im Jahr 2013, als die Gaspreise bei etwa 1,1 US-Dollar pro Liter (4,0 US-Dollar pro US-Gallone) gehandelt wurden, lag der Benzinpreis bei 95,5 US-Dollar pro Megawattstunde (28,00 US-Dollar pro Million britischer thermischer Einheiten ), verglichen mit 13,6 US-Dollar pro MWh (4,00 US-Dollar pro Million britischer) Wärmeeinheiten). Auf einer Energieeinheit-Vergleichsbasis ist Erdgas damit deutlich günstiger als Benzin.
  • Einige Fahrzeuge wurden modifiziert, um eine andere Kraftstoffquelle zu verwenden, wenn diese verfügbar ist, wie z. B. Autos, die für den Betrieb mit Autogas (LPG) modifiziert wurden, und Diesel, die für den Betrieb mit Abfallpflanzenöl modifiziert wurden , das nicht zu Biodiesel verarbeitet wurde.
  • Servomechanismen für Fahrräder und andere von Menschen angetriebene Fahrzeuge sind ebenfalls enthalten (siehe Motorisiertes Fahrrad ).

Fluidtechnik-Hybrid

Chrysler Minivan, petrohydraulischer Hybrid
Mit Tata . entwickeltes französisches MDI-Petro-Air-Hybridauto

Hydraulische Hybrid- und pneumatische Hybridfahrzeuge verwenden einen Motor oder regeneratives Bremsen (oder beides), um einen Druckspeicher aufzuladen, um die Räder über hydraulische (Flüssigkeit) oder pneumatische (Druckgas) Antriebseinheiten anzutreiben. In den meisten Fällen ist der Motor vom Antriebsstrang abgekoppelt und dient allein der Aufladung des Energiespeichers. Die Übertragung ist nahtlos. Durch regeneratives Bremsen kann ein Teil der zugeführten Antriebsenergie wieder in den Akkumulator zurückgespeist werden.

Petro-Luft-Hybrid

Ein französisches Unternehmen, MDI , hat Modelle eines Autos mit Petro-Luft-Hybridmotor entwickelt und betreibt es. Das System verwendet keine Luftmotoren zum Antrieb des Fahrzeugs, sondern wird direkt von einem Hybridmotor angetrieben. Der Motor verwendet ein Gemisch aus Druckluft und Benzin, das in die Zylinder eingespritzt wird. Ein wesentlicher Aspekt des Hybridmotors ist die „aktive Kammer“, die ein Fach ist, das Luft über Kraftstoff erwärmt und die Energieabgabe verdoppelt. Tata Motors of India bewertete die Designphase bis hin zur vollständigen Produktion für den indischen Markt und ging in die „vollendete Detailentwicklung des Druckluftmotors für spezifische Fahrzeug- und stationäre Anwendungen“.

Petro-hydraulischer Hybrid

Peugeot 2008 HYbrid Luft-/Hydraulik-Konzeptfahrzeug
Peugeot 2008 HYbrid Luft/Hydraulik Cutaway

Petrohydraulische Konfigurationen sind seit Jahrzehnten in Zügen und schweren Fahrzeugen üblich. Die Autoindustrie hat sich kürzlich auf diese Hybridkonfiguration konzentriert, da sie jetzt vielversprechend für die Einführung in kleinere Fahrzeuge ist.

In petro hydraulischen Hybriden, die Energierückgewinnung ist Rate hoch ist und daher das System effizienter als elektrische Batterie Hybriden aufgeladen die aktuelle elektrische Batterie - Technologie, eine 60% bis 70% ige Erhöhung der Demonstration Energieeinsparung in der US Environmental Protection Agency (EPA) testen. Der Lademotor muss nur für den durchschnittlichen Einsatz mit Beschleunigungsstößen ausgelegt werden, wobei die gespeicherte Energie im Hydrospeicher genutzt wird, der im energiesparenden Fahrzeugbetrieb geladen wird. Der Lademotor läuft mit optimaler Geschwindigkeit und Last für Effizienz und Langlebigkeit. Im Rahmen von Tests der US-Umweltschutzbehörde (EPA) lieferte ein hydraulischer Hybrid Ford Expedition 32 Meilen pro US-Gallone (7,4 l/100 km; 38 mpg- imp ) Stadt und 22 Meilen pro US-Gallone (11 l/100 km .). ; 26 mpg ‑imp ) Autobahn. UPS hat derzeit zwei LKWs im Einsatz, die diese Technologie verwenden.

Obwohl die petrohydraulische Hybridtechnologie seit Jahrzehnten bekannt ist und in Zügen sowie sehr großen Baufahrzeugen eingesetzt wird, schlossen die hohen Kosten der Ausrüstung die Systeme von leichteren Lkw und Pkw aus. Im modernen Sinne, ein Experiment , um die Lebensfähigkeit der kleinen petro hydraulischen Hybrid - Straßenfahrzeuge im Jahr 1978. Eine Gruppe von Studenten in Minneapolis, Minnesota Hennepin Vocational Technical Center bewiesen, umgerechnet ein Volkswagen Beetle Auto als petro hydraulischen Hybrid läuft mit off- die Regalkomponenten. Ein Auto mit 32 mpg- US (7,4 l/100 km; 38 mpg- imp ) gab 75 mpg- US (3,1 l/100 km; 90 mpg- imp ) zurück, wobei der 60-PS-Motor durch einen 16-PS-Motor ersetzt wurde. Das Versuchsauto erreichte 70 mph (110 km/h).

