Innovationen für nachhaltige Mobilität

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1 Innovationen für nachhaltige Mobilität Gerald Killmann Toyota Motor Engineering & Manufacturing Europe WETTBEWERBSFÄHIG INNOVATIV ZUKUNFTSFÄHIG Witschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien & Energieeffizienz Tutzing, 14./15.April 2005

2 (1) Energiebedarf und -reserven Primärenergieproduktion äquivalent zu Rohöltonnen (Millionen) Rohöl Hydraulisch Geothermisch Biomasse Nukleare Energie Erdgas Innovative Technologien Kohle Photovoltaisch Windenergie Jahr Quelle: NEDO

3 (2) Treibhausgase CO 2 Dichte (ppmv) Nachhaltige Mobilität erfordert CO 2 Reduzierung IPCC Ziel Jahr Quelle: IPCC95 Bericht

4 (3) Luftqualitat: Umwelteinflüsse der Stickoxide HN NO HC CO O 2 NO 2 O 3 HNO 3 Wald Saurer Regen Wasser Fabriken, Fahrzeuge Treibhauseffekt Photochemischer Partikel Smog Gebäude

5 Toyota s Prinzipien Proaktivität Prävention statt Reaktion Today for tomorrow

6 Toyota s Vision Zeronise Maximise

7 Abgas: Vor und nach Katalysator Motor Katalysator Abgas vor Katalysator Benzin Diesel Abgas nach Katalysator CO 2 NOx Partikel CO 2 NOx Partikel

8 Hybridtechnologie

9 Was ist ein Hybrid? Bremsenergierückgewinnung mit Nutzung zum Fahrzeugantrieb El.Fahren E-Motor Unterstützung E-Motor Unterstützung Regeneratives Bremsen Regeneratives Bremsen Regeneratives braking Motor Start/Stop Motor Start/Stop Motor Start/Stop Motor Start/Stop Milder Hybrid Starker Hybrid

10 CO 2 Reduzierung: Ansatzpunkte Fahren Bremsen Kraftstoffenergie Antrieb Wärmeverluste Wärmeverluste - Kühlung - Heisses Abgas - Mechanische Reibung - Luftwiderstand - Rollwiderstand - Bremsen

11 CO 2 Reduzierung: Hybridtechnology Fahren Bremsen Batterie Batterie Antrieb Wärmeverluste Kraftstoffenergie Wärmeverluste Energie Regenerierung - Kühlung - Heisses Abgas - Mechanische Reibung - Luftwiderstand - Rollwiderstand - Bremsen

12 Toyota Hybrid System: Konstruktion und Characteristica Benzinmotor Batterie Generator Um- und Wechselrichter E-Motor Power Split Device (Planetengtriebe)

13 Toyota Hybrid System: Losfahren und Stadtverkehr Generator Power Split Device Batterie Wechselrichter Motor E-Motor Mechanisch Elektrisch

14 Toyota Hybrid System: Stadtverkehr bis Hochgeschwindigkeit Generator Power Split Device Batterie Wechselrichter Motor E-Motor Mechanisch Elektrisch

15 Toyota Hybrid System: Bremsen = Batterieladen Generator Power Split Device Batterie Wechselrichter Motor E-Motor Mechanisch Elektrisch

16 Anforderungen an neue Technologien in der Serienproduktion Wie ein normales Auto, nur besser: Komfort Zuverlässigkeit Fahrspass + Umweltfreundlichkeit

17 Schnelles Katalysatoraufheizen Konstanter Motorbetrieb Air mass flow Elektrisches Fahren Fahrzeugleistung E-Motorleisting Geschwindigkeit LA4 Zeit [sek]

18 Schnelles Katalysatoraufheizen Katalysaor Temperatur [ ] Schnelles Aufheizen Light-off Temperatur Mit Power Management Ohne Power Management Geschw LA#4 Zeit [sek]

19 Abgasemissionen: Benzin, Diesel, Hybrid Benzinhybridtechnologie hat ein grosses Potential, die Stickoxid- und Partikelemission zu senken NOx(g/km) 0.3 Diesel EU4 0.2 Benzin EU4 Hybrid CO(g/km) HC(g/km) Quelle: Toyota

