Energie- & milieu-informatiesysteem voor het Vlaams Gewest

MVV - Hybride

Benzinemotor  | Dieselmotor  | LPG  | Aardgas  | Waterstof  | Bio  | Elektrisch  | Brandstofcel | Hybride

 

Een hybride voertuig is een voertuig met twee aandrijfsystemen. Eén van die aandrijfsystemen is een elektrische aandrijving, het andere een conventionele verbrandingsmotor. De hybride werkt op benzine of diesel. Belangrijkste voordelen van de hybride zijn het aanzienlijk lagere brandstofgebruik vergeleken met conventionele voertuigen en de lage uitstoot van schadelijke gassen.

Onder de voertuigen die onder de noemer hybride vallen bestaan veel variaties in type aandrijfsysteem, type energievoorziening en de relatieve grootte van de toegepaste componenten. Globaal kunnen er twee soorten hybride systemen worden onderscheiden.

Bij de serie hybride wordt het voertuig alleen door een elektromotor aangedreven. De elektromotor wordt gevoed met energie uit batterijen en uit de tweede krachtbron. Deze tweede krachtbron kan zowel een conventionele Otto- of dieselmotor zijn als een gasturbine gekoppeld aan een generator of een brandstofcel. De tweede krachtbron kan in dit systeem op een constant optimaal bedrijfspunt werken. Het onderscheid met een parallel hybride is dat alle energie voor de aandrijving elektrisch beschikbaar is. De uitvoering van de serie hybride is afhankelijk van het doel. De batterijcapaciteit en het vermogen van de generator worden hier aan aangepast. Door de veelvuldige omzettingen van mechanische naar elektrische energie en omgekeerd hebben serie hybride voertuigen over het algemeen weinig voordeel in brandstofverbruik ten opzichte van conventionele voertuigen. Enkel in stadsverkeer, waar veel remenergie kan teruggewonnen worden, en waar een conventioneel voertuig vaak in nullast of deellast werkt, kan een lager energieverbruik gehaald worden. In een parallel hybride komt de energie van beide energiebronnen beschikbaar op de mechanische koppeling. De verbrandingsmotor is dus mechanisch gekoppeld aan de wielen en zijn energie wordt dus niet omgezet in elektrische energie voor de aandrijving. Dit maakt dat parallel hybride voertuigen globaal een lager brandstofverbruik hebben. De huidige hybride voertuigen van Toyota en Honda zijn alle van het parallel hybride type.

De elektrische energie kan worden opgeslagen in batterijen, vliegwielen en ultracondensatoren. Het verschil tussen energieopslag in een elektrische en in een hybride voertuig is dat elektrische voertuigen vooral opslagsystemen met hoge energiedichtheid nodig hebben, en dat bij opslagsystemen voor hybride voertuigen voornamelijk de hoge vermogensdichtheid van belang is.

• In batterijen wordt de elektrische energie chemisch opgeslagen. Voordeel van batterijen is dat het een goedkopere en meer gekende technologie is vergeleken met vliegwielen en ultracondensators.
• In vliegwielen wordt energie mechanisch opgeslagen in de vorm van kinetische energie. Voordeel van vliegwielen is dat de energieopslag efficiënt is. Nadelen zijn de lage opslagcapaciteit en de hoge kosten. De ontwikkeling van vliegwielen bevindt zich nog in een experimenteel stadium.
• In een ultracondensator wordt elektrische energie opgeslagen door opeenhoping van lading. Ultracondensatoren zijn nog niet commercieel beschikbaar. Voordeel van de ultracondensator is de lange levensduur en het hoge vermogen voor het opvangen van piekstromen. Belangrijkste nadeel is de lage opslagcapaciteit.

Een verdere evolutie, waarvan verwacht wordt dat ze een grote kans maakt op de markt, is “mild hybride”. Deze voertuigen maken gebruik van een geïntegreerde startergenerator (ISG), die mechanisch gekoppeld is aan de verbrandingsmotor. De ISG op zich is een elektromotor met een vermogen tussen 5 en 10kW. Hij vervangt het vliegwiel op de motor, fungeert als startmotor bij opstart en als generator (of alternator) bij gewone motorwerking. Bovendien kan de ISG de verbrandingsmotor assisteren bij hoge motorbelasting. ISG systemen zullen gekoppeld worden aan 36 / 42 V batterijsystemen (spanning 3 x hoger dan de huidige batterijen). ISG systemen maken het mogelijk om:

• de verbrandingsmotor af te zetten bij stilstand van het voertuig. De ISG kan de motor terug starten op minder dan een halve seconde.
• de verbrandingsmotor te verkleinen (een deel van het piekvermogen kan door de ISG geleverd worden). Hierdoor wordt ook de globale efficiëntie van de verbrandingsmotor verhoogd.
• een deel van de remenergie via de ISG op te slaan in de batterijen. Met deze technologie zou het brandstofverbruik kunnen verlaagd worden met 15 à 20%.

Milieu

Er zijn een aantal redenen waarom hybride voertuigen – vooral in stadsverkeer - zuiniger zijn dan conventionele voertuigen:

• Het hybride systeem biedt de mogelijkheid tot regeneratie van remenergie waardoor efficienter met energie kan worden omgesprongen.
• De verbrandingsmotor kan worden gedimensioneerd op gemiddelde belasting en niet op piekbelasting.
• Een serie hybride kan voorzien zijn van een relatief kleine motor die optimaal is afgesteld op een bepaald toerental en draait op bijna vol vermogen. Zo kan een rendement van 35 tot 40% worden gehaald terwijl een conventionele automotor niet meer dan 18% haalt in stadsverkeer.

Omdat het energieverbruik van een hybride lager is dan dat van een conventioneel voertuig zijn de emissies navenant lager. De milieuvoordelen (lokaal) van een hybride auto zijn wel kleiner dan voor een volledig elektrische auto.

De emissiekarakteristiek van een hybride auto is het gunstigst als de verbrandingsmotor niet direct voor de aandrijving wordt gebruikt, maar als generator voor het bijladen van de batterij (serie hybride). Bij dit systeem kan de motor namelijk op een optimaal toerental draaien waarbij de efficiëntie maximaal en het emissieniveau minimaal is. Bij een serie hybride systeem dient wel rekening gehouden te worden met bijkomende verliezen gekoppeld aan de omzetting van mechanische energie naar elektrische en terug van elektrische energie naar mechanische.

Afhankelijk van de uitvoering zijn er nog een aantal mogelijke voordelen van hybride voertuigen ten opzichte van conventionele voertuigen op het gebied van emissies. Zo hebben hybride voertuigen de mogelijkheid om:

• in bijvoorbeeld stedelijk gebied volledig elektrisch te rijden en dus zonder lokale emissies
• bij het stoppen en optrekken volledig elektrisch te rijden.
• koude start emissies te reduceren. Bij benzinewagens vormen deze koude start emissies een groot probleem; in de eerste minuten van een rit emitteert de auto relatief het meest. De koude start emissies worden voor een groot deel veroorzaakt door mengselverrijking en doordat de katalysator nog niet op temperatuur is. Hybride voertuigen kunnen het eerste deel van de rit elektrisch rijden, terwijl de katalysator elektrisch kan worden opgewarmd, voordat de verbrandingsmotor wordt gestart.