In den 1990er Jahren gelang es einem Team von Ingenieuren des National Vehicle and Fuel Emissions Laboratory der EPA, einen revolutionären Typ eines petrohydraulischen Hybridantriebsstrangs zu entwickeln, der eine typische amerikanische Limousine antreiben würde. Der Testwagen erreichte bei kombinierten EPA-Stadt-/Autobahn-Fahrzyklen über 80 mpg. Die Beschleunigung betrug 0-60 Meilen pro Stunde in 8 Sekunden mit einem 1,9-Liter-Dieselmotor. Es wurden keine leichten Materialien verwendet. Die EPA schätzte, dass die in großen Mengen produzierten Hydraulikkomponenten die Grundkosten des Fahrzeugs nur um 700 US-Dollar erhöhen würden.

Das petrohydraulische Hybridsystem hat einen schnelleren und effizienteren Lade-/Entladezyklus als petroelektrische Hybride und ist zudem kostengünstiger zu bauen. Die Größe des Akkumulatorbehälters bestimmt die Gesamtenergiespeicherkapazität und benötigt möglicherweise mehr Platz als ein elektrischer Batteriesatz. Jeglicher Fahrzeugraum, der von einem größeren Akkumulatorbehälter verbraucht wird, kann durch die Notwendigkeit eines kleineren Lademotors in PS und physischer Größe ausgeglichen werden.

In großen Konzernen und kleinen Unternehmen wird geforscht. Der Fokus hat sich nun auf kleinere Fahrzeuge verlagert. Die Systemkomponenten waren teuer, was den Einbau in kleinere Lastwagen und Pkw ausschloss. Ein Nachteil war, dass die Antriebsmotoren bei Teillast nicht effizient genug waren. Einem britischen Unternehmen (Artemis Intelligent Power) gelang mit der Einführung eines elektronisch gesteuerten Hydraulikmotors/-pumpe, dem Digital Displacement® Motor/Pumpe, ein Durchbruch. Die Pumpe ist in allen Drehzahlbereichen und Lasten hocheffizient und ermöglicht kleine Anwendungen von petrohydraulischen Hybriden. Das Unternehmen baute ein BMW-Auto als Prüfstand um, um die Lebensfähigkeit zu beweisen. Der BMW 530i gab im Vergleich zum Standardauto doppelt so viel MPG im Stadtverkehr. Bei diesem Test wurde der Standardmotor mit 3.000 ccm verwendet, mit einem kleineren Motor wären die Zahlen beeindruckender gewesen. Das Design von petrohydraulischen Hybriden mit gut dimensionierten Akkumulatoren ermöglicht die Verkleinerung eines Motors auf den durchschnittlichen Stromverbrauch, nicht auf den Spitzenstromverbrauch. Die Spitzenleistung wird durch die im Akku gespeicherte Energie bereitgestellt. Ein kleinerer, effizienterer Motor mit konstanter Drehzahl reduziert das Gewicht und schafft Platz für einen größeren Akkumulator.

Aktuelle Fahrzeugkarosserien sind um die Mechanik bestehender Motor/Getriebe-Setups herum konstruiert. Es ist restriktiv und alles andere als ideal, petrohydraulische Mechaniken in bestehende Karosserien einzubauen, die nicht für hydraulische Einrichtungen ausgelegt sind. Ziel eines Forschungsprojekts ist es, ein neues Auto im Blank-Papier-Design zu schaffen, um die Unterbringung von petrohydraulischen Hybridkomponenten im Fahrzeug zu maximieren. Alle sperrigen Hydraulikkomponenten sind in das Fahrgestell des Autos integriert. Ein Design hat behauptet, in Tests 130 mpg zurückzugeben, indem ein großer hydraulischer Akkumulator verwendet wurde, der auch das strukturelle Chassis des Autos ist. Die kleinen hydraulischen Antriebsmotoren sind in die Radnaben integriert und treiben die Räder an und kehren um, um kinetische Bremsenergie zurückzugewinnen. Die Nabenmotoren machen Reibungsbremsen, mechanische Getriebe, Antriebswellen und U-Gelenke überflüssig, wodurch Kosten und Gewicht reduziert werden. In Nutzfahrzeugen wird ein hydrostatischer Antrieb ohne Reibungsbremsen eingesetzt. Das Ziel sind 170 mpg unter durchschnittlichen Fahrbedingungen. Die von Stoßdämpfern erzeugte Energie und kinetische Bremsenergie, die normalerweise verschwendet würde, helfen beim Laden des Akkumulators. Ein kleiner, mit fossilen Brennstoffen betriebener Kolbenmotor, der für eine durchschnittliche Leistungsaufnahme ausgelegt ist, lädt den Akkumulator. Der Akku ist so dimensioniert, dass er das Auto bei voller Ladung 15 Minuten lang laufen lässt. Das Ziel ist ein voll aufgeladener Akku, der mit Allradantrieb eine Beschleunigung von 0-60 mph von unter 5 Sekunden erreicht.

Im Januar 2011 gab der Branchenriese Chrysler eine Partnerschaft mit der US-Umweltschutzbehörde EPA bekannt, um einen experimentellen petrohydraulischen Hybridantriebsstrang zu entwickeln und zu entwickeln, der für den Einsatz in großen Personenkraftwagen geeignet ist. Im Jahr 2012 wurde ein bestehender Serien-Minivan zur Begutachtung an den neuen hydraulischen Antriebsstrang angepasst.

