Nieuwe generatie aandrijvingen

Reader nieuwe generatie aandrijvingen 1/196

Versie 3.13, 22 september 2013 Roeland M.M. Hogt

Hogeschool Rotterdam

Instituut voor Engineering en Applied Science

Module AUT03 en ACE1 DT

Reader nieuwe generatie aandrijvingen Auteur: Roeland M.M. Hogt

Versie 3.13, In ontwikkeling tot hoofdstuk 5, rest nog niet definitief

22 september 2013

Voortgang: versie studiejaar 2013-2014

© 2013, Hogeschool Rotterdam

Alle rechten voorbehouden. Niets van deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een

geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of enige wijze, hetzij elektronisch,

mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke

toestemming van de Hogeschool Rotterdam



Inhoudsopgave

1 INLEIDING ................................................................................................................................................. 5

1.1 OPBOUW VAN DEZE READER ...................................................................................................................... 6 1.2 OVERIGE DOCUMENTEN ............................................................................................................................. 7

2 KENNISONTWIKKELING EN KENNISDELING ................................................................................ 8

2.1 COMMUNITY OF PRACTICE (COP) FUTURE MOBILITY EN KENNISPORTAL EMOBILITY-LAB ....................... 8

3 INLEIDING IN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE AANDRIJVING ....................................................... 9

3.1 HISTORIE ................................................................................................................................................... 9 3.2 TRENDS EN ONTWIKKELINGEN ................................................................................................................. 10 3.3 ELEKTRISCHE EN HYBRIDE AANDRIJVING ................................................................................................ 21

3.3.1 Basiskennis .................................................................................................................................... 21 3.3.2 Systeembeschrijving ...................................................................................................................... 25 3.3.3 Componenten ................................................................................................................................. 29 3.3.4 Voertuigen ..................................................................................................................................... 29

4 DIMENSIONERING ELEKTRISCHE EN HYBRIDE AANDRIJVING ........................................... 30

4.1 SYMBOLENLIJST ...................................................................................................................................... 30 4.2 FUNCTIONELE DECOMPOSITIE VAN DE AANDRIJVING ............................................................................... 32 4.3 AANDRIJVING MET VERBRANDINGSMOTOREN (HERHALING) ................................................................... 35

4.3.1 Basiskennis .................................................................................................................................... 35 4.3.2 Systeembeschrijving ...................................................................................................................... 36 4.3.3 Dimensionering conventionele aandrijving met verbrandingsmotor ............................................ 37

4.4 ONTWERPPROCES .................................................................................................................................... 41 4.5 DEFINITIE: PROGRAMMA VAN EISEN ........................................................................................................ 46

4.5.1 Opstellen specificaties hybride aandrijving, het kader ................................................................. 47 4.5.2 Opstellen specificaties hybride en elektrische aandrijving, vereenvoudigde toepassing .............. 54

4.6 CONCEPT: BASIS DIMENSIONERING EN PACKAGING ................................................................................. 63 4.6.1 Berekeningen ten aanzien van de prestaties .................................................................................. 63

4.6.1.1 Voertuigweerstanden ................................................................................................................................ 63 4.6.1.2 Basisvergelijkingen elektrische aandrijving.............................................................................................. 65 4.6.1.3 Basisvergelijkingen serie-hybride aandrijving .......................................................................................... 67 4.6.1.4 Basisvergelijkingen parallel-hybride aandrijving ..................................................................................... 68 4.6.1.5 Basisvergelijkingen gemengd-hybride aandrijving ................................................................................... 69 4.6.1.6 Eigenschappen van de componenten van de elektrische aandrijving ........................................................ 70 4.6.1.7 Uitvoering en resultaat .............................................................................................................................. 73

4.6.2 Berekeningen ten aanzien van TCO .............................................................................................. 79 4.6.3 Het samenstellen van de packaging, toepassing EVPT. ................................................................ 80

4.6.3.1 Werkwijze ................................................................................................................................................. 82 4.7 ENGINEERING: DETAIL DIMENSIONERING EN UITWERKING AANDRIJVING ............................................... 86

4.7.1 Dimensionering hybride aandrijving met verbrandingsmotor ...................................................... 86 4.7.1.1 Werkwijze voor dimensionering hybride aandrijving ............................................................................... 86 4.7.1.2 Toepassing dimensionering hybride aandrijving ...................................................................................... 90

4.7.1.2.1 Seriehybride ................................................................................................................................... 92 4.7.1.2.2 Parallelhybride ............................................................................................................................... 94

4.7.1.3 Toepassing dimensionering plug-in hybride aandrijving .......................................................................... 95 4.7.2 Dimensionering hybride aandrijving met brandstofcel ................................................................. 99 4.7.3 Dimensionering zuiver elektrische aandrijving ............................................................................. 99

4.8 VOORBEELDVOERTUIGEN TEN AANZIEN VAN DE DIMENSIONERING ....................................................... 100 4.8.1 ESCBO, Elektrische Burton ........................................................................................................ 101 4.8.2 Tesla Roadster ............................................................................................................................. 102 4.8.3 Toyota Prius standaard ............................................................................................................... 103 4.8.4 Toyota Prius Plug in ................................................................................................................... 104 4.8.5 Opel Ampera ............................................................................................................................... 105

4.9 PLANETAIRE STELSELS IN HYBRIDE AANDRIJVINGEN ............................................................................. 106 4.9.1 Planetaire stelsels, basis ............................................................................................................. 106 4.9.2 Planetaire stelsels, berekening overbrengingsverhoudingen ...................................................... 110

4.9.2.1 Enkel aangedreven planetaire stelsels ..................................................................................................... 110



4.9.2.2 Dubbel aangedreven planetaire stelsels .................................................................................................. 113 4.9.2.3 Negatieve vermogensvertakking ............................................................................................................. 117

4.9.3 Planetaire stelsels, berekening vermogensstromen ..................................................................... 121 4.9.4 Toepassingen in elektrische en hybride voertuigen ..................................................................... 125

4.10 VALIDATIE: SIMULATIE EN DETAILLERING .................................................................................... 130

5 COMPONENTEN IN AANDRIJFLIJNEN, TECHNOLOGIE EN DIMENSIONERING .............. 131

5.1 ENERGIEBRON NAAR ENERGIEDRAGER .................................................................................................. 131 5.1.1 Fossiele brandstoffen .................................................................................................................. 131 5.1.2 Bio-brandstoffen .......................................................................................................................... 131 5.1.3 Groene energiebronnen ............................................................................................................... 131

5.1.3.1 Windenergie............................................................................................................................................ 131 5.1.3.2 Zonneenergie .......................................................................................................................................... 131

5.1.3.2.1 Omzetting met zonnecellen naar elektrisch vermogen ................................................................. 131 5.1.3.2.2 Omzetting met warmte naar mechanisch vermogen ..................................................................... 131

5.1.3.3 Waterkracht energie ................................................................................................................................ 131 5.1.3.4 Energie uit aardwarmte ........................................................................................................................... 131

5.1.4 Energiedragers ............................................................................................................................ 132 5.1.4.1 Elektrisch ................................................................................................................................................ 133

5.1.4.1.1 Batterij’s ....................................................................................................................................... 133 5.1.4.1.2 Condensatoren .............................................................................................................................. 139 5.1.4.1.3 Vermogenselektronica .................................................................................................................. 141

5.1.4.2 Mechanisch ............................................................................................................................................. 141 5.1.4.2.1 Vliegwiel ...................................................................................................................................... 141 5.1.4.2.2 Hydraulische en pneumatische batterijmulator ............................................................................ 143

5.1.4.3 Chemisch ................................................................................................................................................ 143 5.1.4.3.1 Waterstof ...................................................................................................................................... 143

5.2 ENERGIEDRAGER NAAR WIEL................................................................................................................. 146 5.2.1 Verbrandingsmotoren .................................................................................................................. 146 5.2.2 Brandstofcellen ........................................................................................................................... 146

5.2.2.1 Typen brandstofcellen ............................................................................................................................ 148 5.2.2.2 Eigenschappen ........................................................................................................................................ 149 5.2.2.3 Dimensionering ...................................................................................................................................... 153

5.2.3 Elektromotoren ............................................................................................................................ 158

6 SYSTEEMOPTIMALISATIE................................................................................................................ 159

6.1 PAKKET VAN EISEN: FUNCTIE EN RANDVOORWAARDEN ........................................................................ 159 6.2 ZUIVER ELEKTRISCHE AANDRIJVING ...................................................................................................... 159 6.3 HYBRIDEN MET VERBRANDINGSMOTOR................................................................................................. 160 6.4 HYBRIDEN MET BRANDSTOFCEL ............................................................................................................ 183 6.5 PLUG IN HYBRIDEN ............................................................................................................................... 183

7 VOORBEELDVOERTUIGEN .............................................................................................................. 183

7.1 OPTIMALISATIE VAN BESTAANDE SYSTEMEN......................................................................................... 183 7.2 HYBRIDEN ............................................................................................................................................. 183 7.3 ELEKTRISCHE VOERTUIGEN ................................................................................................................... 183 7.4 WATERSTOFVOERTUIGEN ...................................................................................................................... 184 7.5 SPECIFIEKE VOERTUIGCATEGORIEËN ..................................................................................................... 184

7.5.1 Bedrijfswagens ............................................................................................................................ 184 7.5.2 Bussen ......................................................................................................................................... 184 7.5.3 Racewagens ................................................................................................................................. 184

7.5.3.1 Formula Zero .......................................................................................................................................... 184 7.5.3.2 Formule 1 ................................................................................................................................................ 184

7.6 HOGESCHOOL ROTTERDAM ................................................................................................................... 184 7.6.1 Shell Ecomarathon ...................................................................................................................... 184 7.6.2 Open Source Green Vehicle ........................................................................................................ 184 7.6.3 Biobrandstoffen ........................................................................................................................... 184 7.6.4 Deelname in Rotterdam Climate Initiative .................................................................................. 184

8 MARKTONTWIKKELING IN VOERTUIGEN ................................................................................. 185

8.1 BASIS KOSTPRIJS .................................................................................................................................... 185 8.2 MARKTPRIJS .......................................................................................................................................... 191



8.3 BEÏNVLOEDING MARKTPRIJS DOOR SUBSIDIES EN BELASTINGEN ........................................................... 191

9 LITERATUUR IN DE MEDIATHEEK ................................................................................................ 192

10 REFERENTIES EN INTERESSANTE WEBSITES ........................................................................... 193

11 BIJLAGEN ............................................................................................................................................... 196



1 Inleiding

De belangrijkste globale trends in de internationale ontwikkelingen in de autotechniek zijn:

Intelligente voertuigen

Lichtgewicht construeren

Hybride aandrijvingen, (brandstofcel, elektrisch)

Deze reader richt zich op de derde stroom: de nieuwe generatie aandrijvingen.

Met als voorlopers auto’s als de Toyota Prius zal zet de hybridisering zich verder door.

Micro, mild en full hybrids, plug in hybriden en zuiver elektrisch aangedreven voertuigen.

Op termijn zullen ook brandstofcellen worden toegepast.

De mogelijkheden van de nieuwe generatie aandrijflijnen leiden tot een omvangrijke

mondiale kennisontwikkeling. Niet alleen de bestaande autofabrikanten maar vooral ook

nieuwe fabrikanten, onderzoeksinstituten en toeleveranciers onderkennen de marktwaarde van

deze ontwikkeling.

We definiëren transitie naar duurzame mobiliteit (zie Figuur 1.1) vanuit :

Energie:

Welke (groene) alternatieven zijn beschikbaar voor fossiele energiebronnen en hoe

verloopt de keten van well-to-wheel (bronvermogen naar vermogen aan de wielen).

Per stap is met name het rendement van de energieomzetting van belang

Produkt:

Hoe kan vanuit het denken in de relatie tussen ‘consumer performance’, ‘company

performance’ en ‘environmental performance’ een alternatief programma van eisen

gedefinieerd worden die leidt tot een lager energieverbruik per eenheid van afstand.

Denk aan lichtere voertuigen, maar ook aan een functionaliteit die beter aansluit op de

daadwerkelijke toepassing van het voertuig.

Kennis:

Kennis ontstaat vanuit nieuwsgierigheid, vervolgens beschikbaarheid, bundeling en de

verantwoordelijkheid om deze toe te passen.

Het schema moet gelezen worden van rechtsboven naar linksonder.



Ook vanuit de opleiding Autotechniek geven we invulling aan de nieuwe aandrijvingen

middels cursussen en projecten.

Knelpunt blijkt hierbij enerzijds het borgen van de kennis en anderzijds en circuleren van de

kennis. Met deze reader willen we dit knelpunt oplossen.

De reader is samengesteld op basis van collegestof, resultaten uit studentenprojecten, vele

(inter)nationale literatuurbronnen en ontwikkelingen van de auteur.

1.1 Opbouw van deze reader

Hoofdstuk 2 plaatst deze reader in het kader van kennisontwikkeling en kennisdeling. Met

andere woorden: deze reader is samengesteld uit een aantal bronnen en verbindt zichzelf ook

weer met meerdere toepassingen. Het Community of Practice wordt hierbij als drager

gebruikt.

Hoofdstuk 3 heeft een inleiding in de elektrische en hybride aandrijving: het kader (trends en

ontwikkelingen) en de uitwerking in de concepten van EV en (P)HEV.

Vanuit deze basiskennis wordt de dimensionering uitgewerkt in hoofdstuk 4. Hierbij wordt

het ontwerpproces gehanteerd: van definitie tot en met validatie. Naast basiskennis levert dit

hoofdstuk ook handvatten voor de dimensionering van de componenten van de aandrijflijn

vanuit de gewenste voertuigprestaties.

Figuur 1.1: Definitie transitie naar duurzame mobiliteit [ 25]



Hoofdstuk 5 gaat hier op door met een verdieping naar de werking van de componenten en

dimensionering ervan.

Hoofdstuk 6 behandelt de complexere systeemoptimalisatie ten aanzien van de ritcyclus.

Voorbeeldvoertuigen volgen vervolgens in hoofdstuk 7; marktontwikkeling in hoofdstuk 8 en

een overzicht van literatuur in de mediatheek in hoofdstuk 9.

NB: Hoofdstuk 5 tot en met 8 hoop ik later te schrijven

1.2 Overige documenten

Zie referenties en bijlagen



2 Kennisontwikkeling en kennisdeling

Over duurzame mobiliteit en de daarbij horende aandrijflijnen is heel veel documentatie

beschikbaar. Een selectie van deze documentatie vormt de basis van deze reader. Hierbij

wordt de verbinding gelegd met methoden en technieken bij de conventionele aandrijving.

2.1 Community of Practice (CoP) Future mobility en kennisportal eMobility-Lab

Als drager voor de kennisontwikkeling heeft de Hogeschool Rotterdam het Community of

Practice (CoP) Future mobility ontwikkeld.

