Hybridstrategien von Toyota

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1 date 18/03/ page 1 Hybridstrategien von Toyota Antriebe Mobilität Innovationen Leipzig, 31. März 2009 Toyota Motor Europe - Berlin Office Bernhard Grünewald

2 date 18/03/ page 2 Herausforderungen der Automobilindustrie 1. Kernthemen 1) Endlichkeit / Verknappung der Weltölvorräte 2) Zunahme der CO2 Emissionen 3) Zunehmende Luftverschmutzung 2. Anstrengungen im Bereich Umwelt 1) Verbrauchsminderung zur Resourcenschonung 2) Stärkere Nutzung alternativer Kraftstoffe

3 date 18/03/ page 3 Modelmix Angebotserweiterung CO 2 effizienter Fahrzeuge CO 2 Angebot unter 140 g 26% 33% Hybrid Absatz Europa 140 g/km XX

4 date 18/03/ page 4 Entwicklung der Energieträger im Strassenverkehr Öl Weiterentwicklung von Benzin & Diesel Technologie und Verbrauchsminderung zur Reduzierung der CO2 Emissionen Unkonventionelles Öl Bohren & Speichern CNG CO²Abscheidung Förderung alternativer Kraftstoffe Synthetische 合 Kraftst. 成燃料 FT 合成 FT 軽油 synthetic DMEなど etc Kohle Anbauflächen Produktion Stabilisierte Versorgung Biokraftstoff Gas Speicherung Infrastruktur Gas Kraftstoffe (CNG LPG) Biomasse Solar,Wind, Hydro, Nuklear Electricity Generation Wasserstoff Produktion CO²Abscheidung Produktionskosten Elektrische CO²Abscheidung Speicherung Infrastruktur Wasserstoff Speicherung Ultra hoch verdichtete Speicherung 水素 Wasserstoff Strom Short-term Öl wird ~ wird die Hauptenergiequelle bleiben Verbrauchsreduzierung ist das vorrangige Ziel Strom wird Kraftstoff Mid to long term

5 date 18/03/ page 5 Energetischer Wirkungsgrad im Verbrennungsmotor Motor Verluste Reibung Abgas Kühlung Ladungswechsel Wärmebilanz (%) 100% 80% 60% 40% 20% Wärmebilanz Ottomotor Abgas Mechanik Kühlung Nutzenergie Verlust Nebenaggregate 0% BMEP Pe Antriebsstrangverluste Energie aus Kraftstoff Nutzenergie Energie am Rad Antriebsenergie (Rollreibungswiderstand, Luftwiderstand, Massenträgheit)

6 date 18/03/ page 6 Energiedichte Batterien im Vergleich zu verschiedenen Kraftstoffen [Wh/kg] Gewichtsbezogene Energiedichte Hochdruck Wasserstoff 35 MPa Batterien CNG 20 MPa Gasförmige Kraftstoffe Wasserstoff aufnehmende Legierungen Lithium Ion Nickel Metallhydrid Blei Ethanol Benzin Diesel Flüssige Kraftstoffe Bio-Diesel [Wh/L] Volumenbezogene Energiedichte

7 date 18/03/ page 7 Elektrofahrzeug RAV4 EV ( ) RAV4 EV Gewicht 1500 kg, 5-Sitzer Reichweite: Über 200 km (Japan Mode) Batterie Kapazität: 30 kwh, Gewicht Ni- MH: 450 kg Hohe Unterhaltskosten: Tausch der Ni- MH Batterie ca Durchbruch in der Batterietechnologie erforderlich Ladezeit ca. 6,5h Insgesamt 1600 Stück gebaut Elektrofahrzeuge sind derzeit für Kurzstrecken oder als reine Stadtfahrzeuge geeignet

8 date 18/03/ page 8 Toyota Elektrofahrzeuge - Beispiele yota RAV4 EV Toyota e-com 100 km Reichweite Gewicht 770 kg, 2 Sitzer Ladezeit 2,5h Für Elektrofahrzeuge relevante Themen: 1) Reichweite, 2) Kosten, 3) Ladezeiten, 4) Spezifische Ladeinfrastruktur

9 date 18/03/ page 9 Weiterentwicklung der Hybridtechnologie

10 date 18/03/ page 10 Evolution der Elektromotoren in Hybridfahrzeugen 97 Prius 03 Prius 05 RX400h 06 GS450h 07 LS600h Verhältnis Leistungsdichte Technologie 33kW 50kW 123kW 147kW 165kW Permanent Magnet Motor Höhere Spannung Höhere Drehzahlen Zweistufige Drehzahlabstufung Reduktion von Größe und Gewicht durch Erhöhung der Leistungsdichte

