2010 Honda Insight EX: Hybrid System Walkaround
November 06, 2009
Haben Sie sich schon einmal gefragt, was es braucht, um einen Hybrid zu bauen? Nun, das hängt davon ab, von welcher Art von Hybrid man spricht.
Die Hybride von Toyota und Ford sind komplexe (und effektive) Serien-Parallel-Hybride, d.h. sie können mit Gas, Strom, einer direkten parallelen Mischung aus beidem oder einem Serien-Huckepack-Modus betrieben werden, bei dem der Gasmotor Strom für die Batterie erzeugt, während ein Elektromotor diesen Strom zum Antrieb des Autos nutzt. Um dies zu bewerkstelligen, sind zwei leistungsstarke Elektromotoren erforderlich, die in ein ausgeklügeltes (aber mechanisch recht einfaches) Planeten-CVT-System integriert sind. Eine leistungsstarke Steuerungssoftware schaltet ständig zwischen diesen Modi um, so dass Sie nicht darüber nachdenken müssen.
Unser Honda Insight 2010 basiert jedoch auf einer einfacheren Parallelschaltung, bei der der Motor und das Getriebe voneinander getrennt sind, so dass ein dünner, schwungradgroßer Elektromotor (etwas mehr als zwei Zentimeter dick) dazwischen geschoben werden kann. Dieser Elektromotor trägt den Namen Integrated Motor Assist oder kurz IMA.
Er ist im Wesentlichen wie folgt aufgebaut:
Motor –> IMA –> Getriebe
Lassen Sie uns einen Blick auf die Rückseite des Autos werfen.
Die obige Aufnahme aus meiner Serie über die Aufhängung zeigt, warum hier die einfache Konfiguration der Drehstabaufhängung verwendet wurde: Sie lässt viel Platz zwischen den Rädern für eine tiefe zentrale Vertiefung, in der das Reserverad und das Batteriepaket untergebracht sind.
Es gibt sogar Platz für mehrere Ablagemöglichkeiten. Die optionale, federbelastete Gepäckraumabdeckung passt sogar in den Schlitz unten auf dem Foto.
Jetzt ziehen wir mal kurz das Styropor raus.
Ich sehe ein Ersatzteil. Aber da ist noch etwas darunter.
Eureka! Es ist das Akkupaket. Aber ich muss sagen, dass er nicht besonders groß ist. Vor allem, wenn man bedenkt, dass hier auch die Spannungsumwandlungs- und Ladeüberwachungselektronik untergebracht ist.
Die Batterien selbst bestehen aus Nickel-Metallhydrid-Zellen (NiMH), dem Typ, der in fast allen aktuellen Hybrid- und Elektroautos verwendet wird.
Zusammen bilden sie ein 100,8-Volt-Paket mit einer Kapazität von 5,75 Amperestunden. Ist das für Sie einleuchtend? Multiplizieren wir Volt mit Amperestunden (und teilen durch 1.000), um das Ganze in Kilowattstunden (kWh) zu betrachten, dem elektrischen Äquivalent zur Anzahl der Gallonen in einem Benzintank.
Der elektrische Tank des Insight hat also gerade mal 0,58 kWh, und das macht ihn unter anderem zu einem Mild-Hybrid. Der Prius, ein eher hybrider „Voll“-Hybrid, hat eine Batteriekapazität von etwa 1,3 kWh.
Bei einem Plug-in-Hybrid, wie dem viel gepriesenen Chevy Volt, reicht die Batteriekapazität bis zu 9 kWh, um eine etwas größere elektrische Reichweite aus der Steckdose zu ermöglichen. Bei einem Fahrzeug wie dem Mini E von 2009, einem reinen Elektroauto, das ausschließlich mit Strom betrieben wird, beträgt die nutzbare Batteriekapazität 28 kWh. Die Batteriekapazitäten für reine Elektroautos werden von hier aus zweifellos weiter ansteigen.
Wie kommt der Insight mit 0,58 kWh aus? Nun, der Elektromotor-Generator (den wir gleich sehen werden) ist nicht sehr groß, so dass er weder viel Strom verbraucht noch regeneriert. Standard-Hybridbatterien beziehen ihren gesamten Saft aus der Bremsenergierückgewinnung, und die Menge, die sie aufnehmen können, hängt stark von der Größe des Elektromotor-Generators ab.