Dit CoP is een wiki-achtige omgeving waarin men google wise kan zoeken.

Het CoP benadert alle aspecten van duurzame mobiliteit. Het onderstaande beeld geeft een

overzicht van de opbouw van het CoP.

In het kennisportal eMobility lab is de kennis gebundeld rondom de volgende thema's van

elektrische mobiliteit:

Veiligheid

Regeneratief remmen

Kosten

Onderhoud

Gebruikersacceptatie

URLs:

www.confluence.hro.nl

o Ga naar het CoP Future Mobility, of

Een verwijzing wordt aangeven met [COP_FM;zoekterm]

o Ga naar RDM eMobility-Lab

Een verwijzing wordt aangeven met [eMobLab;zoekterm]



3 Inleiding in elektrische en hybride aandrijving

Dit hoofdstuk geeft een inleiding in de elektrische en hybride aandrijving en behandelt hierbij

de historie, de trends en ontwikkelingen de basiskennis van elektrisch en hybride aandrijving.

3.1 Historie

[eMobLab;history]

History of the Electric Vehicle

Electric motive power started with a small drifter operated by a miniature electric

motor, built by Thomas Davenport in 1835. In 1838, a Scotsman named Robert

Davidson built an electric locomotive that attained a speed of four miles per hour (6

km/h). In England a patent was granted in 1840 for the use of rails as conductors of

electric current, and similar American patents were issued to Lilley and Colton in

1847.

Between 1832 and 1839 (the exact year is uncertain), Robert Anderson of Scotland

invented the first crude electric carriage, powered by non-rechargeable primary cells.

By the 20th century, electric cars and rail transport were commonplace, with

commercial electric automobiles having the majority of the market. `over time their

general-purpose commercial use reduced to specialist roles, platform trucks, forklift

trucks, tow tractors and urban delivery vehicles, such as the iconic British milk float;

for most of the 20th century, the UK was the world’s largest user of electric road

vehicles.

Electrified trains were used for coal transport, as the motors did not use precious

oxygen in the mines. Switzerland’s lack of natural fossil resources forced the rapid

electrification of ther rail network. One of the earliest rechargeable batteries – the

nickel-iron battery – was favoured by Edison for use in electric cars.

Electric vehicles were among the earliest automobiles, and before the pre-eminence of

light, powerful internal combustion engines, electric automobiles held many vehicle

land speed and distance records in the early 1900s. They were produced by Baker

Electric, Columbia Electric, Detroit Electric, and others, and at one point in history

out-sold gasoline-powered vehicles.

https://confluence.hro.nl/display/RE/RDM+eMobility-Lab+Home



3.2 Trends en ontwikkelingen

Tot omstreeks het jaar 2000 was de aandrijving van de voertuigen eenvoudig in te delen in de

groep met een conventionele wisselbak, een groep met een automatische wisselbak en een

kleine groep met CVT (Continu Variabele Transmissie). Alle voertuigen werden aangedreven

met een verbrandingsmotor.

In de periode vanaf 2000 zien we een toename van het aantal voertuigen met CVT en komen

met AMT (Automated Manual Transmissions; sequentiele wisselbakken) en DSG (Direct

Shift Gearbox) uitgeruste voertuigen op de markt. Daarnaast worden de eerste hybride

aandrijflijnen geïntroduceerd. Zie Figuur 3.2.

Figuur 3.1: Hybriden zijn niet nieuw, alleen opnieuw uitgevonden [eMobLab;history]

The Lohner-Porsche Mixte Hybrid; Produced in:1900

Description

Hybrid car with 4 inwheel engines. Eacht internal-pole electric motor was caple of 2.5 hp (1.0kW)

to 3.5 hp (2.6 kW) peaking to 7 hp (5.2 kW) for short bursts.

https://confluence.hro.nl/display/RE/RDM+eMobility-Lab+Home



Met de kansen die dit biedt voor het verhogen van de prestaties bij een reductie van het

brandstofverbruik zet de trend zich voort. CVT’s worden geoptimaliseerd (dus toename

rendement) en het aantal versnellingen in de overige transmissies neemt toe (tot 6, 7 of 8

versnellingen). Dit geldt niet voor de handgeschakelde wisselbak; deze wordt met maximaal 6

versnellingen uitgerust.

De algemene trend hierbij is dat het aantal handgeschakelde aandrijflijnen afneemt. Zie

Figuur 3.3.

Figuur 3.2: Voorbeelden van transmissies in de autotechniek [ 9]



De auto-industrie is een sterk marktgedreven industrie. Veranderingen vragen grote

investeringen en de marges op deze investeringen zijn klein. Daarnaast zijn de eisen aan

zowel de produktkwaliteit en duurzaamheid erg hoog.

Om deze reden is de autoindustrie conservatief in het op de markt brengen van nieuwe

technologiën. In een tijd van transitie naar duurzame mobiliteit en de verlaging van de CO2

uitstoot lopen de scenario’s voor wat betreft de introductie van zuinige voertuigen voor de

autoindustrie en de overheden 10 jaar uiteen.

Het is zeer onwaarschijnlijk dat de doelstellingen vanuit de EU gehaald gaan worden. Zie

onderstaand Figuur 3.4.

Figuur 3.3: Toekomstige mix van transmissies in de autotechniek [ 9]



Ten gevolge van de economische crisis en de toenemende prijs van ruwe olie heeft de auto

industrie het moeilijk. De marktvraag neemt af en in die zin is het de wal die het schip keert.

Evenzo geldt dat de consument zich maar zeer beperkt laat leiden door milieudoelstellingen.

Doordat milieudoelstellingen van de overheden nu samen vallen met de marktdoelstellingen

van de auto-industrie is er een kans dat de marktintroductie van zuiniger voertuigen een extra

impuls krijgt. Men verwacht dat dit geleidelijk zal leiden naar een transitie naar elektrisch

aangedreven voertuigen. De tussenvorm –hybriden- zijn hiervan de voorloper. Deze zullen

vervolgens met uitbreiding van de batterijcapacititeit van plug in naar min of meer volledig

elektrisch evolueren. Parallel daaraan zullen de nieuwe generatie biobrandstoffen en waterstof

als energiedrager opkomen. Deze transitie zal zich uitspreiden over meerdere deccenia. Zie

Figuur 3.5 en Figuur 3.6.

Figuur 3.4: Evolutie en doelstelling van de van de nieuw geproduceerde

personenauto’s van de de Europese fabrikanten (ACEA) [ 9]



Figuur 3.6: Schatting van de verdeling van diverse typen aandrijving in de komende

decennia. [ 8]

Figuur 3.5: Schatting van de termijn van marktintroductie voor innovaties in de

aandrijving van voertuigen [ 10]



Samenvattend kunnen we stellen dat de belangrijkste trend de diversificatie van de

aandrijving is. Zie Figuur 3.7.

Een andere ontwikkeling is die van de alternatieve brandstoffen naast de brandstoffen uit

aardolie. Zie Figuur 3.8. In deze figuur is de lijn aangegeven van de energiebron naar de

energiedrager in het voertuig. Deze energiedrager, de brandstof, kan vervolgens in

verbrandingsmotoren worden omgezet naar mechanisch vermogen en met brandstofcellen

worden omgezet zet naar elektrisch vermogen.

Energie uit biomassa, wind, zon, water en aardwarmte allen onder de categorie duurzame

energiebronnen. Figuur 3.9 geeft het potentieel hiervan weer in relatie tot de vraag per

inwoner in de diverse regio’s. Hieruit wordt duidelijk dat met name de regio’s Europa en Azië

afahnkelijk zijn van de duurzame energie die elders wordt opgewekt.

Figuur 3.7: Diversificatie van aandrijflijnen [ 7]



.

Figuur 3.9: Schatting potentieel duurzame energiebronnen [ 8]

Figuur 3.8: Brandstofketens [ 8]



Voor de toepassing in de autotechniek wordt onderscheid tussen ottomotoren, dieselmotoren,

brandstofcellen, brandstofcellen+reformer en elektromotoren. De relatie tussen de

toepassingen en energiedragers wordt in Figuur 3.10 weergegeven. F-T Diesel is een

synthetische diesel waarbij de koolwaterstofverbinding wordt samengesteld uit de reactie van

waterstof en koolmonoxide.

Over wat de toekomst is wordt veel geschreven en gediscussieerd. Criteria die de keuze

bepalen zijn onder andere de CO2 uitstoot, de uitstoot van schadelijke gassen en fijnstof, de

kostprijs van de systemen (de componenten) en de systemen in bedrijf (dus de

brandstof+ketenrendement). In [ 1] is hierbij onderscheid gemaakt tussen

Ontwerpdoelstellingen (verbruik, emissie, prestaties) en Ontwerpparameters (afmetingen,

layout, technologie en regeling). Zie Figuur 3.11.

Figuur 3.11: Samenstelling van ontwerpdoelstelling en ontwerpparameters [ 1]

Figuur 3.10: Combinaties energiedrager en energie-omzetters [ 8]



Het ketenrendement geeft met weer door de zogenaamde well to wheel keten. In Figuur 3.12

is deze weergegeven in de vergelijking van zuiver elektrische aandrijving en aandrijving met

een brandstofcel. Op dat punt scoort de elektrische aandrijving beter. Op de actieradius is dat

nu nog andersom. Zie Figuur 3.13. Hierin is naast de huidige stand der ontwikkeling ook

aangegeven waar de ontwikkeling naar toe gaat voor wat betreft actieradius, laadtijd, kosten

en emissie. Met name de snelheid van de ontwikkeling zal bepalen welke technologie het

grootste marktaandeel zal krijgen. Waarbij aangetekend moet worden dat de komende

decennia we eerst zullen divergeren naar meer varianten. Het convergeren naar bijvoorbeeld

zuiver elektrisch voor alle voertuigen zal niet voor 2040-2050 plaatsvinden.

Het is overigens wel aannemelijk dat de transitie zal plaatsvinden vanuit de stedelijke regio’s,

omdat daar de luchtkwaliteit nu al een knelpunt is.

In de cursus Smart Energy hebben studenten road-maps ontwikkeld voor deze transitie. Een

voorbeeld hiervan is gegeven in Figuur 3.14.

Figuur 3.13: Actieradius, snelladen, kosten en emissie van diverse aandrijvingen [ 20]

Figuur 3.12: Well to wheel efficiency bij toepassing van brandstofcellen en zuiver

elektrische aandrijving [ 21]



Een andere weergave is die in Figuur 3.15.

Hier is, voor het C-segment personenauto’s (middenklasse), de Tank to Wheel emissie van

CO2 uitgezet tegen de NOx emissie. Dieselmotoren scoren op het laatste slechter terwijl de

CO2 uitstoot lager is. De Prius Hybride komt al een stuk gunstiger uit en wordt door

toepassing van de Plug-in technologie nog schoner waarbij de mate waarin dit gerealiseerd

wordt bepaald wordt door de afstand die de Plug-In Hybride zuiver elektrisch kan afleggen.

Figuur 3.14: Voorbeeld Roadmap transitie naar duurzame mobiliteit [ 26]



De transitie naar elektrische mobiliteit is onderzocht door Ernst&Young. Zie Figuur 3.16

Figuur 3.16: Transitie naar elektrische mobiliteit [CoPFM; Elektrische mobiliteit in 2020]

Figuur 3.15: Toepassing plug in hybriden, effecten op CO2 en Nox emissie [ 23]

https://confluence.hro.nl/display/COPFM/Transition+management



3.3 Elektrische en hybride aandrijving

In deze paragraaf worden elektrische en hybride aandrijving samen behandeld vanuit het

oogpunt van de hybride aandrijving om de reden dat de EV een vereenvoudiging is van de

HEV.

3.3.1 Basiskennis

Wat is het?

Indien gesproken wordt over een hybride aandrijving dan heeft de betrekking op combinatie

van verschillende typen vermogensbronnen. Bekende hybride toepassingen zijn:

Verbrandingsmotor met elektromotor

Gasturbine met elektromotor

Brandstofcel met elektromotor

In de genoemde toepassingen is sprake van een seriehybride wanneer de volgende stappen

worden doorlopen:

Stap 1: Opwekken van elektrische energie

Stap 2: Opslaan van de energie in een buffer

Stap 3: Omzetten van de elektrische energie naar aandrijvend vermogen

In combinatie met verbrandingsmotoren worden ook parallelle en gemengde/combinatie

hybride systemen toegepast, waarbij afhankelijk van het gebruiksgebied ook gebruik gemaakt

kan worden van een directe mechanische aandrijving zonder tussenkomst van een

elektromotor.

Figuur 3.17: Vormen van elektrische aandrijving [..]



Waar wordt het toegepast?

Vrijwel alle autofabrikanten leveren inmiddels hybriden. Voor een overzicht zie:

[CoPFM;hybride auto]

Hoe werkt het?

We hanteren de classificatie voor HEV (Hybrid Electric Vehicle):

Micro hybrid

Mild hybrid

Full hybrid

Een micro hybrid heeft alleen een start stop systeem en een beperkte regeneratie van

remenergie. Bij een full hybrid bestaat de mogelijkheid om zuiver elektrisch te rijden.

Indien de energie voor het zuiver elektrisch rijden extern wordt geleverd vanuit het

elektriciteitsnet spreken we over een plug in hybrid (PHEV (Plug-in Hybrid Electric

Vehicle)). De plug in hybrid vormt de verbindende schakel tussen zuiver elektrisch rijden

(met een beperkte actieradius) en hybride rijden (met een ruime actieradius).

Figuur 3.18: Groeicijfers, verkoop hybride voertuigen in Europa [CoPFM; HTAS

visie]

http://www.hybrideauto.eu/




Hoe ziet het eruit?

Figuur 3.20: Algemene werking hybride aandrijving [ 1]

Figuur 3.19: Hybride aandrijving, classificatie en specificatie [ 1]



De bekendste toepassing nu is de Toyota Prius, zie Figuur 3.21. De aandrijving is dwars

geplaatst voorin de auto. de vooras wordt aangedreven

Figuur 3.22: Toyota Hybrid System, Energiestromen [CoPFM; HTAS visie]

Figuur 3.21: Toyota Hybrid System, samengesteld [ 19]




3.3.2 Systeembeschrijving

Voor de systeembeschrijving wordt de benadering uit een promotie onderzoek aan de TU

Eindhoven overgenomen: Framework for combined control and design optimisation of hybrid

vehicle propulsion systems. Zie [ 1] en [CoPFM; HTAS visie]

Het systeem bestaat hierbij uit de volgende subsystemen (Figuur 3.23):

Het voertuig (vehicle)

De transmissie (transmission): wisselbak/CVT, differentieel, aandrijfassen

De primaire aandrijving (primary power source): de verbrandingsmotor

De secundaire aandrijving (secondary power source): de elektrische machine

(motor/generator) en batterij

Vanuit deze basis systeembeschrijving kunnen de specifieke systeembeschrijvingen voor

hybriden worden samengesteld:

1. Serie hybride aandrijving

2. Parallel hybride aandrijving

3. Gemengd hybride aandrijving

4. Plug-In hybride aandrijving

Ad 1. Serie hybride aandrijving

Figuur 3.23: Generieke systeembeschrijving hybride aandrijving [ 1]




We lezen de systeembeschrijving van links naar rechts. Immers: de snelheid en het gevraagde

vermogen bepaalt hoe de hybride aandrijving wordt ingezet.