11 date 18/03/ page 11 Größenvergleich von Hybrid-Antriebseinheiten Prius II RX 400h Prius II RX 400 h Generator 33 kw 109 kw E-Motor 50 kw 123 kw

12 date 18/03/ page 12 Evolution der Inverter in Hybridfahrzeugen 97 Prius 03 Prius 05 RX400h 06 GS450h 07 LS600h Verhältnis Leistungsdichte Technologie Optimierung der Platzierung der Komponenten Integration intelligenter Leistungsmodule Verbesserung der Kühlleistung Reduktion von Größe und Gewicht durch Erhöhung der Leistungsdichte

13 2-seitiger Wärmeübergang date 18/03/ page 13 Evolution der Inverter in Hybridfahrzeugen verbesserte Kühlung der Leistungselektronik (IGBTs) GS 450h LS 600h Spannung: 288V-650 V Gewicht: 18,4 kg Volumen: 13,4 Liter Wärmeübergang Kühlkörper Verbesserte Kühlung LS 600h

14 date 18/03/ page 14 Evolution der Batterien in Hybridfahrzeugen Leistungsdichte Gewicht (W/kg) leichter 03 Prius (square plastic package) 35% Verbesserung 00 Prius (square resin package) RX400h (square metal package) 30% Verbesserung 97 Prius (zylindrisch) kleiner 0 Leistungsdichte Volumen (W/L) Höhere Energiedichten => Reduktion von Bauraum und Gewicht

15 date 18/03/ page 15 Prius III Systemleistung: +20% to 98kW Kraftstoffverbrauch: -15%, Verringerung des Hochgeschwindigkeitsverbrauchs

16 date 18/03/ page 16 Auslegung Hybridsystem Prius II Mechanischer Pfad Elektrischer Pfad 1,5l Motor, Atkinsonzyklus PGS Generator Konverter Spannung V Motor Inverter/ Konverter Batterie

17 date 18/03/ page 17 Geänderte Auslegung Hybridsystem Prius III Motor: 1,8l Hubraum, Atkinson Zyklus, gekühlte Abgasrückführung, kein Riementrieb meh Verkleinerung E-Motor Drehzahlerhöhung / Untersetzung Drehmomentverlauf E- Motor mit Untersetzung Moment E-Motor Drehmoment Geschwindigkeit Untersetzung PGS E-Motor Hybridantrieb: - 20kg Gewicht, Reibungsminderung >10%, E- Maschinen: Leistungssteigerung, Verkleinerung Generator Inverter / Konverter Leistungssteigerung E Motor Spannungserhöhung 202V - 650V Batterie Mechanischer Pfad Elektrischer Pfad

18 date 18/03/ page 18 Reibungsminderung durch Verzicht auf Riementrieb Elektrische Wasserpump

19 date 18/03/ page 19 Effizienzsteigerung des Verbrennungsmotors Gekühlte Abgasrückführung und Drehzahlsenkung

20 date 18/03/ page 20 Evolution der elektrischen Maschinen Verkleinerung und Gewichtsreduktion (-30%) der Komponenten Prius II E- Motor 50 kw PriusIII E- Motor 60kW

21 date 18/03/ page 21 Evolution der Inverter in Hybridfahrzeugen Verkleinerung der Komponenten Prius II Prius III

22 date 18/03/ page 22 Evolution der Leistungselektronik Verkleinerung/ Gewichtsreduzierung um ca. 35% Prius II Prius III

23 date 18/03/ page 23 Evolution Batteriesystem Integration Komponenten (Module / Elektronik/ Kühlung) Batteriesystem Prius I 202V, 6,5 Ah Spitzenleistung 27 kw (Prius II 25 kw)

24 date 18/03/ page 24 Verkleinerung / Integration Komponenten Größenvergleich der Batterien Prius II Prius III

25 date 18/03/ page 25 Anpassung des Hybridsystems an Leistungsanforderung Power/ Eco Mode Anpassung von -Fahrpedalcharakteristik -Klimaanlagenleistung

26 date 18/03/ page 26 Plug-in Hybrid

27 date 18/03/ page 27 Fahrstreckenverteilung in Deutschland Häufigkeit (%) Fahrstrecke (km)

28 date 18/03/ page 28 PHV zu AER - Vergleich der Systeme im Fahrzyklus

29 date 18/03/ page 29 Plug-in Konzepte - Vergleich der Systeme im Fahrzyklus 8,7KWh Leistungsbedarf < 4kWh Leistungsbedarf

