Elektrische auto met hulpmotor

De Prius-hybride valt niet op door een bijzonder geslaagde vormgeving. „Nee, het is een echt Japans model”, vindt verkoper R. de Boef van dealer Wagenmaker in Apeldoorn. „En de Japanners hebben een andere smaak dan wij Europeanen. Zij passen hun ontwerpen dan ook altijd aan de Europese markt aan. Omdat dit een heel nieuw concept is, is dat nu niet gebeurd. De auto is als het ware om het hybride-aandrijfsysteem heen gebouwd. Niet uitgesproken lelijk, maar voor ons gevoel kloppen de verhoudingen niet. In het moederland zijn er sinds 1997 al zo'n 50.000 exemplaren van verkocht. Het eerste Europese hybridemodel zal de Previa worden.”

Toch verkoopt de auto ook in Nederland. Er moet dus iets anders zijn. Het echte nieuwe is dan ook onderhuids te vinden. Onder de motorkap wordt duidelijk waarom deze auto een hybride –letterlijk: een bastaard– genoemd wordt. De Prius is de eerste auto in serieproductie met twee motoren: een elektrische en een verbrandingsmotor. „In die volgorde”, zegt Paul van Rijswijk van importeur Louwman en Parqui. „De Prius is een elektrisch aangedreven auto. Alleen als het niet anders kan, springt de benzinemotor bij.”

De Japanse fabrikant koos bewust voor een benzinemotor. Van Rijswijk: „Bij dit type motoren kunnen bijvoorbeeld de kleptiming en het ontstekingsmoment goed geregeld worden. Door dit te optimaliseren zal de verbranding zo goed mogelijk plaatshebben. Hoe beter de verbranding, hoe schoner de uitlaatgassen. Omdat diesel zelfontbrandend is, is de combinatie met een elektromotor veel moeilijker, hoewel de techniek ook op dieselgebied sterk vooruitgaat.”

De autowereld is al langer op zoek naar aandrijfbronnen die geen of nauwelijks vervuiling uitstoten. Elektrische auto's lijken goede kansen te hebben. Deze types kampen echter technisch gezien met een niet onaanzienlijk probleem: de actieradius is klein en het prestatieniveau laag. Bovendien moet een dergelijke auto altijd een keer 'aan de stekker', waar het opladen eerder uren dan minuten duurt.

Serie en parallel
Toyota onderkende de problemen en sloeg de hybrideweg in. Het eerste resultaat –de Prius– is een elektroauto met hulpmotor. De benodigde energie voor de elektromotor komt nu rechtstreeks van het 1,4 liter benzineaggregaat of uit de nikkel-metaalaccu, die uit 38 segmenten bestaat. „Dit type batterij staat garant voor een laag onderhoudsniveau, snel laden en ontladen en is bijvoorbeeld al veel in gebruik in de heftruckwereld”, vertelt Van Rijswijk.

Tot nog toe waren hybride-aandrijvingen te onderscheiden in twee systemen: serie of parallel. In het eerste geval werkt de verbrandingsmotor alleen maar om stroom op te wekken voor de elektromotor. Bij de parallelle constructie wordt zowel de verbrandings- als de elektromotor ingeschakeld voor de voortbeweging. Toyota combineerde in de Prius de voordelen van beide systemen: de benzinemotor dient niet alleen voor het opwekken van stroom, maar neemt desgewenst ook de aandrijving over.

In de Prius regelt een controlemechanisme voortdurend de samen- en wisselwerking tussen de beide motoren. Bij een lage vermogensbehoefte werkt alleen het elektrogedeelte. Kan dat de vraag niet meer aan, dan springt de benzinemotor bij. Welke motor wat doet en hoe de vermogensstromen lopen, is goed te zien op het display in het dashboard. Hierop kunnen ook het actuele verbruik en het gemiddelde verbruik worden afgelezen. Het gevaar is niet denkbeeldig dat de 'echte centenknijper' meer naar het display zit te kijken dan naar de weg.

Samenspel
Spil in het hele samenspel tussen de twee motoren is een planetair tandwielstelsel (pts). Aan de ene kant van het pts komt de as van de elektromotor binnen, aan de andere kant die van de benzinemotor. De uitgaande as van het pts drijft via een kettingverbinding de eindoverbrenging aan. „De kettingoverbrenging geeft het effect van een continu variabele transmissie, het aandrijfsysteem waar Daf ooit bekend mee geworden is. Omdat alle aandrijfkrachten via het pts lopen, zijn de twee motoren niet rechtstreeks aan elkaar gekoppeld. Hierdoor heeft een verandering van vermogensbron ongemerkt en traploos plaats”, aldus Van Rijswijk.

