2010 Honda Insight EX: Walkaround hybride systeem
November 06, 2009
Heeft u zich ooit afgevraagd wat er nodig is om een hybride te bouwen? Nou, dat hangt ervan af over wat voor soort hybride je het hebt.
De hybrides van Toyota en Ford zijn complexe (en effectieve) serie-parallel hybrides, wat betekent dat ze kunnen rijden op gas, elektriciteit, een directe parallelle menging van de twee of een serie piggyback mode waarbij de gasmotor elektriciteit genereert voor de accu terwijl een elektromotor die elektriciteit gebruikt om de auto aan te drijven. Om dit voor elkaar te krijgen zijn twee krachtige elektromotoren nodig die zijn geïntegreerd in een verbluffend (maar mechanisch vrij eenvoudig) planetair CVT-systeem. Krachtige besturingssoftware schakelt voortdurend tussen deze modi, zodat u er niet over hoeft na te denken.
Maar onze 2010 Honda Insight is gebaseerd op een eenvoudiger parallel-opstelling, waarbij de motor en transmissie uit elkaar zijn gehaald zodat een dunne, vliegwielgrote elektromotor (iets meer dan 2-inch dik) ertussen kan worden geschoven. Deze elektromotor draagt de naam Integrated Motor Assist of kortweg IMA.
Het is in principe als volgt opgebouwd:
Engine –> IMA –> Transmission
Laten we eens kijken, te beginnen bij de achterkant van de auto.
De bovenstaande opname uit mijn ophanging walkaround serie laat zien waarom de eenvoudige twist beam ophanging configuratie hier werd gebruikt: het laat veel ruimte tussen de wielen voor een diepe centrale put die het reservewiel en de accu huisvest.
Er is zelfs ruimte voor diverse opberghoekjes. De optionele, veerbelaste, oprolbare laadklep past zelfs in de sleuf onderaan de foto.
Trek dat piepschuim er nu eens even uit.
Ik zie een reserve. Maar er zit nog iets anders onder.
Eureka! Het is de accu. Maar ik moet zeggen, het is niet een erg grote. Zeker als je bedenkt dat de spanningsomzetting en de laad-monitoring elektronica hier ook zijn ondergebracht.
De batterijen zelf bestaan uit nikkel-metaalhydride (NiMH) cellen, het type dat in bijna alle huidige productie hybrides en elektrische auto’s wordt gebruikt.
Totaal vormen ze een 100,8-volt pack dat een capaciteit heeft van 5,75 ampère-uur. Is dat Grieks voor u? Laten we volt vermenigvuldigen met ampère-uur (en delen door 1.000) om dit te bekijken in Kilowatt-uur (kWh), het elektrische equivalent van het aantal liters in een gastank.
De elektrische tank van de Insight is daarom een schamele 0,58 kWh, en dat, onder andere, maakt het een mild hybride. De Prius, een meer hybride-achtige “full” hybride, heeft een accucapaciteit van ongeveer 1,3 kWh.
Op naar een plug-in hybride, zoals de veel bejubelde Chevy Volt, en de accucapaciteiten beginnen te variëren tot 9 kWh om een beetje uitgebreide elektrische-only bereik tegemoet te komen met dank aan uw stopcontact. Als je verder rijdt zoals onze Mini E uit 2009, een volledig elektrische auto die voor alles afhankelijk is van stroom, kom je uit op een batterij met een bruikbare capaciteit van 28 kWh. De capaciteit van volledig elektrische accu’s zal vanaf hier ongetwijfeld toenemen.
Hoe redt de Insight het met 0,58 kWh? Wel, de elektrische motor-generator (die we zo dadelijk zullen zien) is niet erg groot, dus verbruikt noch regenereert hij erg veel elektriciteit. Standaard hybride batterijen krijgen AL hun stroom van regeneratief remmen, en de hoeveelheid die ze kunnen opnemen is sterk afhankelijk van de grootte van de elektromotor-generator.
De batterij van de Insight slaat in wezen genoeg op om energie terug te winnen van stops in de stad voor onmiddellijk gebruik wanneer u wegrijdt van een stop en voor het opnieuw starten van de motor elke keer als hij afslaat terwijl u “stationair” draait voor een verkeerslicht. Er is niet veel in de zin van volledig elektrische actieradius. We hebben het over seconden, geen minuten per keer in de meeste situaties.
Zoals alle hybride batterijen, worden deze beschouwd als onderdeel van het emissiesysteem van de auto, omdat als ze falen de auto zal lopen op benzine meer van de tijd en stoot meer verontreinigende stoffen uit.
En dat betekent dat u zich waarschijnlijk nooit zorgen hoeft te maken over de kosten van het vervangen van de batterij of het storten van gebruikte hybride batterijen, omdat ze moeten meegaan met de strenge Californische emissiewaarborg van 10 jaar of 150.000 mijl.
Hoe is dit mogelijk? Door de batterij nooit tot 0% leeg te laten lopen en nooit tot 100% op te laden. De sleutel tot het behoud van een lange levensduur van de batterij is een zorgvuldig beheer van de laadstatus of SOC. Hybrides en elektrische auto’s nemen dit aspect veel serieuzer dan het laadsysteem van een Makita-schroefpistool of andere oplaadbare thuiselektronica.
Een typische hybride NiMH-batterij zal, in zeer ruwe hypothetische termen, alleen het dunne plakje SOC gebruiken van, laten we zeggen, 30% tot 70% SOC. Mensen zijn enthousiast over Lithium batterijen omdat, in vergelijking, een breder bereik van SOC kan worden gebruikt, zoals van 25% tot 75% of van 20% tot 80% SOC. En dat betekent dat er meer elektriciteit kan worden opgeslagen in een Lithium-Ion batterij van dezelfde grootte.