Van links naar rechts zien we:

Wielen (vehicle wheels)

Eindoverbrenging (final drive)

Elektrische machine (electric machine)

Koppelpunt met daaraan (van beneden naar boven)

o DC/DC convertor

o Batterij (battery)

o Energiebron (energy source: electricity)

Elektrische machine (electric machine)

Verbrandingsmotor (engine)

Energiebron (energy source: fuel)

Bij een serie hybride aandrijving worden de wielen altijd aangedreven door de elektromotor.

Deze elektromotor krijgt elektrisch vermogen uit de batterij. Deze batterij wordt weer gevoed

door het elektrisch vermogen van de generator. In geval van een plug in hybride wordt de

batterij ook gevoed vanuit een externe energiebron (een laadpaal).

De batterij kan dus dienen als:

energiebuffer (variatie in afgenomen vermogen opvangen en remenergie regenereren)

energievoorraad (idem + zuiver elektrisch kunnen rijden)

Bij het ontwerp van een serie hybride aandrijving is er geen wezenlijk verschil tussen een

HEV en een PHEV. Dit is omdat de aandrijving voor het gehele snelheidsbereik wordt

verzorgd door de elektromotor.

Een bekende PHEV is de Toyota Prius Plug in Hybrid. Deze is afgeleid van de normale HEV

prius met een gemengde hybride aandrijving. De normale Prius kan ook zuiver elektrisch

rijden echter tot een beperkte snelheid en zeer beperkte actieradius..

De elektrische aandrijving kan ook direct in het wiel geplaatst zijn. Dit noemen we “In Wheel

motors”.

Figuur 3.24: Systeembeschrijving serie hybride aandrijving [ 1]



De systeembeschrijving in Figuur 3.24 zal later worden vervangen door de

systeembeschrijving afgeleid van de systeembeschrijving zoals we deze kennen voor de

conventionele aandrijving (zie Figuur 4.26).

Ad 2. Parallel hybride aandrijving

Van links naar rechts zien we:

Wielen (vehicle wheels)

Eindoverbrenging (final drive)

Continu Variabele Transmissie (CVT)

Koppelpunt met daaraan (van beneden naar boven)

o Elektrische machine (electric machine)

o DC/DC convertor

o Batterij (battery)

o Energiebron (energy source: electricity)

Wrijvinskoppeling/koppelomvormer (clutch)

Verbrandingsmotor (engine)

Energiebron (energy source: fuel)

Bij een parallel hybride is er een directe mechanisch verbinding tussen de verbrandingsmotor

en de wielen. De als elekromotor geschakelde elektrische machine is hierbij ondersteunend

aan de verbrandingsmotor. De elektromotor wordt gevoed vanuit de batterij. De batterij wordt

gevoed met energie uit de verbrandingsmotor of remenergie. In dat geval wordt de elektrische

machine als generator geschakeld.

Bij een parallel hybride kan ook zuiver elektrisch gereden worden indien de

verbrandingsmotor ontkoppeld is van de aangedreven wielen.

Ad 3. Gemengd hybride aandrijving

Figuur 3.25: Systeembeschrijving parallel hybride aandrijving [ 1]



Bij een gemengd hybride aandrijving kan traploos gevarieerd worden tussen serie en parallel

hybride aandrijving.

Zoals gelezen kan worden uit de systeembeschrijving in Figuur 3.26 kan het vermogen van de

verbrandingsmotor direct naar de wielen of deels omgeleid worden via een generator en een

elektromotor. Rendementtechnisch heeft dit het voordeel dat steeds de optimale omzetting

van de energie gekozen kan worden. Bij een constante (kruis)snelheid kunnen de wielen

direct aangedreven worden door de verbrandingsmotor. Bij accelereren en remmen worden

de elektrische machines bijgeschakeld worden. Daarnaast zijn er nog meerdere tussenvormen

mogelijk. Dit wordt uitgebreid toegelicht bij de behandeling van het Toyota Hybrid System

(THS) of Hybrid Synergy Drive .

Het hart van het systeem is het power split device (Een planetair stelsel)

Ad 4. Plug-In hybride aandrijving

Een Plug-In hybride is gelijk aan één van de voorgaande concepten met de toevoeging dat de

batterij ook opgeladen wordt uit het externe stroomnet. Dit kan men toepassen om de

verbrandingsmotor minder te belasten maar ook om zuiver elektrisch te kunnen rijden.

Beide doelstellingen worden gerealiseerd. Dat wil zeggen dat een slimme combinatie tussen

het vermogen uit de verbrandingsmotor en de batterij wordt gekozen afhankelijk van de

ritcyclus, locatie en afstand.

Figuur 3.26: Systeembeschrijving gemengd hybride aandrijving [ 1]



3.3.3 Componenten

Wielen: standaard, of aangepast in geval van in Wheel motoren. Bij een in Wheel

motor staat de as stil en draait het huis dus om de as.

Differentieel: standaard

Transmissie: standaard

Elektrische machine: DC of AC

Power split device: een planetair stelsel of een combinatie van planetaire stelsels

DC/DC converter (Controller):

Batterij: Li-batterij, NiMH

Koppeling (ook bij de THS): wrijvingskoppeling of koppelomvormer

Verbrandingsmotor: standaard maar bij serie/gemengd hybride wel aangepast.

3.3.4 Voertuigen

Toyota Prius (THS) [CoPFM;Prius]

Opel Ampera [CoPFM;Opel Ampera]

Honda Insight [CoPFM;Honda Insight]

Open Source Green Vehicle [CoPFM;OSGV]

Figuur 3.27: Toepassing batterij’s in HEV, PHEV en EV [ 22]

http://confluence.hro.nl/






4 Dimensionering elektrische en hybride aandrijving

Dit hoofdstuk behandelt de nieuwe generatie aandrijvingen vanuit verschillende

benaderingen:

Functionele decompositie van de aandrijving (paragraaf 4.2)

Een overzicht van de mogelijke varianten in de compositie van de aandrijving

Aandrijving met verbrandingsmotor (paragraaf 4.3)

Basiskennis en systeembeschrijving

Aan

Hybride aandrijving met verbrandingsmotor (eventueel plug-in) (paragraaf Error!

Reference source not found.)

Idem

Programma van eisen (DEFINITIE)

Dimensionering van de aandrijving (paragraaf 4.4 tot en met 4.10)

Als eerste wordt in paragraaf 4.4 het ontwerpproces beschreven. Vervolgens wordt in

paragraaf 4.5 het programma van eisen vastgesteld vanuit de ontwerpdoelstelling en

ontwerpparameters van een autotechnisch ingenieur. Er worden drie typen na elkaar

behandeld:

o Aandrijving met verbrandingsmotor

o Elektrische aandrijving

o Hybride aandrijving

De dimensionering wordt op drie niveau’s behandeld:

Dimensionering : conceptdefinitie (CONCEPT, paragraaf 4.6)

Dit is een handberekening met een eerste inschatting van de grootte, massa’s

en prestaties van de aandrijving. Hiermee kan de voertuigpackaging worden

samengesteld en kan de haalbaarheid ten aanzien van bijvoorbeeld TCO en

ROI worden ingeschat.

Dimensionering: uitwerking (ENGINEERING, paragraaf 4.7)

Bij deze berekening worden meer details meegenomen zoals de wisselwerking

tussen batterijmassa en de prestaties. Tevens is deze berekening uitgewerkt

voor de verschillende typen hybride aandrijving (paragraaf 4.8) en wordt de

werking en toepassing van planetaire stelsels bij hybride aandrijving

beschreven in paragraaf 4.9.

Dimensionering: evaluatie (VALIDATIE, paragraaf 4.10)

Aan de hand van simulaties kunnen de systeemprestaties in gebruik worden

weergegeven. Hierbij neemt de detaillering toe met een ritcyclus profiel in

combinatie met regeneratief remmen.

4.1 Symbolenlijst

We definiëren hierbij met betrekking tot de hybride aandrijving de volgende variabelen1

Naam Eenheid Omschrijving

cm,EM1 - Voor parallel hybride verhouding mEM1 en mBAT

1 Aanduiding in lijn met [ 1], om die reden Engelse aanduiding



cm,EM2 - Voor parallel hybride verhouding mEM2 en mBAT

cm,CONV - Voor parallel/serie hybride verhouding mCONV en mBAT

cp,EM1 kg/W Voor serie hybride verhouding mEM1 en PW,M3

cp,EM2 kg/W Voor serie hybride verhouding mEM2 en PW,M3

DOD % Depth of Discharge van de batterij

Ed Wh/kg Energiedichtheid

Ef kJ of kWh Energie inhoud in brandstof

EBAT kJ of kWh Energie inhoud in batterij

fe l/100 km Brandstofverbruik

mHYBR,serie kg Massa componenten hybride aandrijving, serie hybride

mHYBR,parallel kg Massa componenten hybride aandrijving, parallel hybride

mHYBR,seriepar kg Massa componenten hybride aandrijving, gemengde hybride

mBAT kg Massa batterij

mBAT,P kg Massa batterij, op basis van te leveren vermogen

mBAT,E kg Massa batterij, op basis van te leveren energie

mCONV kg Massa Converter

mEM1 kg Massa Elektrische Machine 1 (aan de zijde van verbrandingsmotor)

mEM2 kg Massa Elektrische Machine 2 (aan de zijde van aangedreven wielen)

PEM1 W Vermogen Elektrische Machine 1 (aan de zijde van verbrandingsmotor)

PEM2 W Vermogen Elektrische Machine 2 (aan de zijde van aangedreven wielen)

PICE W Vermogen verbrandingsmotor (Internal Combustion Engine)

PBAT W Vermogen batterij

PW W Vermogen aan de wielen

PW,M1 W Vermogen aan de wielen, Mode 1: Aandrijving met alleen vermogen batterij

PW,M2 W Vermogen aan de wielen, Mode 2: Aandrijving met alleen vermogen

verbrandingmotor

PW,M3 W Vermogen aan de wielen, Mode 3: Aandrijving met vermogen batterij en

verbrandingsmotor

Pd W/kg Vermogensdichtheid

PW,M1 W Vermogen aan wielen met vermogen vanuit alleen batterij, bij maximale

snelheid mode 1

PW,M2 W Vermogen aan wielen met vermogen vanuit alleen verbrandingsmotor, bij

maximale snelheid mode 2

PW,M3 W Vermogen aan wielen met vermogen vanuit batterij en verbrandingsmotor

samen.

TermA - Constante voor de rolweerstand en hellingsweerstand

TermB N Luchtweerstandskracht (Flucht)

TermC N/kg Quotiënt van vermogensdichtheid batterij en voertuigsnelheid in mode 1

vM1 m/s Snelheid in mode 1



ηICE - Rendement verbrandingsmotor (ICE)

ηEM1 - Rendement Elektrische Machine 1 (aan de zijde van verbrandingsmotor)

ηEM2 - Rendement Elektrische Machine 2 (aan de zijde van aangedreven wielen)

ηCI - Rendement DC/DC Convertor of DC/AC invertor of AC/DC Invertor

ηTR - Rendement transmissie

Daarnaast worden variabelen toegepast uit de basisberekening aandrijvingen:

Symbolenlijst voertuigweerstanden

Symbool Eenheid Omschrijving

cW - Luchtweerstandscoëfficiënt

frol - Rolweerstandscoëfficiënt

Fa N Acceleratieweerstand (totaal)

Fadr N Aandrijfkracht aan de wielen



Fhelling N Hellingsweerstandskracht

Flucht N Luchtweerstandskracht

Flucht,max N Luchtweerstandskracht bij vmax

Frol N Rolweerstandskracht

Frol,max N Rolweerstandskracht bij vmax

Ftot N Totale voertuigweerstand

Ftot,s N Totale stationaire voertuigweerstand

Ftot,s,max N Totale stationaire voertuigweerstand bij vmax

Padr W Aandrijvend vermogen aan de wielen

Pa W Vermogen voor het accelereren

Pmotor W Motorvermogen

Ptot W Vermogen van de totale voertuigweerstand

Ptot,s W Vermogen van de totale stationaire voertuigweerstand

Ptot,s,max W Vermogen van de totale stationaire voertuigweerstand bij vmax

r0 m Onbelaste bandstraal

rdyn m Dynamische ashoogte, belaste bandstraal

reff m Effectieve rolstraal, effectiev bandstraal

vmax m/s Maximum voertuigsnelheid

β rad Hellingshoek

φ - Verhouding tussen totale massa (translerend en roterend) en

de translerende massa

4.2 Functionele decompositie van de aandrijving

In de voorstudie (idee-fase, [ 12]) voor het Open Source Green Vehicle project is een

functionele decompositie gemaakt van de aandrijving in lijn de methoden voor

methodisch/integraal ontwerpen (zie [ 11]).

In deze functionele decompositie kunnen we de volgende functies onderscheiden :

Energy source, external (Energiebron extern (dus buiten voertuig))

Bijvoorbeeld olie

Energy source internal (Energiebron intern (dus in/van voertuig))

Bijvoorbeeld zonne-energie (door middel van panelen op het voertuig)

Energy carrier (Energiedrager)

Bijvoorbeeld benzine, diesel, elektriciteit (in batterij)

Energy buffer (Energiebuffer)

Bijvoorbeeld batterij, ultracapacitors, vliegwiel

Power transformer (Omzetting van de ene naar de andere energiedrager)

Bijvoorbeeld omzetting van waterstof naar elektriciteit

Power drive (Vermogen naar aandrijving)

Bijvoorbeeld verbrandingsmotor, elektromotor

Power to performance (Vermogen naar aandrijving)

Bijvoorbeeld handgeschakelde wisselbak, CVT

Performance to traction (Aandrijving naar beweging)

Bijvoorbeeld door middel van band-wegdekcontact

Braking (Remmen)

Bijvoorbeeld, schijfremmen, generator, batterijmulator

Bij iedere functie kunnen een aantal werkwijzen worden benoemd. Deze kunnen vervolgens

met elkaar worden gecombinereerd tot structuren. De hoofdlijnen onderscheiden we:



Aandrijving met verbrandingsmotor (zie paragraaf 4.3)

o card1a: Otto ICE conventional

o card1b: Otto ICE conventional, Biomass-ethanol

o card2a: Diesel ICE, conventional

o card2b: Diesel ICE, conventional, using DME from Methanol

o card3a: Otto CNG Conventional

o card3b: Otto Compressed SNG Conventional

o card4a: Hydrogen engine, zero emission

o card4b: Hydrogen engine, from Petrol or Natural Gas

o card4c: Hydrogen engine, CO2 neutral, from Biomass

Hybride aandrijving (met verbrandingsmotor, eventueel plug in)

o card5a: Hybrid (serial). On Petrol, could also use other energy sources and

carriers

o card5b: Hybrid (parallel). On Petrol, could also use other energy sources and

carriers

o card5c: Hybrid (mixed). On Petrol, could also use other energy sources and

carriers

Hybride aandrijving (met brandstofcel)

o card6a: Fuel cell Hybrid vehicle, from Biomass

o card6b: Fuel cell Hybrid vehicle, from zero emission sources

o card6c: Fuel cell Hybrid vehicle, from zero emission sources+internal energy

source

Elektrische aandrijving

o card7: Electrical Vehicle

Figuur 4.1 geeft het basis functie-werkwijze diagram weer.



