Toyota
Noch in diesem Jahr wird Toyota den neuen Prius Plug-in-Hybrid auf den Markt bringen und damit seine wichtigste Technologie-Plattform Hybrid Synergy Drive (HSD) im Alltag erproben. Die Plattform baut auf der Antriebskonfiguration des aktuellen Toyota Prius 3 auf und setzt sich aus einem leistungsstarken Antriebselektromotor/Generator MG2, einem Startermotor/Generator MG1 und dem 1,8-l-VVT-i-Ottomotor zusammen.
Mithilfe einer Leistungsverzweigung (Planetengetriebe) werden die Antriebskräfte variabel zusammengeführt und je nach Fahrsituation an die Räder geleitet. Die Drehzahl des Hohlrades entspricht dabei der Fahrzeuggeschwindigkeit, unabhängig davon, ob das Fahrzeug allein vom Elektromotor oder vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor gemeinsam angetrieben wird.
Der VVT-i-Vierzylinder-Benzinmotor mit einem Hubraum von 1798 Kubikzentimeter arbeitet im Atkinson-Zyklus. Er leistet 73 kW bei 5200/min und liefert ein Drehmoment von 142 Nm. Der Antriebselektromotor (MG2) ist ein permanent erregter Synchronläufer mit 60 kW und entwickelt ein maximales Drehmoment von 207 Nm. Die kombinierte Systemleistung des Antriebs beträgt 100 kW. Damit schafft es der Wagen in 10,8 s von null auf 100 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 180 km/h.
Den Ingenieuren gelang es, die Einheiten aus MG1, MG2 und Leistungsverzweigung in einem einzigen Gehäuse von der Größe eines herkömmlichen Getriebes unterzubringen. Zudem erlaubt das modular aufgebaute System, Komponenten entsprechend der verschiedenen Energieträger in Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV), Elektrofahrzeugen (EV) und Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV) einzusetzen.
Rein elektrisch 25 km weit
Im EV-Modus treibt der Elektromotor MG2 den Prius Plug-in-Hybrid bei einer extern voll aufgeladenen Batterie bis zu 25 km weit alleine an. Wenn die für diesen erweiterten Elektrobetrieb mit höheren elektrischen Fahrleistungen benötigte Ladung der Batterie erschöpft ist, fährt der Plug-in-Hybrid im normalen Hybrid-Modus weiter, in dem er - wie der Prius - immer wieder Etappen seiner Fahrstrecke elektrisch zurücklegt, allerdings mit geringeren elektrischen Fahrleistungen als im EV-Modus. Mit einem Tankvolumen von 45 l kommt der Wagen dann theoretisch 1200 km weit.
Die Angaben beruhen auf der Annahme des Herstellers, dass der Prius Plug-in nach dem EU-Messverfahren für solche Antriebe lediglich 2,1 l Kraftstoff und 5,2 kWh Strom auf 100 km verbraucht. Seine CO2-Emissionen sind entsprechend niedrig und liegen bei 49 g/km für den verbrauchten Kraftstoff. Im normalen HV-Modus verbraucht der Prius 3,7 l/100 km bei CO2-Emissionen von 85 g/km. Das ist darauf zurückzuführen, dass die vergrößerte Lithium-Ionen-Batterie beim rekuperativen Bremsen schneller und mehr elektrische Energie speichert, so dass er damit noch längere Etappen seiner Fahrstrecke nur vom Elektromotor angetrieben zurücklegt.
Neue Batterie: Gleiche Kapazität, halbes Gewicht
Die Batterie wird übrigens in einem Joint Venture gemeinsam mit Panasonic EV Energy (PEVE) produziert. Anstatt vormals 5,2 kWh hat sie nun 4,4 kWh. Um die gleiche nutzbare Kapazität zu erzielen, wurde ihr Ladehub SOC (State of Charge) von 50 auf 60 Prozent vergrößert. Bei der Feldtestvariante waren noch insgesamt 288 Zellen auf drei gleichgroße Batterien mit jeweils 345,6 V aufgeteilt. In der Serie verfügt jede Zelle nun über die vierfache Kapazität, daher besteht die neue Batterie lediglich aus 56 Zellen. Sie sind in vier Paketen mit jeweils 14 Zellen zusammengefasst und in Reihe geschaltet. Dies ergibt bei einer Zellspannung von 3,7 V eine Nennspannung von 207,2 V.
An einer haushaltsüblichen 230-V-Steckdose lässt sich die Batterie innerhalb von 90 min wieder vollständig aufladen. Das Ladegerät selbst ist unter der Hybridbatterie positioniert und wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom zum Laden der Lithium-Ionen-Batterie um. An einem 230-V-Anschluss arbeitet das Ladegerät mit einem Wirkungsgrad von 84 Prozent. Es verfügt nun unter anderem über eine Zeitschaltuhr, mit der sowohl die Start- als auch die Endzeit für den Ladevorgang vom Nutzer festgelegt werden kann. Eine in das Ladekabel integrierte Fehlerstrom-Schutzvorrichtung CCID (Charging Circuit Interrupter Device) unterbricht bei beschädigtem Kabel automatisch den Stromfluss. Im Vergleich zur Feldtestversion des Prius Plug-in-Hybrid fällt das Kabel inklusive kleinerer CCID Box nun 0,5 kg leichter aus.