De stroom vloeit tussen de accu en de motor-generator (in beide richtingen) via deze oranje kabel.
Houd de kracht die uitgaat van de 1,3-liter 4-cilinder motor die in z’n eentje 85 paardenkrachten levert! De IMA kan nog eens 13 pk (10kW) leveren als dat nodig is, wat het maximum op 98 pony’s brengt.
Het is duidelijk dat dit geen krachtpatser is, gebouwd om de wereld in vuur en vlam te zetten, want de Insight bereikt zijn brandstofbesparing door een moderne aanpassing van een oud Honda principe, vastgelegd in hun vroegere “HF” benzine-only modellen: Licht gewicht, een kleine aandrijflijn, een kleine dwarsdoorsnede met goede aerodynamica en magere banden met lage rolweerstand.
De formule omvat meestal een handgeschakelde versnellingsbak, maar hier wordt een efficiënte CVT gebruikt. Maar het is een “normale” CVT in plaats van de exotische elektro-mechanische CVT gezien in de Prius. Deze versie van de Insight zou net zo goed een handgeschakelde versnellingsbak kunnen gebruiken, net als de eerste Insight, omdat de elektromotor-generator meer een aanjager is dan iets anders.
Kijk in de cirkel om de IMA motor-generator te zien waar hij tussen de motor en de transmissie zit.
Groen = motor, oranje = CVT-transmissie en geel = IMA, het vlees in de sandwich.
De IMA kan tot 13 pk toevoegen aan het vermogen van de motor en fungeert tevens als hoofdstarter voor de motor.
De motor is nooit volledig losgekoppeld van de IMA, omdat er geen koppeling tussen beide zit. De IMA kan desondanks de auto zelf aandrijven gedurende de eerste seconden nadat je wegrolt van een stop met de motor uit, maar de krukas zal nog steeds draaien en de zuigers zullen nog steeds op en neer pompen.
Het pompen van lucht op deze manier door open kleppen creëert veel weerstand die de efficiëntie ruïneert, dus Honda gebruikt hun VTEC-nokken-schakelsysteem om verlichting te bieden. De ene nok heeft het standaardprofiel dat de motor altijd gebruikt als hij draait, maar het tweede nokprofiel is helemaal rond, zodat de in- en uitlaatkleppen nooit opengaan als de zuigers rondvliegen zonder dat er brandstof wordt ingespoten.
Op het eerste gezicht lijkt dit slechter te zijn, want het kost kracht om de ruwe lucht in een cilinder samen te persen. Maar je krijgt bijna alles terug als de zuiger wordt teruggeduwd nadat hij top-dood centrum bereikt als gevolg van de lucht-veer-effect. En deze beweging wordt afgevlakt door het feit dat 4 zuigers dit in verschillende delen van de cyclus doen, zodat de compressiekrachten in de ene cilinder worden gecompenseerd door de uitschuifkrachten in een andere.
NOOT: Zie je nu waarom een rondje op de ophanging veel gemakkelijker is dan een rondje op de aandrijflijn??
De belangrijkste rol van het IMA is misschien wel het regeneratief remmen. Als je het gas loslaat, draait de computer de polariteit binnenin om, zodat de IMA van een motor in een generator verandert. Deze opgewekte elektriciteit stroomt terug in de accu, en de actie van het genereren van het creëert een kleine vertragende “rem” kracht als de magneten in de generator doen hun ding.
De kracht is klein in dit geval vanwege de geringe omvang van de IMA en de accu: je kunt alleen genereren en opslaan zo veel met deze milde setup. Als gevolg daarvan voelt de regeneratieve remkracht niet significanter aan dan het remmen op de motor in de hoogste versnelling in uw benzine-auto. U moet nog steeds het rempedaal en het conventionele schijf-/trommelremsysteem gebruiken om af te remmen en te stoppen. Dat gezegd hebbende, zachtjes gebruik van het pedaal en geleidelijk vertragen over een lange afstand laat het regen-systeem om zo veel mogelijk op te nemen.
Dat is niet het geval in onze volledig elektrische Mini E, waar een enorme batterij (50 keer groter) en een grote motor-generator (de enige primaire mover in de auto) zoveel sap kunnen (en moeten) slikken als ze maar kunnen. Elektrische auto’s moeten elk restje opvangen om hun geadverteerde actieradius te halen.
En dus rijdt de Mini E als een gokauto, met aanzienlijke regeneratieve remkrachten die optreden door alleen maar je voet van het “gas”-pedaal te halen. Ze zijn zo sterk dat je 70% van de tijd zonder het gewone rempedaal kunt; zo sterk dat de remlichten via de computer zijn geprogrammeerd om aan te gaan zodat de auto erachter je niet van achteren raakt.
Skinny 175/65R15-banden verlagen de rolweerstand in de traditie van de Civic en CRX “HF”. Het uiteindelijke EPA-brandstofverbruik is 40 stad/43 snelweg/41 gecombineerd.
De Honda Insight indruk en enthousiast toen we voor het eerst zagen en reed het op de pers introductie, maar dat was toen de geruchtenmolen had de prijs in de $ 17.000 tot $ 18.000 bereik en gas was meer dan $ 4 per gallon.
Maar de Insight uiteindelijk beginnen bij meer dan $ 20k (met bestemming). Voor dat geld krijg je een Honda met een laag vermogen in de traditionele zuinige Honda “HF” zin, die een beetje prestaties en zuinigheid boost krijgt van een vereenvoudigd mild hybride systeem. Met gematigde brandstofprijzen, die prijs lijkt een beetje steil.
Dan Edmunds, directeur van voertuigtests