PSA Peugeot Citroën stellte auf dem Genfer Autosalon 2013 einen experimentellen „Hybrid Air“-Motor aus . Das Fahrzeug verwendet Stickstoffgas, das durch Energie aus dem Bremsen oder Verzögern komprimiert wird, um einen hydraulischen Antrieb anzutreiben, der die Leistung seines herkömmlichen Benzinmotors ergänzt. Die hydraulischen und elektronischen Komponenten wurden von der Robert Bosch GmbH geliefert . Die Laufleistung wurde im Euro-Testzyklus auf etwa 118 mpg ‑US (2 l/100 km; 142 mpg ‑imp ) geschätzt, wenn er in eine Citroën C3- Karosserie eingebaut wurde . PSA Obwohl das Auto serienreif war und die behaupteten Ergebnisse nachweislich und machbar waren, konnte Peugeot Citroën keinen großen Hersteller gewinnen, um die hohen Entwicklungskosten zu teilen und das Projekt auf Eis zu legen, bis eine Partnerschaft vereinbart werden kann.

Elektro-Mensch-Hybridfahrzeug

Eine andere Form eines Hybridfahrzeugs sind die vom Menschen angetriebenen Elektrofahrzeuge. Dazu gehören Fahrzeuge wie Sinclair C5 , Twike , Elektrofahrräder , Elektro-Skateboards sowie Elektro-Motorräder und -Roller

Antriebsstrangkonfigurationen für Hybridfahrzeuge

Parallelhybrid

Ford Escape Hybrid , mit einem serienparallelen Antriebsstrang

Bei einem Parallelhybridfahrzeug sind ein Elektromotor und ein Verbrennungsmotor so gekoppelt, dass sie das Fahrzeug entweder einzeln oder zusammen antreiben können. Am häufigsten werden der Verbrennungsmotor, der Elektromotor und das Getriebe durch automatisch gesteuerte Kupplungen gekoppelt. Beim elektrischen Fahren ist die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor geöffnet, während die Kupplung zum Getriebe geschlossen ist. Im Verbrennungsmodus laufen Motor und Motor mit der gleichen Drehzahl.

Der erste außerhalb Japans verkaufte Parallelhybrid in Massenproduktion war der Honda Insight der ersten Generation .

Milder Parallelhybrid

Diese Typen verwenden einen im Allgemeinen kompakten Elektromotor (normalerweise <20 kW), um Auto-Stopp- / Startfunktionen bereitzustellen und während der Beschleunigung zusätzliche Kraftunterstützung bereitzustellen und in der Verzögerungsphase (auch als regeneratives Bremsen bezeichnet ) zu erzeugen .

Beispiele für den Straßenverkehr sind Honda Civic Hybrid , Honda Insight 2. Generation, Honda CR-Z , Honda Accord Hybrid , Mercedes Benz S400 BlueHYBRID , BMW 7er Hybrids, General Motors BAS Hybrids , Suzuki S-Cross , Suzuki Wagon R und Smart fortwo mit Micro-Hybrid-Antrieb.

Leistungsverzweigter oder seriell-paralleler Hybrid

In einem leistungsverzweigten Hybrid-Elektroantriebsstrang gibt es zwei Motoren: einen Traktions-Elektromotor und einen Verbrennungsmotor. Die Leistung dieser beiden Motoren kann geteilt werden, um die Räder über eine Leistungsverzweigungsvorrichtung anzutreiben, bei der es sich um ein einfaches Planetengetriebe handelt . Das Verhältnis kann von 100 % für den Verbrennungsmotor bis 100 % für den Traktions-Elektromotor oder alles dazwischen reichen. Der Verbrennungsmotor kann als Generator fungieren, der die Batterien auflädt.

Moderne Versionen wie der Toyota Hybrid Synergy Drive verfügen über einen zweiten Elektromotor/Generator, der mit dem Planetengetriebe verbunden ist. In Zusammenwirkung mit dem Fahrmotor/Generator und der Leistungsverzweigungsvorrichtung stellt dies ein stufenloses Getriebe bereit.

Auf offener Straße ist die Hauptantriebsquelle der Verbrennungsmotor. Wenn maximale Leistung benötigt wird, zum Beispiel beim Überholen, wird der Fahr-Elektromotor zur Unterstützung eingesetzt. Dadurch wird die verfügbare Leistung für einen kurzen Zeitraum erhöht, was den Effekt eines größeren Motors ergibt, als tatsächlich installiert ist. Bei den meisten Anwendungen wird der Verbrennungsmotor bei langsamer Fahrt oder im Stillstand abgeschaltet, wodurch die Emissionen am Straßenrand reduziert werden.

Zu den Pkw-Installationen gehören Toyota Prius , Ford Escape und Fusion sowie Lexus RX 400h, RX450h, GS450h, LS600h und CT200h.

Serienhybrid

Chevrolet Volt , ein Plug-in- Serienhybrid , auch Elektrofahrzeug mit verlängerter Reichweite ( EREV ) genannt

Ein Serien- oder Serien-Hybrid-Fahrzeug wird von einem Elektromotor angetrieben, der bei ausreichender Energieversorgung des Batteriepakets als Elektrofahrzeug fungiert, mit einem Motor, der auf den Betrieb als Generator abgestimmt ist, wenn der Batteriesatz nicht ausreicht. Normalerweise gibt es keine mechanische Verbindung zwischen Motor und Rädern, und der Hauptzweck des Range Extenders besteht darin, die Batterie aufzuladen. Serien-Hybride wurden auch als Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite, Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite oder Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite (EREV/REEV/EVER) bezeichnet.

Der BMW i3 mit Range Extender ist ein Serien-Hybrid. Es arbeitet als Elektrofahrzeug, bis die Batterieladung niedrig ist, aktiviert dann einen motorbetriebenen Generator, um die Leistung aufrechtzuerhalten, und ist auch ohne Range Extender erhältlich. Der Fisker Karma war das erste Serien-Hybridfahrzeug.