Figuur 4.1: Functie-werkwijze diagram [ 8]

Meth

od

Fu

nctio

n1

23

45

67

89

10

11

12

13

14

15

Energ

y s

ourc

e,

exte

rnal

None

Petr

ol

Bio

-oil

Natu

ral G

as

Bio

mass

Sun

Win

dW

ate

rN

ucle

ar

Energ

y s

ourc

e in

tern

al

None

Sun

Win

d

Energ

y

carr

ier

None

Gasolin

eLiq

uid

Petr

ol G

as

Die

sel oil

Com

pre

ssed N

atu

ral

Gas

Eth

anol

Meth

anol to

Haydro

gen

transfo

rmer

Hydro

gen

Com

pre

ssed

Synth

etic N

atu

ara

l

Gas

DM

E (

Dim

eth

yl

eth

er)

Batt

ery

Fly

wheel

Capacitors

Accum

ula

tor

(Gas)

Accum

ula

tor

(mechanic

al

com

pre

ssio

n)

Energ

y b

uff

er

None

Hydro

gen

Batt

ery

Fly

wheel

Capacitors

Accum

ula

tor

(Gas)

Accum

ula

tor

(mechanic

al

com

pre

ssio

n)

Pow

er

transfo

rmer

None

Fu

el cell

(hydro

gen t

o

ele

ctr

ical pow

er)

Genera

tor

(mechanic

al

to e

lectr

ical pow

er)

Pow

er

drive

None

Inte

rnal com

bustio

n

engin

e

Ele

ctr

ical m

oto

rH

ydro

sta

tic d

rive

Hydro

dynam

ic d

rive

(usin

g t

orq

ue c

onvert

or)

Aero

sta

tic d

rive (

air

under

pre

ssure

)

Aero

dynam

ic d

rive

(pro

pello

r)

Mechanic

al drive

(unw

ind s

prin

g)

Pow

er

to p

erf

orm

ance

none

Manual gearb

ox

Auto

mate

d m

anual

gearb

ox

Auto

matically

gearb

ox

Contin

uously

varia

bele

transm

issio

n

Perf

orm

ance t

o t

ractio

nT

yre

-road

Bra

kin

gD

isc b

rakes

Dru

m b

rakes

Rolle

r bra

kes

Genera

tor

(Ele

ctr

ical

accum

ula

tio

n)

Com

pre

ssor

(gas)

Hydro

sta

tic

Hydro

dynam

icM

echanic

al (f

ly w

heel)



4.3 Aandrijving met verbrandingsmotoren (herhaling)

4.3.1 Basiskennis

Wat is het?

De aandrijflijn bestaat uit alle componenten die nodig zijn om het voertuig aan te

drijven.

Waar wordt het toegepast?

In ieder voertuig.

Hoe werkt het ?

De aandrijflijnen bestaan doorgaans uit drie groepen componenten

1. De vermogensbron

Dus bijvoorbeeld een verbrandingsmotor

2. De transmissie

Dus bijvoorbeeld een koppeling + wisselbak

3. De krachtoverbrenging op het wegdek

Dus bijvoorbeeld een differentieel+aandrijfassen+wielen

Hoe ziet het eruit?

In Figuur 4.2 is de opbouw van de aandrijflijn gegeven voor achterwielaangedreven

voertuig met de motor voorin geplaatst.

Figuur 4.2 Overzicht van de componenten van de aandrijflijn

Motor met

vliegwiel

Koppeling

Wisselbak

Aandrijfassen

Banden en

wegdek

Differentieel



4.3.2 Systeembeschrijving

De vereenvoudigde systeembeschrijving voor de aandrijflijn is gegeven in Figuur 4.3.

Ingaand zijn brandstof en lucht

Het vermogen wordt hier bepaald door het produkt van de verbrandingswaarde van de

brandstof en de hoeveelheid ingaande brandstof per tijdseenheid:

bbob VP . [J/kg. kg/s]= [J/s]=[W] ( 4.1 )

Door de motor wordt deze omgezet in een uitgaand vermogen P.

Het vermogen wordt hier bepaald door het produkt van het koppel en de hoeksnelheid:

mmm MP . [Nm.1/s]= [Nm/s]=[W] ( 4.2 )

met 2.nm met n het toerental in omw/s

Dit vermogen gaat vervolgens door de aandrijflijn naar het linker en rechter wiel en

wordt door de wrijving tussen band en wegdek overdragen op het wegdek.

Het vermogen (totaal links en rechts) wordt hier bepaald door:

vFFP rechtslinksw . [N.m/s]= [Nm/s]=[W] ( 4.3

)

De volgende constateringen zijn van belang voor de aandrijflijn:

In de systeembeschrijving kijken we naar vermogensstromen.

Bij iedere stap in het systeem treedt er een verlies van vermogen op.

Er wordt vermogen gedissipeerd, respectievelijk Pdis,m, Pdis,t en Pdis,k.

Het startpunt voor de aandrijflijn is het uitgaande vermogen van de motor.



4.3.3 Dimensionering conventionele aandrijving met verbrandingsmotor

Dimensioneren is dus de eerste stap voorafgaand aan een verdere constructieve uitwerking.

De dimensionering van de aandrijflijn valt onder het dimensioneren van de componenten en

vindt plaats aan het begin van het voertuigontwikkelingsproces.

1: systeem naar componenten

2: systeem naar functies

Motor

Pb

Figuur 4.3: Systeembeschrijving aandrijving, uitgaande van een verbrandingsmotor

Motor met

vliegwiel

Koppeling

Wisselbak

Aandrijfassen

Banden en

wegdek

Differentieel

Koppeling Wisselbak

Aandrijfas

Aandrijfas Differentieel

Aandrijfas

Wiel

Wiel

Band+weg

Band+weg

Pm

Pw, links

Pw, rechts

Transmissie

Krachtover

brenging

op wegdek

Vermogensbron

Motor+aandrijflijn

Pdis,m Pdis,t Pdis,k

Energie-

voorraad

Lucht



In Figuur 4.4 is het berekeningsschema voor de aandrijflijn afgebeeld. Hierin valt op dat het

proces cyclisch is waarbij de dimensionering volgt op het pakket van eisen maar dat daarna

ook getoetst wordt of er wellicht bijstellingen in het pakket van eisen moeten plaatsvinden.

In de reader aandrijvingen [ 15] wordt het dimensioneren van de conventionele aandrijflijn

behandeld en met als voorbeeldcasus de Ecologic uitgewerkt. In deze dimensionering ligt de

focus op de voertuigprestaties (acceleratie, topsnelheid).

In Figuur 4.5 is de berekening hiervan schematisch weergegeven

Belangrijke resultaten zijn:

Stationaire, accelererende en totale aandrijfkracht als functie van de voertuigsnelheid

Zie Figuur 4.6.

Figuur 4.4: Schema voor de functionele dimensionering van de aandrijflijn



Het produkt van de stationaire voertuigweerstand Ftot,s

(Rolweerstand+Luchtweerstand) en de topsnelheid geeft het benodigde vermogen (aan

de wielen).

Van daaruit kan teruggerekende wordt naar de zogenaamde trekkrachtkromme (Ftot in

de grafiek)

Cumulatieve acceleratietijd als functie van de voertuigsnelheid

Zie Figuur 4.7. Uit deze grafiek kunnen de acceleratietijden bepalen voor bijvoorbeeld

het snelheidsinterval 0..100 km/u

Al deze resultaten gaan uit van de aandrijflijn met CVT. In de praktijk is het aantal

versnellingen beperkt en zullen zowel de trekkracht als de accelaratie niet de ideale waarde

halen. Tenslotte wordt de op de weg over te brengen trekkracht begrensd door de wrijving

tussen band en wegdek en de wiellast.

Al deze aspecten komen in de genoemde reader uitvoerig aan de orde.

vx=vmax

Figuur 4.5: Rekenschema voertuigweerstanden

Rolweerstand

Voertuig

ax=0

hellingshoek β=0

Luchtweerstand

Hellingsweerstand

Versnellingsweerstand

Samengestelde voertuig-

weerstand

Fhelling

Fa

Flucht

Frol

Ftot

Voertuigparameters

Ptot,s,max=Pmotor=vmax.Ftot

Fa=(Pmotor-Ptot,s)/v v=0..vmax

φ voor v=0..vmax a=F/(φ.m)

Grafiek: Fa( v)

Grafiek: a( v)

Grafiek: t(v)

Niet gebruikt

Stap 2

Stap 3

Stap 1



Figuur 4.7: Cumulatieve acceleratietijd als functie van de voertuigsnelheid

Figuur 4.6: Stationaire, accelererende en totale aandrijfkracht als functie van de

voertuigsnelheid

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

5

10

15

20

25

30

35

Cumulatieve acceleratietijd (theoretisch) als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

t cum

ula

tief

[s]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Stationaire, accelerende en totale aandrijfkracht als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

legenda

F tot s [N]

F a [N]

F tot [N]



4.4 Ontwerpproces

In het ontwerpproces van voertuigen volgt men het pad als is weergegeven in Figuur 4.10

Dit resulteert in achtereenvolgens

een functionele packaging, waarin in de functies geplaatst zijn.

Voor een personenauto is dit bijvoorbeeld het verplaatsen van 4 volwassenen met

bijbehorende bagage. Voor racewagen geldt uiteraard alleen dat er een coureur plaats

moet kunnen nemen. Bij een vrachtwagen ligt de nadruk op het verplaatsen goederen.

een technisch packaging, waarin de technische componenten geplaatst zijn.

De belangrijke groepen zijn de vermogensbron, de aandrijving en de wielophanging.

een chassis

Het chassis moet de functionele packaging ‘dragen’ en de technische packaging

dragen en onderling verbinden.

De volgorde is ook idealiter functionele packaging, technische packaging en chassis. In de

praktijk gaan er altijd enige iteratieslagen overheen om tot een optimaal resultaat te komen.

Hierbij doorloopt men de bekende ontwerptrechter (zie Figuur 4.8) gevolg door ontwikkeling

tot en met productie start.

Figuur 4.9 geeft een variant hierop weer volgens het principe van de design for 6sigma. De 6

fasen beschrijven proces van vooronderzoek tot en met geëvalueerd product.

Beide processen naast elkaar leggend geeft dat:

Fase 1 Exploration en Fase 2 Definition leiden tot D0 Product idee:

Fase 3: keidt tot conceptdefinitie

Fase 4: leidt tot D2 Principle Solutions + detail enginneering

Fase 5 en 6 leidt tot D4 try outs.

Figuur 4.11 geeft een voorbeeld van een technische en functionele packaging weer



Figuur 4.9: Het engineeringsproces, generiek (tot en met prototype/model)

Figuur 4.8: Het engineeringsproces, generiek (D0 tot en met D5 (productie))



Context Realisatie

Voertuigontwerpproces

Taakstelling

= iteratief proces

Keuze concept Functionele Packaging

Technische Packaging

Chassis

Dimensionering

functioneel

Dimensionering,

constructief

Prototypes, testen,

verbeteren

Voorbereiden

produkte

Voorproduktie

Serieproduktie

Vermogensbron

Aandrijving

Wielophanging

Figuur 4.10: Ontwerpproces van voertuigen, focus op dimensionering ten behoeve

van de technische packaging [ 13]



Een voorbeeld van een specificatieblad, het programma van eisen voor de dimensioneringen

en configurering van de aandrijving is weergegeven op de volgende pagina en Figuur 4.12.

Figuur 4.11: Basis technische packaging [ 12]

ICE (optional)

Front wheel drive

motors

Rear wheel drive

motors

Rear suspension, for

example multi link

Front suspension,

for example

Mcpherson

Primary

battery

Optional

batteries Fuel tank

Ultracapacitors

Power control unit

Wheel displacement and

steering space



Specificatieblad voor een voertuig met conventionele aandrijving

Roeland Hogt Klas: nvt

Voertuigspecificaties case study Toelichting

Omschrijving Stadsauto, 2 volwassenen + 2 kinderen Stadsauto, gezinswagen,

MPV, SUV, Coupé, race

wagen, bus, vrwachtwagen

etc..

Omschrijving

toepassing voertuig

Auto voor de niche markt, voorloper van de Smart/new

Mini/New Beetle klasse.

Voor wie, marktdefinitie,

concurrenten (vergelijkbare

voertuigen)

(Code)naam

voertuig

Ecologic Bedenk maar wat moois

Afmetingen

voertuig

in [m] resp. [m2]

Lengte Breedte Hoogte Wielbasis

2,790 1,580 1,400 2,000

Wieldiameter voor Wieldiameter achter

0,5 0,5

Frontaal oppervlakte

Vooroverbouw Achterover-

bouw

1,9 0,540 0,250

Massa’s

Voertuig zonder

motor en

aandrijflijn

Massa [kg] positie

x [m]

positie y [m] positie z [m] x: t.o.v. centrum vooras

y-positie: 0

z-positie: vanaf de weg 500 0,9 0 0,5

Motor en

aandrijflijn

Massa [kg] Geschatte waarde!

175

Bestuurder Massa [kg] positie

x [m]

positie y [m] positie z [m] idem

75 1 0 0,5

Passagiers en

bagage

Massa [kg] positie

x [m]

positie y [m] positie z [m] idem

200 1,4 0 0,7

Prestaties

Snelheden,

onbeladen

Maximum snelheid m/s

50

Acceleratietijden,

onbeladen

0-25% vmax

[sec]

25-

50%

vmax

[sec]

50-75% vmax

[sec]

75-100% vmax

[sec]

2 4 8 16



4.5 Definitie: Programma van eisen

Eisen worden onderverdeeld in functionele en realisatie eisen. Functionele eisen hebben

betrekking systeemprestaties, massa’s en afmetingen. Realisatie eisen hebben betrekking op

onderzoek, ontwikkeling en produktie.