20 Hoher Wirkungsgrad => niedriges CO2 Thermischer Wirkungsgrad Hybrid B A Durchschnitt Durchschnitt Gewöhnliches Fahrzeug A; Optimierter Motorenbetriebspunkt durch power-split-device (CVT Funktion) B; Verbesserter Wirkungsgrad Motorleistung

21 Kraftstoffverbrauch Reduktion des Verbrauches [%] Benzin Automat Stadt Motor Grundauslegung Motor Betriebspunkt Start / stop Regeneration Hybrid Autobahn

22 CO 2 Emissionen: Benzin, Diesel, Hybrid CO2 Emission (g/km) '00 1.Gen. Prius Prius '03 2.Gen. Prius Prius Gasoline Benzin Diesel Hybrid Quelle: KBA Power (kw) Leistung kw

23 Leistung durch variable Spannung Leistung = Spannung x Stromstärke Verluste proportional Quadrat der Stromstärke => Gleiche Leistung durch doppelte Spannung => ¼ Verluste 600 System voltage command 500 Voltage[V DC] System voltage Motor rpm 100 Motor rpm 0 Volllastbeschleunigung time (sec)

24 NiMH Batterie (W/Kg) Batterieleistungsdichte 2001 Prius 1997 Prius 28Module x 7.2V => 201.6V 2.Gen. Prius Volumen ( L) Gewicht ( kg ) Prius 01 Prius 0 97 Prius 01 Prius 15% 2.Gen. Prius 25% 2.Gen. Prius

25 Dauerhaltbarkeit: Batterie-Lade-Regelung SOC Űberladung Obergrenze Ziel SOC Untergrenze Unterladung Wirkl. SOC Time Innerer Widerstand [mω/modul] ] 1.Gen. Prius 2.Gen. Prius Fahrstrecke [in 1000 km]

26 Komfort Elektrische Klimaanlage Batteriebetrieben => Funktioniert auch bei Motorstillstand

27 EV Schalter Bis 50km/h Motor Batterie E-Motor

28 Motor Start/Stop: Generatorfunktion (m / sec 2 ) Frühes Einlassschliessen (rpm) Spätes Einlassschliessen Drehzahl Beschleunigung Zeit [Sek] (m / sec 2 ) Beschleunigung Geringes Startgeräusch Geringe Vibrationen

29 TOYOTA Hybrid Fahrzeuge 1969: Hybrid-Gasturbinenforschung Prius TOYOTA Hybrid System (THS) Japan Crown HV Mild Hybrid System (THS-M) Japan Coaster HV Series Hybrid System EU, US Estima HV Japan Japan Hybrid System-CVT (THS-C) Alphard HV Japan, US, EU Prius THS-C (THS-II) Dyna HV Hybrid LKW Japan, US, EU Lexus RX400h (THS-II 4WD)

30 Ausblick Toyota Motor Europe

31 Brennstoffzellentechnology Prius FINE-S Steuereinheit Secondärbatterie Motor Motor Brennstoffzelle Steuereinheit Secondary battery Motor

32 Wirkungsgradanalyse Well to Tank (%) Tank to Wheel (%) Gesamtwirkungsgrad(%) Benzin % Prius (Japan) % Prius 1 THS % Prius 2 THS-II % FCHV Prototyp 58 * % FCHV (Ziel) % Toyota Daten: Japan Zyklus *1 Erdgas => H2

33 Life cycle assessment (LCA) Gesamter CO 2 Ausstoss von: Materialproduktion und Fahrzeugherstellung Emissionen durch Fahrbetrieb und Kraftstoffproduktion Fahrzeugentsorgung/Recyclierung Fahrzeugleben Material Produktion Fahrzeug Produktion Fahren Service Entsorgung Recyclierung

34 Life cycle assessment (LCA) Gesamter CO 2 Ausstoss in einem Automobilleben: LCA CO % -43% Benzin Automat Diesel Schalt- getriebe Prius Hybrid FCHV Brennstoff- zelle Zukunfts- ziel Simulation: EU Fahrzyklus / Laufleistung 150,000km Quelle: Toyota Motor Corporation

35 Toyota s Vision The Ultimate ECO-Car Hybrid Technologie FCHV CNG Toyota D-CAT Common-Rail D4 Magermotor EV Alternative Kraftstoffe Diesel VVT-i Benzin Elektrisch

36 > Toyota Hybridfahrzeuge auf der Strasse (Dez.2004) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!