Bei der Beschreibung von Autos wird die Batterie eines Serien-Hybrids normalerweise durch Anstecken geladen - aber ein Serien-Hybrid kann es auch ermöglichen, dass eine Batterie nur als Puffer (und zu Regenerationszwecken) fungiert und die Leistung des Elektromotors zur ständig von einem unterstützenden Motor versorgt werden. Reihenanordnungen sind bei dieselelektrischen Lokomotiven und Schiffen üblich. Ferdinand Porsche erfand diese Anordnung zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Geschwindigkeitsrekord-Rennwagen wie dem Lohner-Porsche Mixte Hybrid . Porsche nannte seine Anordnung "System Mixt" und es war ein Radnabenmotor- Design, bei dem jedes der beiden Vorderräder von einem separaten Motor angetrieben wurde. Diese Anordnung wurde manchmal als elektrisches Getriebe bezeichnet , da der elektrische Generator und der Antriebsmotor ein mechanisches Getriebe ersetzten. Das Fahrzeug konnte sich nur bewegen, wenn der Verbrennungsmotor lief.

1997 brachte Toyota den ersten in Japan verkauften Serien-Hybridbus auf den Markt. GM führte 2010 den Plug-in-Hybrid der Chevy Volt- Serie ein, der eine rein elektrische Reichweite von 64 km anstrebt , obwohl dieses Auto auch eine mechanische Verbindung zwischen Motor und Antriebsstrang hat. Superkondensatoren in Kombination mit einer Lithium-Ionen- Batteriebank wurden von AFS Trinity in einem umgebauten Saturn Vue SUV-Fahrzeug verwendet. Mit Superkondensatoren beanspruchen sie bis zu 150 mpg in einer Reihen-Hybrid-Anordnung.

Nissan Note e-power ist seit 2016 ein Beispiel für eine Serienhybridtechnologie in Japan.

Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug

Der Ford Fusion Energi ist ein Plug-in-Hybrid mit einer rein elektrischen Reichweite von 34 km.

Eine weitere Unterart von Hybridfahrzeugen ist das Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug . Der Plug-in-Hybrid ist in der Regel ein allgemeiner kraftstoffelektrischer (parallel oder seriell) Hybrid mit erhöhter Energiespeicherkapazität, normalerweise durch eine Lithium-Ionen-Batterie , die es dem Fahrzeug ermöglicht, im reinen Elektromodus eine von der Batterie abhängige Distanz zu fahren Baugröße und ihre mechanische Anordnung (Reihe oder Parallel). Es kann am Ende der Fahrt an das Stromnetz angeschlossen werden, um ein Aufladen mit dem bordeigenen Verbrennungsmotor zu vermeiden.

Dieses Konzept ist attraktiv für diejenigen, die die Emissionen auf der Straße minimieren möchten, indem sie den Einsatz von Verbrennungsmotoren im täglichen Fahrbetrieb vermeiden oder zumindest minimieren. Wie bei reinen Elektrofahrzeugen hängt die Gesamtemissionseinsparung, beispielsweise in Bezug auf CO 2 , von der Energiequelle des Stromerzeugers ab.

Für einige Nutzer kann dieser Fahrzeugtyp auch finanziell attraktiv sein, solange die verwendete elektrische Energie billiger ist als der Benzin/Diesel, den sie sonst verbraucht hätten. Die derzeitigen Steuersysteme in vielen europäischen Ländern nutzen die Mineralölbesteuerung als Haupteinnahmequelle. Bei Strom, der einheitlich für den Haushaltskunden besteuert wird, ist dies in der Regel nicht der Fall. Einige Stromversorger bieten zudem Preisvorteile für Nachtnutzer außerhalb der Stoßzeiten, was die Attraktivität der Plug-in-Option für Pendler und Stadtautofahrer weiter steigern kann.

Verkehrssicherheit für Radfahrer, Fußgänger

Der Nissan Leaf war das erste Plug-in-Elektroauto, das mit Nissans Vehicle Sound für Fußgänger ausgestattet war.

Ein Bericht der National Highway Traffic Safety Administration aus dem Jahr 2009 untersuchte Unfälle mit Hybridelektrofahrzeugen , an denen Fußgänger und Radfahrer beteiligt waren, und verglich sie mit Unfällen mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICEV). Die Ergebnisse zeigten, dass HEVs in bestimmten Straßensituationen für Fußgänger oder Radfahrer gefährlicher sind. Bei Unfällen, bei denen ein Fahrzeug verlangsamte oder anhielt, rückwärts fuhr, in eine Parklücke ein- oder ausparkte (wenn der Geräuschunterschied zwischen HEVs und ICEVs am ausgeprägtesten ist), waren HEVs doppelt so häufig an Fußgängerunfällen beteiligt wie ICEVs. Bei Unfällen mit Radfahrern oder Fußgängern gab es beim Abbiegen eines Fahrzeugs eine höhere Unfallrate für HEVs als für ICEVs. Bei Geradeausfahrt gab es jedoch keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen den Fahrzeugtypen.

Mehrere Autohersteller haben Warntöne für Elektrofahrzeuge entwickelt, die Fußgänger auf das Vorhandensein von Elektrofahrzeugen wie Hybrid-Elektrofahrzeugen, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen und vollelektrischen Fahrzeugen (EVs), die mit niedrigen Geschwindigkeiten fahren, warnen sollen . Ihr Zweck besteht darin, Fußgänger, Radfahrer, Blinde und andere auf die Anwesenheit des Fahrzeugs aufmerksam zu machen, während es im vollelektrischen Modus betrieben wird .