Tenslotte zijn er nog de eisen vanuit het financiële kader. Twee belangrijke hierbij kentallen

zijn de Total Costs of Ownership (TCO) en de Return on Investment (ROI) en staan voor de

financiële haalbaarheid voor respectievelijk de klant en de producent. In beide gevallen is dat

een tijd waarin een break even bereikt wordt, bijvoorbeeld van het voertuig met

verbrandingsmotor in vergelijking tot het voertuig met hybride aandrijving.

Qua techniek wordt onderscheid gemaakt tussen

Verbruik

Emissies

Prestaties

Bij elektrische voertuigen is de benadering eenvoudig in de zin dat er één energiestroom is:

namelijk die van de batterij naar de motor en –bij regeneratief remmen- weer terug. De

componenten die berekend worden zijn aan de hand van het te leveren vermogen de batterij

en de elektromotor en aan de hand van de actieradius de batterij.

Bij hybride voertuigen is dit complexer doordat er een combinatie is tussen twee

vermogensbronnen waarbij op voorhand niet vast staat hoe deze onderling verdeeld zijn. De

mate van hybridisering moet hierbij bepaald worden, alsmede de dimensies van de

componenten. De volgende paragraaf gaat hierover. Hierin wordt een complex kader

geschetst aan de hand van een promotieonderzoek aan de TU Eindhoven en wordt dit

gekoppeld met de ontwerpprincipes zoals Toyota deze hanteert.

Daarna vervolgen we met een vereenvoudigde weergave. Deze vereenvoudigde weergave is

zowel toepasbaar voor elektrische als ook hybride aandrijvingen.

Figuur 4.12: Belangrijke maten in de ‘Ecologic’ [ 14]



4.5.1 Opstellen specificaties hybride aandrijving, het kader

Het optimaliseren van de aandrijving leidt tot de definitie en dimensionering ten aanzien van:

Topologie (classificatie hybride aandrijving) Topology

Technologie Technolgy

Afmetingen Size

Regeling Control

Als voorbeeld is in Figuur 4.14 weergegeven hoe dit samenkomt voor verbruik. Hetzelfde

geldt ook voor prestaties en emissies.

Er is dus veel ontwerpruimte ten aanzien van:

Topologie: type hybride aandrijving en aandrijfconfiguratie

Energieopslag: diverse typen batterijen maar ook supercaps, vliegwielen etc..

Energie omzetting

o Verbrandingsmotortechnologie

o Elektromotor

o Brandstofcel

Regelingen

Het promotieonderzoek [ 1] hanteert een parametrische systeemoptimalisatie. Hierbij worden

de systeemdimensie en definitie door middel van simulaties geoptimaliseerd.

Met de definitie en dimensionering is het systeem samengesteld vanuit de voertuigprestaties:

de Q (Quality) van het Compleet Voertuig denken. De andere ranvoorwaarden zijn de T

(ontwikkeltijd) en de $ (prijs voor ontwikkeling en kostprijs produkt).

Figuur 4.13: Samenstelling van ontwerpdoelstelling en ontwerpparameters [ 1]



Figuur 4.15: Parametrische ontwerpoptimalisatie voor een hybride aandrijving [ 1]

Figuur 4.14: Samenstelling van ontwerpdoelstelling ten aanzien van verbruik [ 1]



Zo kan vanuit een voorgeschreven ritcylus beoordeeld worden bij welke combinatie van

systeemdimensie en definities het verbruik optimaal is. In de Figuur 4.16 is te zien dat

naarmate de motor vaker uit kan staan (staat voor de rangorde micro-mild-full-plugin hybrid)

het brandstofverbruik (kosten) afneemt. Echter een groter elektrisch vermogen resulteert ook

in hogere kosten voor de elektrische energie. Hierbij is het van belang dat bijvoorbeeld een

grotere batterij de voertuigmassa en kostprijs doet stijgen. Een hogere voertuigmassa geeft

een toename van de voertuigweerstanden en een hogere kostprijs zorgt voor een toename van

de prijs per gereden km. We moeten dus een afweging maken tussen kosten, prestaties en

emissies.

Een andere relatie is die tussen prestaties en verbuik. Bij een hybride geldt dat deze trad-off

gunstiger uitvalt. De verbrandingsmotor wordt kleiner dus efficiënter. Met behulp van de

elektromotor kunnen toch goede prestaties gehaald worden.

Eenzelfde geldt voor downsizing waarbij de motorverliezen verkleind worden en extra

vermogen wordt gerealiseerd door middel van een turbo.

In de documenten voor de Prius II is deze relatie gedocumenteerd. Zie Figuur 4.17.

Met toename van het niveau van hybridisering het brandstofverbruik af en de acceleratie toe.

Zie Figuur 4.18.

De Figuur 4.19 geeft een beeld van de kosten van de aandrijflijn versus de

verbruiksbesparing. Deze kosten worden samengenomen met de afschrijving van het voertuig

en belastingen en kosten voor de energie. Samengesteld noemt men dit de total cost of

ownership. (TCO)

In een ontwerpproces van een voertuig worden al deze aspecten dus samengenomen. Dat

bepaalt welke aandrijving en mate van hybridisering/elektrificering het beste is.

Figuur 4.16: Relatie tussen energiekosten en niveau van elektrificatie/hybridisering [ 1]



Figuur 4.18: Balans tussen prestaties en brandstofverbruik voor conventionele voertuigen en

hybriden [ 1]

Figuur 4.17: Balans tussen prestaties en brandstofverbruik voor conventionele voertuigen, de

Prius I ('current Prius') en de Prius II [19]



Figuur 4.20 geeft een voorbeeld van een optimalisatieproces.

Figuur 4.19: De kosten van de aandrijflijn versus de verbruiksbesparing [ 9]



Als voorbeeld zijn de prijzen van de Toyota Auris 1.6 VVTi en de Toyota Auris Hybrid

vergeleken. Hieruit blijkt dat op de kostprijs per km de hybride gunstiger is. Dit is echter

vooral ook bepaald doordat bij de aanschaf van de hybride geen heffingen betaald hoeven te

worden als BPM en CO2 heffing. Daarnaast hoeft voor deze auto geen wegenbelasting

betaald te worden.

Figuur 4.20: Optimalisatie van een hybride aandrijving [ 1]



Figuur 4.21: De kosten van de 2013 Toyota Auris 1.6 VVTi en de Toyota Auris Hybrid vergeleken

[www.autoweek.nl]



4.5.2 Opstellen specificaties hybride en elektrische aandrijving, vereenvoudigde toepassing

In de voorgaande paragraaf het kader geschetst voor de systeemkeuze en optimalisatie van de

hybride aandrijving. Het blijkt dat dit zeer complex is omdat vele factoren hierin meespelen.

Factoren binnen de produktrealisatie maar ook factoren vanuit de overheid en de politiek.

Voor onze vereenvoudigde toepassing bakenen we de keuze af op het deel voertuigprestaties.

Teneinde hier tot een tot een handzame berekening onderscheiden we drie modes (zie Figuur

4.22):

Mode 1. Aandrijving met alleen vermogen batterij (Zuiver elektrische aandrijving

(verbrandingsmotor staat uit))

Mode 2. Aandrijving met alleen vermogen verbrandingsmotor (zonder gebruikmaking

van de batterij)

Mode 3. Aandrijving met vermogen verbrandingsmotor en batterij

Per mode leggen we vast:

De snelheid die we hiermee willen kunnen rijden

Het hellingspercentage bij deze snelheid

De actieradius

De berekening leidt naar het vermogen dat nodig is aan de wielen. Dit moet vervolgens

doorberekend worden naar vermogen en energie inhoud van batterij/tank. Tenslotte moet de

keuze voor de configuratie gemaakt worden.

Bij een serie hybride moet al het vermogen geleverd worden door de elektromotor

Bij een parallel hybride wordt het vermogen geleverd door de elektromotor en de

verbrandingsmotor samen

Bij deze keuze speelt de actieradius zuiver elektrisch een grote rol. Bij een toename van deze

actieradius neemt de energie inhoud van de batterij toe alsmede het te leveren vermogen. De

hoogste waarde is hierbij bepalend voor de keuze!

Een andere factor zijn de prestatie eisen met betrekking tot acceleratie.



Figuur 4.23 geeft de plaatsing van de modes weer in de bekende grafieken.

Figuur 4.22: de drie basis modes voor de dimensionering van de (serie) hybride

aandrijving

EM1

CONV / INV

PICE EM2

BAT

TR

Elektrisch vermogen Mechanisch vermogen

Gedissipeerd vermogen (warmte)

EM1

CONV / INV

EM2

BAT

TR

EM1

CONV / INV

EM2

BAT

TR

Mode 1

Mode 2

Mode 3

= IN GEBRUIK



De berekeningen zijn zodanig opgezet dat vier gradaties van elektrificering kunnen worden

doorgerekend:

1. Mild hybrid (alleen ondersteuning voor acceleratie)

2. Full hybrid (elektrisch rijden mogelijk tot een beperkte snelheid)

3. Plug In Hybrid (idem full hybrid met energiebuffer uit extern opladen)

4. Full electric (gehele energiebuffer uit extern opladen)

Figuur 4.23: Plaatsing van de vermogens PW,M1, PW,M2 en PW,M3 en vertaling naar trekkracht bij de

gegeven snelheid

PW,M1 PW,M2 PW,M3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Stationaire voertuigweerstanden als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

lege

nda

F rol [N]

F lucht [N]

F tot,s [N]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20

30

40

50

60Stationaire en accelerende motorvermogen als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

lege

nda

P tot s [kW]

P a [kW]



In het nu volgende worden de eisen uitgewerkt voor ons voorbeeldvoertuig 'Ecologic'

Ad 1. Mild hybrid (alleen ondersteuning voor acceleratie)

Doelstellingen:

Ondersteunen bij accelereren, dit bepaalt het vermogen dat de batterij moet kunnen

leveren

De snelheid bij mode 3 is de topsnelheid die gehaald moeten kunnen worden vanuit

het vermogen van de batterij en de verbrandingsmotor.

Ondersteuning vanuit de batterij is beperkt qua energiehoeveelheid en kan dus maar

kortdurend toegepast worden.

Eisen: Mode Snelheid [m/s] Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 15 0 4% 0 0

2 (op P_ICE) 35 4% 0 0

3 (op P_ICE en P_bat)

50 0% 0

Ad 2. Full hybrid (elektrisch rijden mogelijk tot een beperkte snelheid en afstand)

Doelstellingen:

Beperkt zuiver elektrisch kunnen rijden, dit bepaalt het vermogen dat de batterij moet

kunnen leveren en de energie inhoud van de batterij.



Ondersteuning vanuit de batterij is beperkt qua energiehoeveelheid en kan dus maar

kortdurend toegepast worden.


min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 15 0 10% 5 0

2 (op P_ICE) 35 4% 0 0

3 (op P_ICE

en P_bat)

50 0% 0

Ad 3. Plug In Hybrid (idem full hybrid met energiebuffer uit extern opladen)

Doelstellingen:


kunnen leveren

Zuiver elektrisch kunnen rijden op korte ritten en ondersteund elektrisch rijden op

langere ritten, dit bepaalt de energie inhoud van de batterij.

NB: we hanteren hier de kruissnelheid 80 km/u2 als snelheid!

2 De kruissnelheid gereden over de gewenste actieradius geeft een goede indicatie voor het energieverbruik in

een ECE ritcyclus. Voor personenauto's is deze 80 km/u. Bij bussen is de kruissnelheid lager: 50 km/u. Bij

sportauto's juiste weer hoger: 120 km/u.





Ondersteuning vanuit de batterij is beperkt qua energiehoeveelheid.


min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 15 0 10% 40 0

2 (op P_ICE) 22 0 4% 100 2

3 (op P_ICE en P_bat)

50 0% 0

Ad 4. Full electric (gehele energiebuffer uit extern opladen)

Doelstellingen:

Volledig zuiver elektrisch kunnen rijden, dit bepaalt het vermogen dat de batterij moet


NB: we hanteren hier de kruissnelheid 80 km/u3 als snelheid!

De topsnelheid is op alleen het vermogen uit de batterij.


min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 15 0 10% 40 0

2 (op P_bat) 22 0 4% 100 0

3 (op P_bat) 35 0%

Voor elk van de 4 type aandrijving wordt bepaald:

De batterij massa

o Op basis van het te leveren vermogen via EM2

o Op basis van de te rijden afstand zuiver elektrisch

o Op basis van de te rijden afstand en verbruik in de mixed mode (Extended

Range Electric Vehicle)

De energie inhoud van de batterij

o idem batterij massa maar dan berekend in kWh.

Het vermogen van de verbrandingsmotor (ICE) en de elektromotor (EM2)

o het vermogen van de EM2 op basis van mode 1 (of 2 in geval EV)

o het vermogen van de ICE op basis van mode 2 en 3

De berekeningen worden gedaan voor een parallel hybride en serie hybride aandrijving en

voor een voertuig in minimale en maximale belading.

De vermogens moeten mechanisch gekoppeld worden ten behoeve van de aandrijving van het

voertuig. Hoe deze koppeling plaatsvindt wordt bepaald door het type hybride aandrijving

(parallel, serie, gemengd) en het niveau van hybridisering (micro, mild, full en plug-in).

3 Zie voetnoot op vorige pagina.



Tabel 4.1 geeft deze relatie weer.

Een parallel hybride met een vaste verbinding tussen de verbrandingsmotor en de

aangedreven wielen kan nooit een full hybrid zijn.

Het snelheidsbereik waarop de elektromotor ondersteunt wordt hierbij bepaald door het

niveau van hybridisering. Bij een micro hybrid is dat hoogstens bij het wegrijden. Bij een

mild of plug in hybrid kan de ondersteuning over het hele snelheidsbereik plaats vinden. Het

KERS (Kinetic Energy Recovery System) in de Formule 1 is een voorbeeld van zo'n mild

hybrid. De Plug In parallel hybride is gelijk aan de Mild hybrid met het enige verschil dat

energie van buiten het voertuig is toegevoegd. Dit zien we terug bij de toepassingen in de

Ampera/Volt, Prius en Mitsubishi Outlander.

Bij een parallel hybride met ontkoppeling van de verbrandingsmotor kan zuiver elektrisch

gereden worden en is het daarmee een full hybrid. Omdat energie inhoud van de batterij en

het beschikbare elektrische vermogen beperkt is, is ook de snelheid waarmee zuiver elektrisch

gereden kan worden beperkt.

Bij een serie hybride en een gemengde hybride vindt de aandrijving zuiver elektrisch plaats en

kan het daarmee geen micro of mild hybrid zijn. De elektromotor heeft hierbij het vermogen

nodig om topsnelheid te kunnen rijden. Of dit vermogen dan afkomstig is van alleen de

batterij (mode 1) , de verbrandingsmotor (mode 2) of een combinatie van beiden (mode 3) is

hierbij nader te bepalen.