Die Batterie des Insight speichert im Wesentlichen genug, um die Energie von innerstädtischen Stopps zurückzugewinnen, um sie sofort zu nutzen, wenn man von einer Haltestelle wegfährt, und um den Motor jedes Mal neu zu starten, wenn er im „Leerlauf“ an der Ampel abgestellt wird. Die rein elektrische Reichweite ist nicht besonders groß. In den meisten Situationen geht es um Sekunden, nicht um Minuten.
Wie alle Hybridbatterien werden auch diese als Teil des Emissionssystems des Fahrzeugs betrachtet, denn wenn sie ausfallen, wird das Auto die meiste Zeit mit Benzin fahren und mehr Schadstoffe ausstoßen.
Das bedeutet, dass Sie sich wahrscheinlich nie Gedanken über die Kosten für den Batteriewechsel oder die Auswirkungen verbrauchter Hybridbatterien auf die Mülldeponie machen müssen, denn sie müssen die strenge kalifornische Emissionsgarantie von 10 Jahren oder 150.000 Meilen überstehen.
Wie ist das möglich? Indem man die Batterie nie auf 0 % entladen und nie auf 100 % aufladen lässt. Der Schlüssel zu einer langen Batterielebensdauer ist ein sorgfältiges Management des Ladezustands (SOC). Hybrid- und Elektroautos nehmen diesen Aspekt weitaus ernster als das Ladesystem eines Makita-Schraubers oder anderer wiederaufladbarer Heimelektronik.
Eine typische NiMH-Hybridbatterie wird, ganz grob gesagt, nur die dünne Scheibe des SOC von, sagen wir, 30 % bis 70 % SOC nutzen. Die Leute sind begeistert von Lithium-Batterien, weil im Vergleich dazu ein breiterer SOC-Bereich genutzt werden kann, z. B. von 25 % bis 75 % oder von 20 % bis 80 % SOC. Und das bedeutet, dass in einer Lithium-Ionen-Batterie gleicher Größe mehr Strom gespeichert werden kann.
Durch dieses orangefarbene Kabel fließt Strom zwischen der Batterie und dem Motor-Generator (in beide Richtungen).
Das ist die Kraft des 1,3-Liter-Vierzylinder-Motors, der aus eigener Kraft 85 PS leistet! Der IMA kann bei Bedarf weitere 13 PS (10 kW) liefern, was die maximale Leistung auf 98 PS erhöht.
Es handelt sich hier eindeutig nicht um ein Kraftpaket, das die Welt in Brand setzen soll, denn der Insight erreicht seinen geringen Kraftstoffverbrauch durch eine moderne Adaption eines alten Honda-Prinzips, das in den früheren „HF“-Modellen mit reinem Benzinbetrieb angewandt wurde: Geringes Gewicht, ein zierlicher Antriebsstrang, ein kleiner Fahrzeugquerschnitt mit guter Aerodynamik und dünne Reifen mit geringem Rollwiderstand.
Die Formel beinhaltet normalerweise ein manuelles Getriebe, aber hier wird ein effizientes CVT verwendet. Dabei handelt es sich jedoch um ein „normales“ CVT-Getriebe und nicht um das exotische elektromechanische CVT-Getriebe des Prius. Diese Version des Insight könnte genauso gut ein manuelles Getriebe haben, wie der erste Insight, denn der Elektromotor-Generator ist mehr ein Booster als alles andere.
Schauen Sie in das Innere des Kreises, um den IMA-Motor-Generator zu sehen, wo er zwischen dem Motor und dem Getriebe eingebettet ist. Wie wäre es mit einem näheren Blick?
Grün = Motor, Orange = CVT-Getriebe und Gelb = IMA, das Fleisch im Sandwich.
Der IMA kann die Leistung des Motors um bis zu 13 PS erhöhen und fungiert auch als Hauptstarter für den Motor.
Der Motor ist nie vollständig vom IMA getrennt, da es keine Kupplung zwischen den beiden gibt. Die IMA kann das Auto in den ersten Sekunden, nachdem man mit ausgeschaltetem Motor vom Fleck gerollt ist, dennoch selbst antreiben, aber die Kurbelwelle dreht sich weiter und die Kolben pumpen weiter auf und ab.