Zu den Fahrzeugen auf dem Markt mit solchen Sicherheitsvorrichtungen gehören Nissan Leaf , Chevrolet Volt , Fisker Karma , Honda FCX Clarity , Nissan Fuga Hybrid/Infiniti M35 , Hyundai ix35 FCEV , Hyundai Sonata Hybrid , 2012 Honda Fit EV , 2012 Toyota Camry Hybrid , 2012 Lexus CT200h und die gesamte Prius- Autofamilie .

Umweltprobleme

Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen

Das Hybridfahrzeug erzielt typischerweise eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und niedrigere Emissionen als herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICEVs), was dazu führt, dass weniger Emissionen erzeugt werden. Diese Einsparungen werden hauptsächlich durch drei Elemente eines typischen Hybriddesigns erreicht:

  1. Verlassen sich sowohl auf den Motor als auch auf die Elektromotoren für den Spitzenleistungsbedarf, was zu einer kleineren Motorgröße eher für den durchschnittlichen Verbrauch als für den Spitzenleistungsverbrauch führt. Ein kleinerer Motor kann weniger interne Verluste und ein geringeres Gewicht haben.
  2. Erhebliche Batterie Speicherkapazität zum Speichern und Wiederverwendung Nachdem wieder gefangen Energie, vor allem im Stop-and-go - Verkehr typisch für den Stadt - Fahrzyklus .
  3. Rückgewinnung erheblicher Energiemengen beim Bremsen, die normalerweise als Wärme verschwendet werden. Dieses regenerative Bremsen reduziert die Fahrzeuggeschwindigkeit, indem ein Teil seiner kinetischen Energie in Elektrizität umgewandelt wird, abhängig von der Nennleistung des Motors/Generators;

Andere Techniken, die nicht unbedingt „Hybrid“-Funktionen sind, aber häufig bei Hybridfahrzeugen zu finden sind, sind:

  1. Verwendung von Atkinson- Motoren anstelle von Otto- Motoren zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.
  2. Abstellen des Motors bei Verkehrsstopps oder im Schubbetrieb oder während anderer Leerlaufzeiten.
  3. Verbesserung der Aerodynamik ; (Ein Grund dafür, dass SUVs einen so schlechten Kraftstoffverbrauch haben, ist der Luftwiderstand des Autos. Ein kastenförmiges Auto oder Lastwagen muss mehr Kraft aufwenden, um sich durch die Luft zu bewegen, was den Motor stärker belastet und ihn härter macht). Die Verbesserung der Form und Aerodynamik eines Autos ist ein guter Weg, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und gleichzeitig das Fahrzeughandling zu verbessern .
  4. Verwendung von Reifen mit niedrigem Rollwiderstand (Reifen wurden oft hergestellt, um eine ruhige, gleichmäßige Fahrt, hohen Grip usw. zu gewährleisten, aber die Effizienz hatte eine geringere Priorität). Reifen verursachen mechanischen Widerstand , wodurch der Motor wieder härter arbeitet und mehr Kraftstoff verbraucht. Hybridautos können spezielle Reifen verwenden, die stärker aufgepumpt sind als normale Reifen und steifer sind oder durch die Wahl der Karkassenstruktur und der Gummimischung einen geringeren Rollwiderstand haben, während sie einen akzeptablen Grip behalten und so den Kraftstoffverbrauch unabhängig von der Antriebsquelle verbessern.
  5. Elektrisches Antreiben der Klimaanlage, der Servolenkung und anderer Hilfspumpen nach Bedarf; Dies reduziert die mechanischen Verluste im Vergleich zum kontinuierlichen Antrieb mit herkömmlichen Motorriemen.

Diese Eigenschaften machen ein Hybridfahrzeug besonders effizient für den Stadtverkehr mit häufigen Stopps, Ausroll- und Leerlaufphasen. Darüber hinaus werden die Geräuschemissionen insbesondere im Leerlauf und bei niedrigen Betriebsdrehzahlen im Vergleich zu konventionell motorisierten Fahrzeugen reduziert. Für den Dauerbetrieb auf Autobahnen mit hoher Geschwindigkeit sind diese Merkmale bei der Reduzierung von Emissionen viel weniger nützlich.

Emissionen von Hybridfahrzeugen

Die Emissionen von Hybridfahrzeugen nähern sich heute dem von der EPA (Environmental Protection Agency) empfohlenen Wert oder liegen sogar darunter. Die empfohlenen Werte für ein typisches Pkw sollten 5,5 Tonnen CO . entsprechen
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. Die drei beliebtesten Hybridfahrzeuge, Honda Civic , Honda Insight und Toyota Prius , setzen mit 4,1, 3,5 und 3,5 Tonnen noch höhere Standards und weisen eine deutliche Verbesserung der Kohlendioxidemissionen auf. Hybridfahrzeuge können die Luftemissionen von smogbildenden Schadstoffen um bis zu 90 % reduzieren und den Kohlendioxidausstoß halbieren.

Für den Bau von Hybridfahrzeugen wird mehr fossiler Brennstoff benötigt als für konventionelle Autos, aber die reduzierten Emissionen beim Betrieb des Fahrzeugs überwiegen dies mehr als.

Hybrid- CO
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Emissionen wurden oft unterschätzt. In einer Studie mit realen Fahrdaten wurde gezeigt, dass sie im Durchschnitt 120 g CO . verbrauchen
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pro km statt der 44g pro km bei den offiziellen Tests.