Mit 80 kg wiegt die neue Lithium-Ionen-Batterie übrigens 50 Prozent weniger als die Batterie-Packs der Feldtestversion und nur 39 kg mehr als die Nickel-Metallhydrid-Batterie des Prius - obwohl sie einen deutlich größeren Aktionsradius im rein elektrischen Betrieb ermöglicht. Damit erhöht sich das Gewicht des Prius Plug-in-Hybrid (1425 kg) um 55 kg gegenüber dem Prius.
Batterieschonende Klimatisierung
Um die Reichweite zu optimieren, kann der Wagen auch schon beim Ladevorgang vorgekühlt werden. Aktiviert wird die Klimatisierung über eine Taste auf dem Smart-Key. Sie läuft dann maximal zehn Minuten lang. Durch das Vortemperieren des Innenraums reduziert sich der hohe Kühlbedarf bei Fahrtantritt, so dass der Strom- und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.
Zur schnelleren Erwärmung des Innenraums hat Toyota einen kühlmitteldurchströmten Schalldämpfer installiert, in dem heiße Abgase das Kühlmittel sehr schnell auf Temperatur bringen. Im Eco-Fahrmodus wird die Leistung der Klimatisierungsautomatik herunter geregelt, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Zum Ausgleich wird die Sitzheizung auf den belegten Vordersitzen aktiviert.
Auch das Soundsystem wurde auf Energieeffizienz optimiert. Dessen Herzstück ist ein JBL Green-Edge-Verstärker, der 66 Prozent kleiner und leichter ausfällt, als vergleichbare herkömmliche Geräte. Das System ist mit Tracking-Power-Technik ausgestattet, die das Audio-Eingangssignal in Echtzeit misst und der Verstärkerschaltung zu jedem Zeitpunkt nur noch die exakt benötigte elektrische Leistung zuweist. Das reduziert die Abwärmeverluste und senkt den Stromverbrauch um etwa 50 Prozent.
Intelligente Ladeinfrastruktur
Mit der Vernetzung von Fahrzeugen, Gebäuden und Nutzern hingegen sucht Toyota einen Weg, eine intelligente Ladeinfrastruktur aufzubauen. Den Kern der Idee vom Smart Grid bildet das Smart House, das Toyota derzeit in Japan erprobt. Das Smart House ist mit einem Home Energy Management System (HEMS) ausgestattet, das den Strombedarf aus dem Netz, die Stromerzeugung einer Photovoltaikanlage sowie dessen Speicherung in der hauseigenen und der Fahrzeug Batterie entsprechend regelt. Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) und Elektrofahrzeuge (EV) bilden so integrale Bestandteile des Systems, und die Fahrzeugbatterien werden bei entsprechendem Bedarf als Stromquelle für elektrische Haushaltsgeräte genutzt. Die Smart Houses sind mit dem regionalen Toyota Smart Center verbunden, das die regenerativen öffentlichen und hauseigenen Stromerzeuger überwacht und koordiniert. Das Smart Center stimmt Verbrauch und Speicherung der Energie aufeinander ab, hilft bei Bedarf, Energie zu sparen, und stellt eine effiziente und bedarfsgerechte Nutzung der Elektrizität für alle Nutzer sicher. Die dafür notwendige Informationsinfrastruktur muss allerdings zwischen relevanten Industriezweigen und Regierungsstellen koordiniert werden. Derzeit plant Toyota neben Projekten in Japan auch in den USA, in China und in Frankreich.
25 Kilometer rein elektrisch sind ausreichend
Toyota hat eigenen Angaben zufolge die 25 km Reichweite im elektrischen Fahrmodus nach Auswertung einer fünfjährigen Projekt- und Testphase festgelegt. Diese Distanz ermöglicht die derzeit beste Synthese aus elektrischem Aktionsradius, Performance, Packaging, Fahrzeuggewicht und Preis, und sie entspricht den täglichen Anforderungen von etwa 80 Prozent aller Europäer.
Der Automobilhersteller hat dazu alle Prius Plug-in-Leasing-Prototypen mit Datenrecordern ausgestattet, mit denen die Fahrgewohnheiten der Nutzer aufgezeichnet wurden. Erfasst wurden, wann und wie oft ein Fahrzeug geladen wurde, außerdem der Ladezustand der Batterie zum Zeitpunkt des Ladevorgangs, die Fahrtdauer, der Anteil der rein elektrisch zurückgelegten Strecken, der erzielte Aktionsradius im elektrischen Betrieb sowie die Kraftstoffökonomie.
Die PHEV im Leasing-Projekt wurden sowohl im städtischen Umfeld als auch auf längeren Überlandfahrten genutzt. Bei einer durchschnittlichen Fahrzeug-Laufleistung von rund 13.180 km im Jahr summierten sich die PHEV-Erfahrungen aus dem Projekt auf insgesamt rund 800.000 km. Es zeigte sich, dass mehr als 90 Prozent der während des Projekts zurückgelegten Fahrtstrecken weniger als 25 km lang waren. So erfüllt die Reichweite des PHEV im rein elektrischen Betrieb einen großen Teil der alltäglichen Anforderungen der meisten Fahrer. 35 Prozent der Fahrer legten wenigstens einmal in der Woche auch längere Strecken von über 100 km zurück.