Ongemerkt gaat ook het starten. Het kenmerkende startmotorgeluid ontbreekt. „In deze auto is een andere krachtbron aanwezig, de elektromotor. Deze kan de benzinemotor starten door even rechtstreeks op de krukas aan te drijven, zodat een aparte startmotor niet nodig is. Eigenlijk is het te vergelijken met het aanslingersysteem van vroeger”, geeft De Boef aan. Geen luidruchtig aanslaan van de motor. Sleutel omdraaien, wachten op een piepje en het lampje ”ready”, en de auto is rijklaar. Overigens zal bij een koude start de benzinemotor wel even aanslaan. Deze blijft dan draaien totdat de bedrijfstemperatuur is bereikt. Deze voorziening moet ervoor zorgen dat de benzinemotor zo snel mogelijk de best haalbare emissiewaarden haalt.

Aggregaat
Zodra vermogen wordt gevraagd, berekent de computer waar dit vandaan moet komen. Bij rustig wegrijden werkt tot zo'n 20, 30 kilometer per uur alleen de elektromotor. Is er meer nodig, dan springt de benzinemotor bij. Het daardoor geleverde vermogen wordt opgedeeld en gaat enerzijds naar een dynamo die met de opgewekte stroom de elektromotor van voeding voorziet. Het andere deel gaat rechtstreeks via het pts naar de wielen. „Ook hier gaat het motormanagementsysteem er weer van uit dat de meeste kracht bij voorkeur door de elektrische aandrijving geleverd moet worden. De benzinemotor is dus meer aggregaat dan aandrijfbron.”

Dat verandert als de bestuurder plotseling 'vol gas' weg of verder wil rijden. Op dat moment zal zowel de elektro- als de benzinemotor volop vermogen gaan leveren. Omdat de elektromotor nu weinig of geen stroom meer krijgt van de 'verbrandingsbroer', wordt de capaciteit van de accu's aangesproken. „Het controlemechanisme bepaalt de verhouding altijd zodanig dat het efficiëntste energieverbruik wordt gerealiseerd”, aldus De Boef. Bij normaal gebruik is 1 op 22 dan ook geen uitzondering.

Magnetisch veld
Bij fel accelereren moet de batterij dus bijspringen; bij afremmen gebeurt het omgekeerde. Bij ”gas loslaten” valt de aandrijving weg en zal de auto door wrijving vaart minderen. Dat gebeurt bij een 'normale' auto ook. Trapt de bestuurder echter het rempedaal van zijn Prius in, dan zal niet automatisch een hydraulisch systeem in werking treden. „De computer bepaalt welk deel van het remvermogen elektrisch zal worden gegenereerd en welk deel hydraulisch. Ook weer in die volgorde”, aldus Van Rijswijk. Elektrisch remmen doet de Prius door het magnetisch veld van de elektromotor om te keren, dat geeft een remmende werking. De kinetische energie van de wielen wordt zo omgezet in elektrische energie, die wordt opgeslagen in de accu.

De nikkel-metaalaccu's wel te verstaan. Deze zijn speciaal bedoeld voor het hybride-aandrijfsysteem. De Prius heeft ook nog een 'gewone' 12-volt accu voor de voeding van het computersysteem, de verlichting, de audio-installatie en dergelijke.

Al die elektriciteit heeft al wel vraagtekens opgeroepen bij hulpverleners. De Boef kent de ongerustheid en wil die graag wegnemen. „Er is niets aan de hand. In de Prius zitten vier schoksensoren, die bij een botsing direct het accupakket afsluiten en het systeem uitschakelen. Daarnaast kan ten overvloede nog een zekering achter in de kofferruimte worden losgetrokken. Elke hulpverlenende instantie is daarop gewezen.”

Tip
Het accupakket maakt de auto wel zwaar. De Prius weegt ruim 1,5 ton. Gelukkig houdt de Nederlandse wetgever er rekening mee dat de auto minder milieubelastend is. De Boef: „Voor de Prius hoeft bij de aanschaf geen BPM te worden betaald. De auto kost daarom zo'n 53.000 gulden. Ook in de wegenbelasting komt de overheid de Prius-rijder tegemoet: de belasting is berekend op het gewicht van de auto minus alle elektrische componenten. Fiscaal gezien weegt de auto daarom maar 1017 kilogram.”

Het financiële én het milieuvoordeel zijn meestal doorslaggevend voor de aanschaf van een Prius, ervaart de Apeldoornse verkoper. „Laatst ruilde een klant zijn Toyota Camry 2.3 in voor een Prius. Scheelde enorm in wegenbelasting, maar bovenal in het verbruik. De Camry deed 1 op 9, nu rijdt deze man ruim 1 op 22. En dat met de huidige benzineprijzen.”

Als laatste geeft De Boef nog een tip mee voor de toekomstige Prius-rijder: „Kijk vooruit en rem niet te abrupt. Laat de auto uitrollen met de voet licht op het rempedaal. Door het omkeren van het magnetisch veld in de elektromotor zal de auto nu stroom opwekken en tegelijkertijd op de motor afremmen. Dan is de auto extra zuinig. Eigenlijk is dit een auto voor stadsverkeer en files.”

Hybride aandrijfsysteem van Toyota, met animatie
www.toyota.nl