Umweltauswirkungen der Hybridautobatterie

Obwohl Hybridautos weniger Kraftstoff verbrauchen als konventionelle Autos, gibt es immer noch ein Problem bezüglich der Umweltschäden der Hybridautobatterie. Heutzutage sind die meisten Hybridautobatterien einer von zwei Typen: 1) Nickel-Metallhydrid oder 2) Lithium-Ionen ; beide gelten als umweltfreundlicher als bleibasierte Batterien, die heute den Großteil der benzinbetriebenen Starterbatterien ausmachen. Es gibt viele Arten von Batterien. Einige sind weitaus giftiger als andere. Lithium-Ion ist das am wenigsten giftige der beiden oben genannten.

Laut einer Quelle sind die Toxizität und Umweltbelastung von Nickel-Metallhydrid-Batterien – dem derzeit in Hybriden verwendeten Typ – viel geringer als bei Batterien wie Bleisäure oder Nickel-Cadmium. Eine andere Quelle behauptet, Nickel-Metallhydrid-Batterien seien viel giftiger als Bleibatterien, außerdem sei ihr Recycling und ihre sichere Entsorgung schwierig. Im Allgemeinen haben verschiedene lösliche und unlösliche Nickelverbindungen, wie Nickelchlorid und Nickeloxid, eine bekannte kanzerogene Wirkung bei Hühnerembryonen und Ratten. Die wichtigste Nickelverbindung in NiMH-Batterien ist Nickeloxyhydroxid (NiOOH), das als positive Elektrode verwendet wird.

Die Lithium-Ionen-Batterie hat aufgrund ihres Potenzials für den Einsatz in Hybrid-Elektrofahrzeugen Aufmerksamkeit erregt. Hitachi ist führend in seiner Entwicklung. Neben der geringeren Größe und dem geringeren Gewicht bieten Lithium-Ionen-Akkus eine Leistung, die zum Schutz der Umwelt mit Funktionen wie einer verbesserten Ladeeffizienz ohne Memory-Effekt beiträgt . Die Lithium-Ionen-Batterien bestechen durch die höchste Energiedichte aller Akkus und können eine mehr als dreimal so hohe Spannung wie eine Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle erzeugen und gleichzeitig große Mengen Strom speichern. Die Batterien erzeugen auch eine höhere Leistung (Verstärkung der Fahrzeugleistung), einen höheren Wirkungsgrad (Vermeidung eines verschwenderischen Verbrauchs von Elektrizität) und bieten eine ausgezeichnete Haltbarkeit, verglichen mit der Lebensdauer der Batterie, die ungefähr der Lebensdauer des Fahrzeugs entspricht. Darüber hinaus reduziert die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und erzielt auch einen um 30 % geringeren Kraftstoffverbrauch als Fahrzeuge mit Benzinmotor, was eine konsequente Reduzierung der CO 2 -Emissionen zur Vermeidung der globalen Erwärmung beiträgt.

Aufladen

Es gibt zwei verschiedene Ladestufen. Das Aufladen der Stufe 1 ist die langsamere Methode, da eine einphasige geerdete Steckdose mit 120 V/15 A verwendet wird. Stufe zwei ist eine schnellere Methode; vorhandene Level-2-Geräte bieten das Laden von 208 V oder 240 V (bei bis zu 80 A, 19,2 kW). Es kann dedizierte Geräte und eine Anschlussinstallation für Heim- oder öffentliche Einheiten erfordern, obwohl Fahrzeuge wie der Tesla die Leistungselektronik an Bord haben und nur die Steckdose benötigen. Das optimale Ladefenster für Lithium-Ionen-Akkus beträgt 3-4,2 V. Das Aufladen an einer 120-Volt-Haushaltssteckdose dauert mehrere Stunden, ein 240-Volt-Ladegerät dauert 1–4 Stunden und eine Schnellladung dauert ungefähr 30 Minuten, um eine Ladung von 80 % zu erreichen. Drei wichtige Faktoren – Ladereichweite, Ladekosten und Ladezeit Damit der Hybrid mit elektrischem Strom betrieben werden kann, muss das Auto bremsen, um etwas Strom zu erzeugen. Der Strom wird dann am effektivsten entladen, wenn das Auto beschleunigt oder eine Steigung hinauffährt. Im Jahr 2014 können Hybrid-Elektroautobatterien mit einer einzigen Ladung 70-130 Meilen (110-210 km) rein elektrisch betrieben werden. Die Kapazität der Hybridbatterie reicht derzeit von 4,4 kWh bis 85 kWh bei einem vollelektrischen Auto. Bei einem Hybridauto reichen die Batteriepakete derzeit von 0,6 kWh bis 2,4 kWh, was einen großen Unterschied beim Stromverbrauch in Hybridautos darstellt.

Rohstoffe erhöhen die Kosten

Für viele seltene Materialien, die bei der Herstellung von Hybridautos verwendet werden, drohen steigende Kosten. Zum Beispiel wird das Seltenerdelement Dysprosium benötigt, um viele der fortschrittlichen Elektromotoren und Batteriesysteme in Hybridantriebssystemen herzustellen. Neodym ist ein weiteres Seltenerdmetall, das ein wesentlicher Bestandteil von hochfesten Magneten ist, die in Elektromotoren mit Permanentmagneten zu finden sind.

Fast alle Seltenerdelemente der Welt stammen aus China, und viele Analysten gehen davon aus, dass ein Gesamtwachstum der chinesischen Elektronikfertigung bis 2012 dieses gesamte Angebot aufbrauchen wird. Darüber hinaus haben die Exportquoten für chinesische Seltenerdelemente zu einem unbekannten . geführt Menge des Angebots.