Uit de tabel kan men bepalen welk type hybride toegepast kan worden vanuit de keuze voor

de mate van hybridisering. Verdere selectie van de technisch haalbare concepten wordt

bepaald door bijvoorbeeld de vrijheden in het ontwerp. Zo is een parallel hybride eenvoudiger

in te passen in een conventionele aandrijving dan een serie of gemengde hybride.

Tabel 4.1: Snelheid, als percentage van de maximale snelheid, waarbij de aandrijving geheel of

gedeeltelijk vanuit de elektromotor plaats vindt. Type Niveau

Micro Mild Full Plug in

Parallel 10 100 Nvt 100

Toepassing Start-Stop

systemen

KERS in de F1 ??

Parallel met

ontkoppeling

10 100 50 100

Toepassing Evt voertuigen met

Park Assist

Honda Insight Honda Insight

Serie Nvt Nvt 100 100

Toepassing ?? Bussen met range

extender

Gemengd Nvt Nvt 100 100

Toepassing Prius Prius

Ampera/Volt

Outlander

De keuze bepaalt in feite ook de invulling de vermogensherkomst, dus naar snelheid en

vermogen. Het uitgangspunt is hierbij de grafiek vermogen als functie van de snelheid.



Indien we als voorbeeld de plug in hybriden Toyota Prius, Opel Ampera en Mitsubishi

Outlander met elkaar vergelijken (zie Tabel 4.2), dan zien we dat er met name een groot

verschil zit in:

1. De snelheid die zuiver elektrisch kan worden gereden

2. Het vermogen dat vanuit de elektromotor beschikbaar is.

Tabel 4.2: Snelheid, als percentage van de maximale snelheid, waarbij de aandrijving geheel of

gedeeltelijk vanuit de elektromotor plaats vindt.

Specificatie Eenheid Prius

PHEV

Outlander

PHEV

Ampera

PHEV

PICE [kW] 73 89 63

PEM2 [kW] 60 2*60 111

Ptot [kWh] 100 89+60 111

EBAT [kWh] 4,4 12 17

PBAT, continu [kW] ~12 ~36 ~44

PBAT, piek [kW] ~30 ~85 ~114

massa [kg] 1390 1785 1635

vmax [km/u] 180 170 161

vmax,elektrisch [km/u] 85 125 161

Acceleratie 0-100 km/u [s] 11 11 9

De Prius heeft een continu vermogen vanuit de batterij van 12 kW, hiermee kan de maximale

snelheid van 85 km/u elektrisch worden gereden. Bij de Outlander is dit vermogen 36 kW wat

overeenkomt met 125 km/u en bij de Ampera 44 kW wat overeenkomt met de topsnelheid van

161 km/u.

De Ampera is daarmee de enige PHEV van deze drie die over het hele snelheidsbereik zuiver

elektrisch kan rijden.

Hetzelfde beeld ontstaat wanneer we naar de vermogens voor het accelereren kijken. Bij de

Prius kan maximaal circa 30 kW geleverd worden door de batterij. Dat betekent dat bij de

maximum acceleratie ook vermogen uit de verbrandingsmotor nodig is. Dit geldt ook voor de

Outlander. Bij de Ampera kan ook het piekvermogen van 114 kW door de batterij geleverd

worden.

We zien dus dat er meerdere gradaties zijn in plug in hybriden. De bepalende keuzes zijn:

de snelheid tot waar zuiver elektrisch moet kunnen worden gereden vM1.

de snelheid tot waar een helling gereden kan worden zuiver elektrisch

de snelheid en actieradius zuiver elektrisch

Daarnaast zijn er de bepalende parameters met betrekking tot de verbrandingsmotor, dus:

de snelheid tot waar zuiver met de verbrandingsmotor moet kunnen worden gereden

vM2.

de snelheid tot waar een helling gereden kan worden zuiver met de

verbrandingsmotor.

Hoe de elektrische aandrijving en aandrijving met de verbrandingsmotor wordt samengesteld

is afhankelijk van de strategie die gekozen wordt aan de hand van de ritcyclus.

Figuur 4.21 geeft de vermogensopbouw weer. We zien dat met de toename van het vermogen

PW,M1 het snelheidsbereik elektrisch toeneemt. Echter bij de HEV en de PHEV wordt de



maximale snelheid alleen gehaald op de verbrandingsmotor PW,M2. Indien, in geval van de

Ampera het gehele snelheidsbereik elektrisch kan worden gereden zien we dat een andere

situatie waarbij PW,M2 en PW,M1 gelijk zijn voor het kunnen rijden van de maximum snelheid.

In de situatie van accelereren en helling op geldt (tijdelijk) aanspraak gemaakt wordt op het

vermogen uit de batterij, eventueel aangevuld met dat van de verbrandingsmotor.

Met de keuze voor het type aandrijving en daarmee het vaststellen van de prestatieeisen kan

de berekening opgbouwd worden.

Paragraaf 4.6 legt de basisdimensionering uit. De basisdimensionering is geeft een eerste

inschatting van de specificaties van de toe te passen componenten zodat de haalbaarheid van

de oplossing beoordeeld kan worden.

De basisberekening heeft echter een beperkte nauwkeurigheid doordat de massa van de

battterij als parameter hierin niet is verwerkt. Daarnaast houdt de berekening geen rekening

met de massa's van de andere componenten van de aandrijving zoals de coverter/inverter en

de elektrische machines. Tenslotte zijn de rendementen niet meegenomen.

De gedetailleerde berekening wordt uitgelegd in paragraaf 4.7. Hieruit volgt een betrouwbare

schatting van de componenten.

De resultaten van deze berekeningen zijn verwerkt in paragraaf 4.8.

Een zeer wezenlijk onderdeel in hybriden aandrijvingen zijn de power-split devices,

doorgaans uitgevoerd als planetaire stelsels. Deze worden toegelicht in paragraaf 0 met de

voorbeeldtoepassingen bij de Prius en de Ampera.

Tenslotte de validatie vindt plaats in paragraaf 4.10.

Hierbij worden de mogelijkheden toegelicht om door middel van de metingen en simulaties

de betrouwbaarheid van de keuzes te toetsen.



Figuur 4.24: Vermogensopbouw bij HEV, PHEV en E-REV



4.6 Concept: Basis dimensionering en packaging

Het doel van de conceptfase s het eerste deel van de ontwerptrechter te doorlopen. Dus van

idee tot concept. In dit proces vindt eerst divergeren plaats naar mogelijke

ontwerpoplossingen en vervolgens convergeren naar bruikbaar ontwerpoplossingen.

Hierbij vindt de toetsing plaats aan de hand van het programma van eisen

De volgende stappen worden doorlopen:

1. Het uitvoeren van de berekeningen ten aanzien van de prestaties ten aanzien van

snelheid, hieruit volgen de basiskenmerken (prestatie, massa en afmetingen) van de

componenten

2. Het uitvoeren van berekeningen ten aanzien van de prestaties ten aanzien van de

acceleratie, helling en verbruik

3. Het uitvoeren van berekeningen ten aanzien van TCO en ROI

4. Het samenstellen van de packaging, toepassing EVPT.

Meerdere concepten kunnen met elkaar worden vergeleken

Maar het kan ook de afweging zijn tussen EV, PHEV, HEV en ICE qua prijs en prestaties.

4.6.1 Berekeningen ten aanzien van de prestaties

De volgende berekeningen zijn van belang:

Berekening voertuigweerstanden

Berekening motorvermogen op basis van de topsnelheid

Berekening batterijmassa op basis van de topsnelheid en de actieradius.

4.6.1.1 Voertuigweerstanden

Rolweerstand

Alles samengesteld is de rolweerstandskracht recht evenredig met de normaalkracht en wordt

deze weergegeven door de rolweerstandscoëfficiënt frol.

gmfGfF rolrolrol ... ( 4.4 )

De gemiddelde rolweerstandcoëfficiënt voor een personenautoband ligt tussen 0,010 en 0,015

en is in het toegestane snelheidsgebied onafhankelijk van de voertuigsnelheid.

Luchtweerstand

2...

2vAcF wlucht

( 4.5 )

Hellingsweerstand



De hellingsweerstand ontstaat als ontbonden deel van het gewicht van het voertuig evenwijdig

aan het vlak van de weg in rijrichting

sin.GFhelling ( 4.6 )

Acceleratieweerstand

xa amF .. ( 4.7 )

Door de voertuigweerstanden te sommeren tot de totale voertuigweerstanden vinden we de

essentiële karakteristiek op basis waarvan we het motorvermogen en batterijmassa kunnen

kiezen.

Stap 1. Het bepalen van het wielvermogen en batterijmassa aan de hand van de maximum

snelheid

Uit Figuur 4.5 volgt dat de topsnelheid wordt bepaald aan de hand de luchtweerstand en de

rolweerstand.

Er geldt dus:

luchtrolstot FFF , ( 4.8 )

Voor het benodigde wielvermogen bij de maximum snelheid vmax geldt nu:

max,max,, .vFPP stotmotorstot ( 4.9 )

Hoe het vermogen geleverd wordt is afhankelijk van welke mode men doorrekent en welk

type aandrijflijn het betreft.

In de volgende paragrafen wordt dat uitgewerkt.

Stap 2. Het bepalen van de Fa als functie van de snelheid

Gegeven het motorvermogen geldt dat er bij iedere snelheid lager dan de topsnelheid vmax

vermogen Pa beschikbaar is om te accelereren.

stotmotora PPP , ( 4.10 )

Hieruit volgt de kracht om te accelereren: Fa

v

PF a

a ( 4.11 )

Stap 3. Het beoordelen van de voertuigacceleratie

Gegeven de Fa kan vervolgens bepaald worden wat de voertuigacceleratie wordt:

.m

Fa a ( 4.12 )

Stap 4. Evaluatie

Voor a geldt ook:



t

va

( 4.13 )

Dus gegeven een de snelheidsstap Δv kunnen we bepalen welke tijd Δt hiervoor nodig is.

Door nu van de snelheid 0 tot de snelheid vmax steeds per snelheidstap ax en Δt te bepalen en

vervolgens deze Δt’s op te tellen hebben we de acceleratietijd bepaald.

a

vt

( 4.14 )

4.6.1.2 Basisvergelijkingen elektrische aandrijving

Zie Figuur 4.26.

Hoe het vermogen uiteindelijk wordt geleverd is afhankelijk van de gekozen configuratie.

Hierbij maken we onderscheid tussen het aantal motoren en de plaatsing van de motoren. Zo

kunnen voor- en achteras apart aangedreven worden. Ook is het mogelijk om bij de

aangedreven as ieder wiel apart aan te drijven.

Elektromotoren kunnen ook uitgevoerd worden als in-wheel motor.

Voor en nadelen moeten afgewogen ten aanzien van kosten, prestaties en

ontwikkeltijd/complexiteit.



Het maximaal over te brengen vermogen wordt begrensd door

Het vermogen uit de elektromotor en

het vermogen uit de batterij.

De laagste waarde telt dus.

Voorbeeld:

Levert de elektromotor 100 kW en is de som van het vermogen uit batterij gelijk aan

120 kW, dan is het maximaal over te brengen vermogen 100 kW

Voor het uitgaande vermogen in de elektromotor (EM2) geldt dus:

BATCIEMEM PP ..22 ( 4.15 )

Daarnaast moeten we ook nog het rendement de transmissie meerekenen om het vermogen

aan de wielen te bepalen:

BATCONVEMTRW

TREMW

PP

PP

...

.

2

2

( 4.16 )

Figuur 4.25: Systeembeschrijving elektrische aandrijving.

CONV / INV

Aandrijfas

Aan-

drijf-as

Differentieel

Aandrijfas

Wiel

Wiel

Band+weg

Band+weg

Pw, links

Pw, rechts

Transmissie

Krachtoverbrenging

op wegdek

Motor+aandrijflijn

Pdis,t Pdis,k

EM2 BAT TR



Bij inwheel motoren

eindigt de aandrijflijn hier



4.6.1.3 Basisvergelijkingen serie-hybride aandrijving

Zie Figuur 4.26.

Er bestaat geen mechanische verbinding tussen de verbrandingsmotor en aangedreven wielen.

Het maximaal over te brengen vermogen wordt begrensd door

Het vermogen uit de elektromotor en

de som van het vermogen uit verbrandingsmotor+generator en batterij.

De laagste waarde telt dus.

Voorbeeld:

ICE

Pf

Figuur 4.26: Systeembeschrijving serie–hybride aandrijving

EM1

CONV / INV Aandrijfas

Aan-

drijf-as

Differentieel

Aandrijfas

Wiel

Wiel

Band+weg

Band+weg

PICE

Pw, links

Pw, rechts

Transmissie

Krachtoverbrenging

op wegdek

Vermogensbron

Motor+aandrijflijn


Energie-

voorraad

Lucht

EM2

BAT

TR

Elektrisch vermogen

Mechanisch vermogen


Bij inwheel motoren

eindigt de aandrijflijn hier



Levert de elektromotor 100 kW en is de som van het vermogen uit

verbrandingsmotor+generator en batterij gelijk aan 120 kW, dan is het maximaal

over te brengen vermogen 100 kW


122 .. EMCIBATEMEM PPP ( 4.17 )

Voor het vermogen van de generator (EM1) geldt:

11 .. EMICEfEM PP ( 4.18 )

Samengesteld wordt dit:

122 .... EMICEfCIBATEMEM PPP ( 4.19 )

Als laatste moeten we ook nog het rendement de transmissie meerekenen om het vermogen

aan de wielen te bepalen:

12

2

.....

.

EMICEfCIBATEMTRW

TREMW

PPP

PP

( 4.20 )

4.6.1.4 Basisvergelijkingen parallel-hybride aandrijving

De systeembeschrijving voor de parallel-hybride aandrijving is weergegeven in Figuur 4.27.




CIBATEMEM PP ..22 ( 4.21 )

Een parallel hybride heeft geen generator (EM1)

Voor het vermogen dat beschikbaar is vanuit de verbrandingsmotor geldt:

ICEfICE PP . ( 4.22 )

Als laatste moeten we ook nog het rendement de transmissie meerekenen om het vermogen

aan de wielen te bepalen. Samengesteld wordt dit:

ICEfCIBATEMTRW

TRICETREMW

PPP

PPP

....

..

2

2

( 4.23 )

4.6.1.5 Basisvergelijkingen gemengd-hybride aandrijving

De systeembeschrijving voor de gemengd-hybride aandrijving is weergegeven in Figuur 4.28.