Wenn man die Luft auf diese Weise durch offene Ventile pumpt, entsteht ein großer Luftwiderstand, der die Effizienz ruiniert, weshalb Honda sein VTEC-Nockenschaltsystem einsetzt, um Abhilfe zu schaffen. Eine Nocke hat das Standardprofil, das der Motor immer verwendet, wenn er läuft, aber das zweite Nockenprofil ist komplett rund, so dass die Einlass- und Auslassventile nie geöffnet werden, während die Kolben ohne Kraftstoffeinspritzung herumfliegen.
Auf den ersten Blick scheint dies schlimmer zu sein, da es Kraft kostet, die Rohluft in einem Zylinder zu komprimieren. Aber man bekommt fast alles davon zurück, da der Kolben durch den Luftfedereffekt zurückgedrückt wird, nachdem er den oberen Totpunkt erreicht hat. Und diese Bewegung wird durch die Tatsache geglättet, dass 4 Kolben dies in verschiedenen Teilen des Zyklus tun, so dass die Kompressionskräfte in einem Zylinder durch Ausdehnungskräfte in einem anderen ausgeglichen werden.
HINWEIS: Sehen Sie nun, warum die Umgehung der Aufhängung so viel einfacher ist als die des Antriebsstrangs?
Die vielleicht wichtigste Rolle des IMA ist das regenerative Bremsen. Wenn man vom Gas geht, kehrt der Computer die Polarität im Inneren um und verwandelt den IMA von einem Motor in einen Generator. Die erzeugte Elektrizität fließt zurück in die Batterie, und die Erzeugung erzeugt eine kleine „Bremskraft“, während die Magneten im Generator ihre Arbeit verrichten.
Die Kraft ist in diesem Fall wegen der geringen Größe des IMA und der Batterie gering: Man kann nur so viel erzeugen und speichern, wie man will. Daher fühlt sich die regenerative Bremskraft nicht stärker an als eine einfache Motorbremsung im höchsten Gang bei einem Benzinauto. Sie müssen immer noch das Bremspedal und das herkömmliche Scheiben-/Trommelbremssystem für die meisten Bremsvorgänge benutzen. Allerdings kann das Regenerationssystem durch sanftes Treten des Pedals und allmähliches Abbremsen über eine lange Strecke so viel wie möglich aufnehmen.
Das ist in unserem vollelektrischen Mini E nicht der Fall, wo eine riesige Batterie (50-mal größer) und ein großer Motor-Generator (die einzige Antriebsmaschine im Auto) so viel Saft wie möglich schlucken können (und müssen). Elektroautos müssen jeden Rest zurückgewinnen, um die angegebene Reichweite zu erreichen.
Und so fährt der Mini E wie ein Slotcar, mit beträchtlichen regenerativen Bremskräften, die auftreten, wenn man nur den Fuß vom Gaspedal nimmt. Sie sind so stark, dass man 70 % der Zeit ohne das normale Bremspedal auskommt; so stark, dass die Bremslichter per Computer so programmiert sind, dass sie aufleuchten, damit das nachfolgende Auto einem nicht auffährt.
Dünne 175/65R15-Reifen reduzieren den Rollwiderstand in der Tradition von Civic und CRX „HF“. Der endgültige EPA-Kraftstoffverbrauch liegt bei 40 (Stadt), 43 (Autobahn) und 41 (kombiniert).
Der Honda Insight beeindruckte und begeisterte uns, als wir ihn bei der Pressevorstellung zum ersten Mal sahen und fuhren, aber das war zu einer Zeit, als die Gerüchteküche den Preis im Bereich von 17.000 bis 18.000 $ ansetzte und der Benzinpreis bei über 4 $ pro Gallone lag.
Aber der Insight begann schließlich bei über 20.000 $ (mit Zielort). Dafür bekommt man einen Honda mit niedrigem Hubraum im traditionellen, sparsamen Honda-„HF“-Sinn, der durch ein vereinfachtes Mild-Hybrid-System einen kleinen Leistungs- und Verbrauchsschub erhält. Bei den moderaten Kraftstoffpreisen scheint dieser Preis ein bisschen happig zu sein.
Dan Edmunds, Direktor für Fahrzeugtests