Einige nicht-chinesische Quellen wie das fortgeschrittene Projekt Hoidas Lake im Norden Kanadas sowie Mount Weld in Australien befinden sich derzeit in der Erschließung; Allerdings sind die Eintrittsbarrieren hoch und es dauert Jahre, um online zu gehen.

Wie Hybrid-Elektrofahrzeuge funktionieren

Hybrids-Elektrofahrzeuge (HEVs) kombinieren die Vorteile von Benzinmotoren und Elektromotoren . Die Schlüsselbereiche für Effizienz- oder Leistungssteigerungen sind regeneratives Bremsen, zwei Leistungsquellen und weniger Leerlauf.

  • Bremsen regenerieren. Der Antriebsstrang kann dazu verwendet werden, kinetische Energie (aus dem fahrenden Auto) in gespeicherte elektrische Energie (Batterien) umzuwandeln. Der gleiche Elektromotor, der den Antriebsstrang antreibt, wird verwendet, um der Bewegung des Antriebsstrangs entgegenzuwirken. Dieser aufgebrachte Widerstand des Elektromotors bewirkt, dass das Rad langsamer wird und gleichzeitig die Batterien aufgeladen werden.
  • Doppelleistung. Die Leistung kann je nach Fahrbedingungen entweder vom Motor, vom Motor oder von beiden kommen. Zusätzliche Leistung, um den Motor beim Beschleunigen oder Steigen zu unterstützen, kann durch den Elektromotor bereitgestellt werden. Oder häufiger, ein kleinerer Elektromotor liefert die gesamte Leistung für Fahrbedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und wird bei höheren Geschwindigkeiten vom Verbrennungsmotor verstärkt.
  • Automatischer Start/Abschaltung. Es schaltet den Motor automatisch ab, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt und startet ihn wieder, wenn das Gaspedal durchgetreten wird. Diese Automatisierung ist mit einem Elektromotor viel einfacher. Siehe auch Dual Power oben.

Alternative grüne Fahrzeuge

Andere Arten von umweltfreundlichen Fahrzeugen umfassen andere Fahrzeuge, die vollständig oder teilweise auf alternative Energiequellen als fossile Brennstoffe basieren . Eine andere Möglichkeit besteht darin, alternative Kraftstoffzusammensetzungen (dh Biokraftstoffe ) in konventionellen, auf fossilen Kraftstoffen basierenden Fahrzeugen zu verwenden, wodurch diese teilweise auf erneuerbaren Energiequellen basieren.

Andere Ansätze sind der Personal Rapid Transit , ein öffentliches Verkehrskonzept, das auf einem Netz von speziell gebauten Fahrwegen automatisierten Non-Stop-Transport auf Abruf bietet.

Peugeot/Citroën-Hybridfahrzeug

Peugeot und Citroën haben angekündigt, ebenfalls ein Auto zu bauen, das Druckluft als Energiequelle nutzt. Das von ihnen entworfene Auto verwendet jedoch ein Hybridsystem, das auch einen Benzinmotor verwendet (der verwendet wird, um das Auto über 70 km/h zu beschleunigen oder wenn der Drucklufttank leer ist.

Marketing

Anpassung

Autohersteller geben jedes Jahr rund 8 Millionen US-Dollar für die Vermarktung von Hybridfahrzeugen aus. Mit vereinten Kräften vieler Autohersteller hat die Hybridindustrie Millionen von Hybriden verkauft.

Hybridautofirmen wie Toyota, Honda, Ford und BMW haben sich zusammengetan, um eine Bewegung von Hybridfahrzeugverkäufen zu schaffen, die von Washingtoner Lobbyisten gedrängt wurde, um die weltweiten Emissionen zu senken und weniger abhängig von unserem Erdölverbrauch zu werden.

Im Jahr 2005 gingen die Verkäufe über 200.000 Hybride hinaus, aber im Rückblick reduzierte dies den weltweiten Verbrauch für den Benzinverbrauch nur um 200.000 Gallonen pro Tag – ein winziger Bruchteil der 360 Millionen Gallonen, die pro Tag verbraucht wurden. Laut Bradley Berman, Autor von Driving Change – One Hybrid at a time , „zeigen die kalten Wirtschaftsdaten, dass die Benzinpreise, abgesehen von einem kurzen Anstieg in den 1970er Jahren, in realen Dollars bemerkenswert konstant und billig geblieben sind die Gesamtkosten für den Besitz und Betrieb eines Pkw". Andere Marketing-Taktiken beinhalten Greenwashing , die "ungerechtfertigte Aneignung von Umwelttugenden". Temma Ehrenfeld erklärt in einem Artikel von Newsweek. Hybride mögen in Bezug auf den Benzinverbrauch effizienter sein als viele andere Benzinmotoren, aber was grün und gut für die Umwelt angeht, ist völlig ungenau.

Hybridauto-Unternehmen haben noch lange vor sich, wenn sie erwarten, wirklich grün zu werden. Laut Harvard-Business-Professor Theodore Levitt "managt man Produkte" und "erfüllt die Bedürfnisse der Kunden", "muss man sich an die Erwartungen der Verbraucher anpassen und zukünftige Wünsche antizipieren". Das bedeutet, dass die Leute kaufen, was sie wollen. Wenn sie ein kraftstoffsparendes Auto wollen, kaufen sie einen Hybrid, ohne über die tatsächliche Effizienz des Produkts nachzudenken. Diese "grüne Kurzsichtigkeit", wie Ottman es nennt, scheitert daran, dass sich Marketer auf die Ökologie des Produkts konzentrieren und nicht auf die tatsächliche Wirksamkeit.