ICE

Pf

Figuur 4.27: Systeembeschrijving parallel–hybride aandrijving

Koppeling

CONV / INV

Aandrijfas

Aan-

drijf-as

Differentieel

Aandrijfas

Wiel

Wiel

Band+weg

Band+weg

PICE

Pw, links

Pw, rechts

Transmissie Krachtoverbrenging

op wegdek

Vermogensbron

Motor+aandrijflijn


Energie-

voorraad

Lucht

EM2

BAT

TR





Een gemengd hybride aandrijving varieert tussen de serie en de parallel hybride aandrijving:

Voor serie-hybride aandrijving hebben we de volgende vergelijking bepaald:

12 ..... EMICEfCIBATEMTRW PPP ( 4.24 )

Voor parallel-hybride aandrijving hebben we de volgende vergelijking bepaald:

ICEfCIBATEMTRW PPP .... 2 ( 4.25 )

Los van de plaatsing van ηEM2 de zijn dit dus dezelfde vergelijkingen.

4.6.1.6 Eigenschappen van de componenten van de elektrische aandrijving

De elektrische aandrijving bestaat in de minimale uitvoering uit:

1. De batterij

ICE

Pf

Figuur 4.28: Systeembeschrijving gemengd–hybride aandrijving

CONV / INV

Aandrijfas

Aan-

drijf-as

Differentieel

Aandrijfas

Wiel

Wiel

Band+weg

Band+weg

PICE

Pw, links

Pw, rechts

Transmissie Krachtoverbrenging

op wegdek

Vermogensbron

Motor+aandrijflijn


Energie-

voorraad

Lucht

EM1

BAT

TR



EM2



2. De Converter/inverter

3. De motor

Ad 1. De batterij

De batterijparameters in globale zin4 zijn:

De energiedichtheid: Ed [Wh/kg]

De energiedichtheid wordt bepaald aan de hand van de 1C waarde. Dat wil zeggen de

hoeveelheid energie die geleverd wordt bij gematigde vermogensafname.

Indien meer vermogen wordt afgenomen wordt de energiedichtheid lager.

Voorbeeld 15 kWh bij 1C betekent dat dus 15 kW gedurende 1 uur kan worden

afgenomen.

De vermogensdichtheid: Pd [W/kg]

De vermogensdichtheid kan gerelateerd worden aan de energiedichtheid. Een

vuistregel is dat de vermogensdichtheid bi 3C wordt bepaald: Dat betekent dat de

batterij maximaal 45 kW aan vermogen kan leveren.

Het rendement bij ontladen en laden

Hierbij treden verliezen op afhankelijk van de interne weerstand in de batterij.

Het gebruiksbereik van de batterij: DOD (Depth Of Discharge)

Het gebruiksbereik geeft aan wat het werkgebied is van de batterij als percentage van

de totale energie inhoud. Bij 15 kWh en een DOD van 80% is de effectieve energie

inhoud 12 kWh. De DOD heeft geen effect op de vermogensdichtheid.

Batterijen voor een EV worden ontworpen op hoge energiedichtheid en batterijen voor een

HEV worden ontworpen op vermogensdichtheid: (zie Figuur 4.29)

Van massa naar afmetingen

Batterijconditionering en packaging

Onderstaand een overzicht van de prestaties van diverse opslagsystemen [27].

Technologie levenscycles Efficientie

[%]

Vermogens-

dichtheid

[W/kg]

Energie-dichtheid

[Wh/kg]

Loodzuur batterij 500-800 50-92 150-400 30-40

Li-ion batterij 400-1200 80-90 300-1500 150-250

NiMH batterij 500-1000 66 250-1000 30-80

Ultracap 1000000 90 1000-9000 0,5-30

Voor Li-Ion geldt: Wh/kg naar Wh/l: factor 1,5 [29]

4 In globale zin waarbij we de batterij als black box beschouwen. Meer in detail vindt dimensionering naar het

aantal cellen plaats aan de hand stroomdichtheid [Ah] en de spanning [V] per cel. Afhankelijke van de gewenste

samengestelde spanning moeten de batterijen in serie en parallel geschakeld worden.



Ad 2. De converter/inverter

Met een converter wordt de spanning geregeld. Deze vindt in deze keten de plaats in

gelijkspanningsmotoren (DC).

De Inverter stelt een (meerfase)wisselspanning samen waarmee wisselstroommotoren

(AC) worden aangestuurd.

In energie gerelateerde berekeningen is alleen het rendement van belang.

Ad 3. De motor/generator

De elektromotor zet elektrisch vermogen om in mechanisch vermogen. Het rendement van

deze omzetting varieert tussen 0,7 en 0,95 afhankelijk van het werkpunt.

In het ideale geval geldt: P(omega)=C

In dat geval geld (M=P/omega)

Hiermee onstaat een ‘ideale’ trekkrachtkromme aan de wielen.

In de praktijk geldt dat het vermogen niet gelijk de maximale waarde heeft bij het wegrijden.

Dit heeft meerdere redenen. Mechanisch gezien omdat de componenten in de aandrijflijn

beperkt belastbaar zijn en elektrisch gezien vanwege de warmteontwikkeling (de verliezen) in

de motor.

Indien men een motor kiest is dat op basis van de zogenaamde nominale karakteristiek. Dat

wat de motor in duurbelasting kan realiseren. Voor kortstondig accelereren of decelereren (en

Figuur 4.29: Energie en vermogensdichtheden van batterijen [28]



hiermee regenereren) wordt het piekvermogen gehanteerd. Het piekvermogen kan 1,5 tot 2

keer het nominale vermogen bepalen. De beperking wordt hierbij in de warmteafgift. Een

vloeistof gekoelde motor kan dus langer en zwaarder belast worden dan een luchtgekoelde

motor.

Het laatste werkpunt dat van belang is is het kunnen rijden tegen een helling op.

4.6.1.7 Uitvoering en resultaat

Onderstaande geldt voor de ideale elektrische aandrijving. Dat betekent dat de het hele

snelheidsbereik elektrisch wordt aangedreven.

Stap 1. Het bepalen van het motorvermogen aan de hand van de maximum snelheid

De volgende parameters zijn van belang:

Voor de Frol

o De rolweerstandscoëfficiënt: frol= 0,015

o De voertuigmassa (zonder passagiers en bagage): mtot= 750 kg

Voor de Flucht

o Het frontaal oppervlakte: A=1,9 m2

o De luchtweerstandscoefficient cw= 0,3

o De soortelijke massa van lucht: ρ= 1,27 kg/m3

o De maximum snelheid: vmax= 50 m/s

NgmfGfF rolrolrol 11081,9.750.015,0...max,

Nv

AcF wlucht 9052

50.27,1.9,1.3,0

2...

22

maxmax,

NFFF luchtrolstot 1015905110max,,

Tot slot geldt voor het benodigde motorvermogen

WvFP stotstot 5075050.1015. max,max,, met W=N.m/s

Het motorvermogen Pmotor wordt dus 50750 W (50761 W exact)

Over het gehele bereik van de snelheid v wordt dit, zie Figuur 4.30



Stap 2. Het bepalen van de Fa als functie van de snelheid

De berekening moet uitgevoerd worden voor een aantal niveau’s van de snelheid tussen 0 en

vmax

Voorbeeld, v=20 m/s

Nv

AcF wlucht 1452

20.27,1.9,1.3,0

2...

22

NFFF luchtrolstot 255145110,

Tot slot geldt voor het benodigde motorvermogen:

WvFP stotstot 510020.255. max,,

Hieruit volgt dan voor Pa:

WPPP stotmotora 45650510050750,

Hieruit volgt Fa

Nv

PF a

a 228320

45650

Over het gehele bereik van de snelheid v wordt dit, zie Figuur 4.31 en Figuur 4.6

Figuur 4.30: Stationaire voertuigweerstanden als functie van de voertuigsnelheid

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Stationaire voertuigweerstanden als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

legenda

F rol [N]

F lucht [N]

F tot,s [N]



Stap 3. Het beoordelen van de voertuigacceleratie

De berekening moet uitgevoerd worden voor een aantal niveau’s van de snelheid tussen 0 en

vmax

Voorbeeld, v=20 m/s


voertuigsnelheid

Figuur 4.31: Stationaire en accelererende motorvermogen als functie van de

voertuigsnelheid

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Stationaire, accelerende en totale aandrijfkracht als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

legenda

F tot s [N]

F a [N]

F tot [N]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20

30

40

50

60

Stationaire en accelerende motorvermogen als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

zie

legenda

P tot s [kW]

P a [kW]



Gegeven de Fa kan vervolgens bepaald worden wat de voertuigacceleratie wordt:

2/04,31.750

2283

.sm

m

Fa a

met 1 [-]

Over het gehele bereik van de snelheid v wordt dit, zie Figuur 4.33.

Stap 4. Evaluatie

Het resultaat is in Figuur 4.34 weergegeven.


voertuigsnelheid

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Voertuigacceleratie (theoretisch) als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

a [

m/s

2]



Uit de berekening volgt:

Maximaal motorvermogen: 50,8 kW

Acceleratie

o 0-25% vmax: 1,7 s (wens 2 s)

o 25-50% vmax: 4,8 s (wens 4 s)

o 50-75% vmax: 9,5 s (wens 8 s)

o 75-100% vmax: 22,8 s (wens 16 s)5

We concluderen dat het voertuig in de eerste opzet redelijk aan zijn specificaties voldoet.

De berekening zegt nu alleen wat over het motorvermogen. Wat betekent dit voor de

batterijmassa en prestaties ten aanzien van het rijden op een helling.


min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 15 0 4% 0 0

2 (op P_ICE) 35 4% 0 0

3 (op P_ICE

en P_bat)

50 0% 0

De batterijmassa volgt uit het bereik en de motorvermogen bij de maximum snelheid.

Aldus volgt:

5 Het betreft hier de waarde tot 95% van de maximum snelheid omdat de echte maximum snelheid pas na een

(zeer) lange tijd gehaald wordt.

Figuur 4.34: Cumulatieve acceleratietijd als functie van de voertuigsnelheid

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

5

10

15

20

25

30

35

Cumulatieve acceleratietijd (theoretisch) als functie van de voertuigsnelheid

v [m/s]

t cum

ula

tief

[s]



CIEMTR

MW

BAT

PP

.. 2

1, ( 4.26 )

Voor PW,M1 geldt nu met als basis:

11, . MhellingluchtrolMW vFFFP ( 4.27 )

de volgende vergelijking:

1

2

11, ....2

1)sincos..(. MMWRHYBRtotMW vvAcfmmgP

( 4.28 )

De algemene vergelijking voor het vermogen dat een batterij kan leveren is ook gelijk aan het

product van de vermogensdichtheid en massa van de batterij.

BATBATdBAT mPP ., ( 4.29 )



4.6.2 Berekeningen ten aanzien van TCO

De Total Cost of Ownership (TCO) richt zich op de kosten voor

• Aanschaf

• Onderhoud

• Verbruik en gebruik

Bij met name EV’s zijn ten opzichte van de ICE voertuigen de aanschafkosten hoger maar

daarna zijn de kosten voor onderhoud en gebruik (belastingen) eb verbruik (energie) veel

lager. De TCO gebruik je om de koppeling te leggen met het gebruiksprofiel. Anders

gesteld: als je het gebruiksprofiel kent en de kosten van de ICE variant ook, dan kun je

hiermee de eisen formuleren voor de kosten van aanschaf van de elektrische/hybride

aandrijving.

HR GTZero Burton Petrol Burton Electric

Aanschafprijs: 33.518,44€ 19.995,00€ 38.000,00€

TCO 37.771,94€ 33.571,80€ 41.625,03€

Kosten per kilometer 0,60€ 0,53€ 0,66€

Investeringskosten: 26.148,49€ 16.396,01€ 31.351,97€

TCO 30.742,14€ 28.974,73€ 35.054,33€


Investeringskosten: 27.560,79€ 15.764,51€ 31.403,72€

TCO 32.020,27€ 30.948,08€ 35.498,12€


Scenario: aankoop volledig voertuig

Scenario: zelfbouw met uitbesteed werk

Scenario: zelfbouw zonder uitbesteed werk

Total Cost of Ownership

Figuur 4.35: Voorbeeld TCO eindresultaten HR GTZero



4.6.3 Het samenstellen van de packaging, toepassing EVPT.

Referentie:

[R.M.M.Hogt; Electric Vehicle Packaging Tool; Hogeschool Rotterdam; November 2012]

Zie Figuur 4.36.

Door het plaatsen van batterijen en het vervangen van de bestaande aandrijving door een elektrische

aandrijving verandert de massa (m) en het traagheidsmoment (Jz) van een voertuig. Daarnaast kan

de positie van het zwaartepunt veranderen. Deze kunnen beiden effect hebben op het stationaire en

dynamische rijgedrag van een voertuig.

Zo zal het verplaatsen van het zwaartepunt naar achter leiden tot een minder onderstuurd voertuig

(met het risico op een overstuurd voertuig). Ook zal hierdoor en ten gevolge van de mogelijk hogere

traagheidsmoment het voertuig in een uitwijkmanoeuvre trager de reageren. Dit effect is uiteraard

het grootst wanneer de batterijen boven te achteras worden geplaatst. Echter ook wanneer men de

batterijen centraal plaatst zullen in mindere mate dezelfde effecten optreden.

Eenzelfde vraagstuk speelt wanneer de hoogte van het zwaartepunt van het voertuig verandert.

Het plaatsen van bijvoorbeeld een deel van de batterijen voor in het voertuig zou het rijgedrag

het minst wijzigen maar is vanuit het oogpunt van de passieve veiligheid een niet logische keuze.

Voor de ontwerper is het van belang vroegtijdig inzicht te verwerven in deze relaties om zodoende

de juiste ontwerpkeuzes te maken vanuit het oogpunt van rijgedrag van het voertuig de kostprijs van

het voertuig en de ontwikkelingstijd. Daarnaast moeten de keuzes aansluiten op de keuzes ten

aanzien van passieve veiligheid en voertuigpackaging.

Omdat de voertuigdynamica is een specialistisch vakgebied zou de ontwerper ermee geholpen zijn

als een eenvoudige tool toegepast kan worden. Enerzijds om op basis van de voertuigparameters

gegevens vast te stellen van de aandrijving (massa batterij gegeven een gewenste actieradius) en

anderzijds om als deze gegevens bekend zijn dit direct te kunnen toetsen aan het gewenste rijgedrag

van het voertuig. Indien bekend is hoe het gewenste voertuiggedrag wijzigt, dan is het ook wenselijk

om dit dan vervolgens weer te corrigeren naar het gewenste voertuiggedrag

Ook

Ook voor de regelgevende en keurende instantie is het van belang een objectieve toetsing te kunnen

Figuur 4.36: De verschillen tussen het referentievoertuig met conventionele aandrijving en het

voertuig met een elektrische aandrijving



Reference packaging Specification EV

(speed, driving range,

possible battery

positions)

Reference vehicle

parameters

Reference

characteristic values

vehicle handling

Correction algorithm

Compiles results without corrected cornering stiffness

front and/or rear axle

Compile results with corrected

cornering stiffness front

and/or rear axle

Characteristic values

vehicle handling

# configurations

Vehicle parameters

# configurations

1

2

3

4

doen

Een correcte uitspraak

vraagt om de juiste

parameters en daarmee

de kennis om deze te

kunnen

schatten. Het onderzoek

dat door de Hogeschool

Rotterdam is uitgevoerd

in het kader van het

Raak

Pro e-Mobility lab heeft

tot doel het complexe

vraagstuk in te vullen

met een handzame tool:

Electric

Vehicle Packaging Tool,

EVPT.