30 date 18/03/ page 30 Prius Plug-In Versuchsfahrzeug 2007 Systemleistung 100 kw Höchstgeschwindigkeit elektr. 100 km/h Elektr. Reichweite max. 13 km Ladezeit bei 220V ca. 60 min

31 date 18/03/ page 31 Plug-In Hybrid Emissionsvergleich Niedrige CO2 Emissionen CO2 [g/km] Benzin Petrol LPG CNG Prius Hybrid Europäische Mittelklasse Fahrzeuge Diesel 50 Plug-in Hybrid EV NOx [g/km] Sehr niedrige NOx Emissionen

32 date 18/03/ page 32 Einflußfaktoren auf das Potential zur CO 2 Reduktion CO2 (g/kwh) Indien UAE Brasilien chweden Norwegen 0 Indonesia S-Afrika UK, D, I Spanien Russland Frankreich Saudi Arabien Australien Kanada China Thailand CO 2 aktueller Prius USA Japan Kalifornien Toyota Verkaufsvolumen pro Jahr O 2 Minderungspotential von Plug-in-Hybrid in direkter Abhängigkeit vom Strom-Energiem

33 date 18/03/ page 33 Forschung und Entwicklung Historie der Batterie-Entwicklung bei Toyota Bereits 1925 initiierte Sakichi Toyoda die Entwicklung von Speicherbatterien Nickel-Metall Hydrid Batterien (Derzeit Einsatz in Hybrid Fahrzeugen) Lithium-ion Batterien (Einsatz in PHVs und Elektrofahrzeugen) Sakichi Toyoda s Forschungszimmer Beschleunigung der Entwicklung künftiger Batterietechnologien Toyota gründete im Juni 2008 eine spezielle Batterieforschungsabteilung

34 date 18/03/ page 34 Ausbau von Forschung und Entwicklung für Next- Generation Batterien

35 date 18/03/ page 35 Investitionen in Forschung und Entwicklung (2007 global) über 5 Mrd. Euro, davon 50% in Umwelttechnologien

36 date 18/03/ page 36 Das ideale, umweltverträgliche Auto Das ultimative, ökologisch-verträgliche Automobil FCHV Fuel cell hybrid vehicle Plug-In Hybridtechnologie Biodiesel D-CAT Diesel Direct injection VVT-i Flex Fuel Technology Valvematic D-4S / Gasolinedirectinjection Stratified charge Diesel-Motor Benzin-Motor Elektrofahrzeuge Wasserstoff Das richtige Fahrzeugkonzept, zur richtigen Zeit am richtigen Ort

37 date 18/03/ page 37 Entwicklungsrichtung Konzeptstudie 1/X Plug-In Hybrid Fahrzeug 500 cm³ Mittelmotor (Benzin) mit Hybridsystem und Heckantrieb Länge: Breite: Höhe: mm mm mm Radstand: mm Sitzplätze: 4 Innenraumvolumen analog Prius Gewicht: 420 kg (Prius 1300kg) erbrauchsreduzierung 50% im Vergleich zu Prius 2 (4,3 l/100km) Karosserie aus kohlefaserverstärktem Kunststoff

38 date 18/03/ page 38 Detroit 2009: Toyota FT- EV Concept - basiert auf Toyota iq - Serienfertigung ab 2012 geplant - 80 km Reichweite, Schwerpunkt urbaner Einsatz

39 date 18/03/ page 39 Innovative Mobilitätskonzepte Toyota I-Real

40 date 18/03/ page 40 Zusammenfassung Hybridtechnologie hat bereits heute ein hohes CO2 Minderungspotential Sie ist die Schlüsseltechnologie zur Effizienzsteigerung und bereitet den Weg zum Null- Emissionsfahrzeug Über Plug-In Technologie kann eine schnelle und stufenweise Weiterentwicklung zur E-Mobilität erfolgen großserientauglich, praxisorientiert und wirtschaftlich Batterieentwicklung ist die wesentliche Herausforderung der Elektromobilität Fortschritte bei Leistungsdichte, Lebensdauer und Kosten bestimmen das Tempo Anforderung an die Politik: Schaffung klarer Rahmenbedingungen und wirksamer Anreizsysteme sowohl für Kunden als auch die Hersteller. Insbesondere der spezielle Kundennutzen der E- Mobilität zum Beispiel in Städten sollte durch gezielte Kaufanreizsysteme hervorgehoben werden

41 date 18/03/ page 41 Vielen Dank!