Forscher und Analysten sagen, dass die Menschen von der neuen Technologie angezogen werden, sowie von der Bequemlichkeit weniger Auftanken. Zweitens empfinden die Leute es als lohnend, das bessere, neuere, auffälligere und sogenannte umweltfreundlichere Auto zu besitzen.

Irreführende Werbung

2019 wurde der Begriff „selbstladender Hybrid“ in der Werbung populär, obwohl Autos mit diesem Namen keine andere Funktionalität bieten als ein Standard- Hybrid-Elektrofahrzeug . Der einzige Selbstladeeffekt liegt in der Energierückgewinnung durch regeneratives Bremsen, was auch für Plug-in-Hybride , Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge und batterieelektrische Fahrzeuge gilt.

Im Januar 2020 wurde die Verwendung dieses Begriffs in Norwegen wegen irreführender Werbung von Toyota und Lexus verboten . „Unser Anspruch basiert darauf, dass Kunden die Batterie ihres Fahrzeugs nie aufladen müssen, da diese während der Fahrzeugnutzung nachgeladen wird. Es besteht keine Absicht, Kunden in die Irre zu führen, im Gegenteil: Es geht darum, den Unterschied zu Plug-in-Hybridfahrzeugen deutlich zu machen.“

Annahmequote

Während die Akzeptanzrate für Hybridfahrzeuge in den USA heute gering ist (2,2 % der Neuwagenverkäufe im Jahr 2011), steht dies im Vergleich zu einem Anteil von 17,1 % an den Neuwagenverkäufen in Japan im Jahr 2011 und kann im Laufe der Zeit sehr groß werden da mehr Modelle angeboten werden und die inkrementellen Kosten aufgrund von Lern- und Skalenvorteilen sinken. Prognosen gehen jedoch stark auseinander. Zum Beispiel Bob Lutz , seit langer Zeit Skeptiker von Hybriden, deutete er erwartet Hybriden „wird nie mehr als 10% des US - Automarkt umfassen.“ Auch andere Quellen gehen davon aus, dass die Hybrid-Penetrationsraten in den USA noch viele Jahre unter 10 % bleiben werden.

Zu den optimistischeren Ansichten ab 2006 gehören Vorhersagen, dass Hybride den Neuwagenverkauf in den USA und anderswo in den nächsten 10 bis 20 Jahren dominieren werden. Ein anderer Ansatz von Saurin Shah untersucht die Penetrationsraten (oder S-Kurven) von vier Analoga (historisch und aktuell) zu Hybrid- und Elektrofahrzeugen, um abzuschätzen, wie schnell der Fahrzeugbestand hybridisiert und/oder elektrifiziert werden könnte Vereinigte Staaten. Die Analogien sind (1) die Elektromotoren in US-Fabriken im frühen 20. Jahrhundert, (2) dieselelektrische Lokomotiven auf US-amerikanischen Eisenbahnen in der Zeit von 1920 bis 1945, (3) eine Reihe neuer Automobilfunktionen/-technologien, die in den USA eingeführt wurden in den letzten fünfzig Jahren und 4) E-Bike-Käufe in China in den letzten Jahren. Diese Analogien deuten zusammenfassend darauf hin, dass es mindestens 30 Jahre dauern würde, bis Hybrid- und Elektrofahrzeuge 80 % des US-Pkw-Bestands erobern.

Regulierungsstandards der Europäischen Union 2020

Laut einer Pressemitteilung der Europäischen Kommission haben das Europäische Parlament, der Rat und die Europäische Kommission eine Einigung erzielt, die darauf abzielt, die durchschnittlichen CO 2 -Emissionen von Pkw bis 2020 auf 95 g/km zu senken.

Laut der Pressemitteilung lauten die wichtigsten Details der Vereinbarung wie folgt:

Emissionsziel: Die Vereinbarung wird die durchschnittlichen CO 2 -Emissionen von Neuwagen ab 2020 auf 95 g/km senken, wie von der Kommission vorgeschlagen. Dies ist eine Reduzierung um 40 % gegenüber dem verbindlichen Ziel von 2015 von 130 g/km. Das Ziel ist ein Durchschnitt für die Neuwagenflotte jedes Herstellers; es ermöglicht OEMs, einige Fahrzeuge zu bauen, die weniger als der Durchschnitt emittieren, und einige, die mehr emittieren. 2025-Ziel: Die Kommission muss bis Ende 2015 ein weiteres Emissionsreduktionsziel vorschlagen, das 2025 in Kraft treten soll. Dieses Ziel wird im Einklang mit den langfristigen Klimazielen der EU stehen. Superkredite für emissionsarme Fahrzeuge: Die Verordnung wird den Herstellern zusätzliche Anreize geben, Autos mit CO 2 -Emissionen von 50 g/km oder weniger herzustellen (bei denen es sich um Elektro- oder Plug-in-Hybridautos handeln wird). Jedes dieser Fahrzeuge wird 2020 als zwei Fahrzeuge gezählt, 2021 1,67, 2022 1,33 und ab 2023 dann als ein Fahrzeug. Diese Superkredite werden den Herstellern helfen, die durchschnittlichen Emissionen ihrer Neuwagenflotte weiter zu senken. Um jedoch zu verhindern, dass das System die Umweltintegrität der Rechtsvorschriften untergräbt, wird der Beitrag, den Superkredite zu ihrem Ziel in jedem Jahr leisten können, pro Hersteller auf 2,5 g/km begrenzt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links