De EVPT kan toegepast

worden als specifiek

model of als generiek

model. Bij het specifieke

model

wordt gebruik gemaakt

van de parameters van

het te onderzoeken

voertuig. Hiermee

worden voor

dit voertuig de gevolgen

van elektrificering

berekend en

gevisualiseerd.

Bij het generieke model

wordt de verandering

van de massa, de ligging van het zwaartepunt gebruikt

om de effecten op het rijgedrag te beoordelen aan de hand van een tabellenboek.

Dit tabellenboek is opgesteld op basis grote aantallen berekeningen en simulaties met het specifieke

model. De resultaten zijn vertaald naar een wiskundige vergelijking van waaruit de tabellen zijn

berekend.



4.6.3.1 Werkwijze

Stappen:

1. Bepaal voor het basis voertuig (met verbrandingsmotor) de ligging van het zwaartepunt

(xpos0)

2. Kies de categorie(ën) van xpos die daar het dichtst bij ligt/liggen.

a. Er zijn 5 categorieën met xpos0 op 20,30,40,50 en 60% van de wielbasis

b. Er zijn 3 categorieën voor de nominale karakteristieke snelheid.

50 km/u voor stadsbussen, 80 km/u voor personen en bestelwagens en 140 km/u voor

sportwagens

c. Er zijn drie categorieën voor de batterijplaatsing

i. Jz1: centraal geplaatst tussen voor en achteras

ii. Jz2: gelijkmatig verdeeld over de lengte van het voertuig

iii. Jz3: geplaatste voorbij vooras en/of achter achteras

De categorieën zijn herkenbaar in de filenaam:

EVPT_xx_y_z.pdf

o xx is de karakteristieke snelheid

o y is de categorie voor xpos0

o z is de categorie voor Jz

De filenaam met toevoeging ‘c’ bevat de tabellen voor samengesteld met het

correctiealgoritme voor cv en ca

3. Bepaal aan de hand van het voertuigontwerp (plaatsing componenten)

a. De verandering van de ligging van het zwaartepunt

𝑥𝑝𝑜𝑠_𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑓 = 𝑥𝑝𝑜𝑠/𝑥𝑝𝑜𝑠0

b. De verandering van de voertuigmassa

𝑚𝑡𝑜𝑡𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑒𝑓 = 𝑚𝑡𝑜𝑡/𝑚𝑡𝑜𝑡0

4. Aan de hand van de tabel kan nu beoordeeld worden

a. Hoe groot de verandering in het voertuiggedrag is

i. Stationair lateraal gedrag: stuurgradiënt en karakteristieke snelheid

ii. Dynamisch lateraal gedrag: responsietijd tmax en overshoot van de

gierhoeksnelheid bij een stapvormige stuurinput bij nominale karakteristieke

snelheid

b. Wat de aanpassingen in de slipstijfheid voor (cv) en (ca) moeten zijn om het

voertuiggedrag weer gelijk te maken aan dat van het origineel

In de tabellen worden drie kleuren gehanteerd:

Groen: verandering <=10%

>>> geen aanpassing cv en/of ca nodig

Geel: verandering >10% en <=20%

>>> cv en of ca aanpassen

Rood: verandering >20%

>>> vermijden/niet toepassen, kies andere plaatsing en/of massa componenten

In Figuur 4.37 en Figuur 4.38 het voorbeeld voor de stuurgradiënt: bovenstaand de kleuren en

onderstaand de relatieve waarde van de verandering.



De EVPT rekent tevens uit wat de verandering in de slipstijfheid op de vooras en achteras

moet zijn om weer tot hetzelfde rijgedrag terug te komen.

Dit is in de Figuur 4.39 weergegeven.

Figuur 4.38: Stuurgradient: effect van de verandering van de voertuigmassa en de ligging

van het zwaartepunt, relatieve waarden

Figuur 4.37: Stuurgradiënt: effect van de verandering van de voertuigmassa en de ligging

van het zwaartepunt: kleurindicatie



Figuur 4.39: Correctie algoritme voor dynamisch lateraal gedrag



4.7 Engineering: Detail dimensionering en uitwerking aandrijving

In deze paragraaf wordt de detail dimensionering van de aandrijving behandeld.

We maken onderscheid tussen een full hybrid en een plug in hybrid, waarbij de berekening

voor de full hybrid het startpunt is.

Uit de dimensionering volgt de massa van de batterij en de overige hybride componenten

zodat hiermee de technische packaging van het het voertuig samengesteld kan worden.

Tot slot: de gekozen benadering is een vereenvoudigde benadering, opgesteld door de

auteur. Het voldoet als eerste orde benadering voor het samenstellen van de technische

packaging in het D0/D1-beslismoment (product-idea/definition) in het ontwikkeltraject van

het voertuig.

4.7.1 Dimensionering hybride aandrijving met verbrandingsmotor

Het type hybride bepaalt de opbouw van de berekening. Hierbij wordt onderscheid gemaakt

tussen hybriden en plug in hybriden en tussen het type hybride (serie, parallel, gemengd)

In lijn met de systeembeschrijvingen kunnen de basisvergelijkingen voor de hybride

aandrijving worden opgesteld.

4.7.1.1 Werkwijze voor dimensionering hybride aandrijving

Tijdens het ontwerpproces van een hybride aandrijving worden parameters in 4 stappen

vastgelegd (zie Figuur 4.40):

1. Topologie: layout aandrijflijn, basis technische packaging

2. Afmetingen componenten

3. Rendement componenten

4. Regelstrategie



Over de regelstrategie bij hybride aandrijvingen zijn reeds vele publicaties verschenen en op

basis daarvan zijn richtwaarden gegeven voor de componenten in een hybride aandrijflijn. Zie

[ 1] , [ 17] en [ 18].

Deze zijn echter ook weer gebaseerd op aannames met betrekking tot het gebruik (de

ritcyclus) van het voertuig, de gewenste levensduur van de batterij, kosten en prestaties

(acceleratie).

Mode 1: (op batterij)

CIBATEMTRMW PP ... 21, ( 4.30 )

Mode 2: (op brandstof)

Serie: 122, .... EMICEfEMTRMW PP ( 4.31 )

Parallel: ICEfTRMW PP ..2, ( 4.32 )

Mode 3: (op batterij en brandstof)

Serie: 123, ..... EMICEfCIBATEMTRMW PPP ( 4.33 )

Parallel: ICEfCIBATEMTRMW PPP .... 23, ( 4.34 )

Werkwijze

Als basis wordt uitgegaan van een vereenvoudigde benadering op basis van:

de maximale snelheid +belading+helling waarop met mode 1 kan worden gereden, deze

geeft PBAT

de maximale snelheid +belading+helling waarop met mode 2 kan worden gereden, deze

geeft PICE

Figuur 4.40: Ontwerp parameters, parameter beschrijving en subparameers bij ontwerp

hybride aandrijving [ 1]



Hiermee zijn het vermogen van de verbrandingsmotor en het vermogen van de batterij

bepaald. Vervolgens kan hiermee het piekvermogen aan de wielen worden bepaald voor mode

3. Hieruit volgende de maximale acceleratie en topsnelheid (kortstondig)

Het rekenschema is weergegeven in Figuur 4.41.

In dit rekenschema wordt voor de normale hybride de massa van de batterij bepaald uit het

benodigde vermogen uit de batterij.

In het nu volgende worden eerst de hybriden behandeld, daarna de plug in hybriden.

Het wezenlijke verschil is dat bij hybride het vermogen dat de batterij levert maatgevend is en

dat bij de plug in hybride de energie inhoud van de batterij maatgevend is.

De berekeningen worden altijd eerst uitgevoerd voor de normale hybriden. Hieruit volgt de

basis hybride aandrijflijn.

Vervolgens worden hier de specificatie van de plug in hybride aandrijflijn gekoppeld.

Er zijn nu twee mogelijkheden.

de energie inhoud van de batterij is maatgevend

het vermogen van de batterij is maatgevend

We gaan uit van de worst-case, dus de maximaal bepaalde batterijmassa is maatgevend.

Indien de batterij bij een plug in een grotere energieinhoud krijgt, krijgt deze ook een groter

vermogen (PBAT). Dit kan tot een herziening leiden van de het vermogen de de

verbrandingsmotor (PICE) moet leveren

Aangezien er een direct verband is tussen de massa van de batterij, het gewenste vermogen en

de gewenste energieinhoud en de voertuigacceleratie en topsnelheid is de massa van de

batterij zowel een parameter bij de voertuigweerstanden (rol, helling en accelatie) als bij

vermogensdichtheid en energieinhoud.

Dit kan wiskundig worden opgelost en aldus zal dit in de komende paragrafen ook volgen.

Figuur 4.41 is dus een vereenvoudiging van het rekenschema.

Het voorgaande gaat uit van alleen de toepassing van batterijen. Deze kunnen een beperkende

factor zijn indien het gewenste vermogen waarmee een batterij bij regeneratief remmen

opgeladen kan worden niet gehaald wordt. In dat geval kan men ultracaps toepassen. Deze

hebben daarnaast als voordeel dat ze in het dynamische gebied de piekstromen bij de batterij

verlagen wat de levensduur ten goede komt.

Omdat de laad/ontlaad cyclus van de ultracaps zich doorgaans in maximaal 10tallen seconden

plaatsvindt is de dimensionering van de ultracaps alleen relevant voor het dynamische gedrag.

Deze berekeningen voor de batterijmassa blijven dus geldig en noodzakelijk.



Figuur 4.41: Rekenschema dimensionering hybride aandrijving

PW,M1

Voertuigparameters tav van Rolweerstand, Luchtweerstand, Hellingsweerstand: - Massa (excl massa hybride aandrijving)

- Parameters luchtweerstand en rolweerstand

- Hellingshoek

PW,M2

PW,M3

Serie Parallel Gemengd

mBAT,P mBAT,E mBAT,E

MAX

MAX

mBAT

Eisen actie-

radius zuiver

elektrisch

Eisen

brandstof-verbruik

gemengd hybride

Plug in hybride

Acceleratie en topsnelheid (kortstondig)

PICE

PW,M1,plugin

PW,M2,plugin

EBAT EBAT

PBAT

PICE

Voldoet ?

Overweeg toepassing van

energiebuffering met

ultracaps, vliegwiel etc..

Evaluatie van de mogelijkheden voor regeneratief

remmen, aansluitend keuzes met betrekking tot

energiebuffering (her)overwegen

nee

ja



4.7.1.2 Toepassing dimensionering hybride aandrijving

Voor het vermogen van de batterijen wordt uitgegaan van de eerdere vergelijking voor mode

1.

Aldus volgt:

CIEMTR

MW

BAT

PP

.. 2

1, ( 4.35 )

Voor PW,M1 geldt nu met als basis:

11, . MhellingluchtrolMW vFFFP ( 4.36 )

de volgende vergelijking:

1

2

11, ....2

1)sincos..(. MMWRHYBRtotMW vvAcfmmgP

( 4.37 )

De algemene vergelijking voor het vermogen dat een batterijs kan leveren is ook gelijk aan

het produkt van de vermogensdichtheid en massa van de batterij’s

BATBATdBAT mPP ., ( 4.38 )

Teneinde de massa van de batterij te kunnen bepalen in relatie tot verandering van de

voertuigweerstanden kunnen we beide vergelijkingen kunnen samenvoegen.

Hieruit volgt de massa van de batterij!.

De total toegevoegde massa is gelijk aan de massa van de batterij plus de massa van de

overige componenten van de hybride aandrijving.

CIEMEMBATHYBR mmmmm 21 ( 4.39 )

De massa van de componenten is afhankelijk van mBAT en PW,M3. Dit wordt nu toegelicht:

In geval van de parallel hybride kunnen de massa van al deze componenten

geschreven worden als functie van de massa van de batterij. De elektromotor wordt

immers alleen gevoed vanuit de batterij die daarmee bepalend is voor het vermogen

dat elektromotor moet leveren.

De massa van de generator (EM1) vervalt voor de parallel hybride.

We definiëren voor de parallel hybride cm,EM2 en cm,CI.

BATEMmEM

BAT

EMEMm mcm

m

mc .2,2

22, ( 4.40 )

en



BATCImCONV mcm ., ( 4.41 )

De massa van de parallel hybride aandrijving kan nu geschreven worden als:

CImEMmBATparallelHYBR ccmm ,2,. 1. ( 4.42 )

In geval van de serie hybride is de massa van de convertor/invertor een functie van de

massa van de batterij. De massa van de andere componenten (EM1, EM2) wordt nu

bepaald door het vermogen dat bij Mode 3 (maximale prestaties) moet worden

doorgegeven.

Dit vermogen PW,M3 is ook weer een functie van de rol/lucht/hellingsweerstand. Omdat

dit vermogen de topsnelheid vertegenwoordigt is de hellingshoek 0. Bij zo’n hoge

snelheid is de luchtweerstand maatgevend voor de totale stationaire

voertuigweerstand. Daarnaast geldt dat de componenten van de hybride aandrijving

ook weer een beperkt deel vormen van de voertuigmassa.

We kunnen dus uitgaan van een benadering van de PW,M3 op basis van

luchtweerstandkracht en een rolweerstand met een globale schatting van de massa van

de aandrijflijn.

De elektromotor wordt alleen gevoed vanuit de batterij die daarmee bepalend is voor

het vermogen dat dat elektromotor moet leveren. We definiëren hiertoe de constante

cp,EM1 en cp,EM2

3,1,1

3,

11, . MWEMpEM

MW

EMEMp Pcm

P

mc en 3,2,2 . MWEMpEM Pcm ( 4.43 )

2,1,3,,, .1. EMpEMpMWCImBATserieHYBR ccPcmm ( 4.44 )

Bij een gemengd hybride bepaalt de verhouding tussen PW,M1 en PW,M2 welke

maatgevend is:

- PW,M1>= PW,M2, dan rekenen als serie hybride, dus rekenen met mHYBR,serie

Dit omdat mEM1 en mEM2 dan belangrijker zijn (grotere massa voor deze

componenten.

- PW,M1< PW,M2, dan rekenen als parallel hybride, dus rekenen met mHYBR,parallel

Idem, maar nu juist minder grote massa voor deze componenten

Voor een gemengd hybride moet men dus altijd beiden berekenen!

De complete vergelijking kan nu samengesteld worden:

CIEMTR

MMWRHYBRtot

BATBATd

vvAcfmmg

mP

..

....2

1)sincos..(.

.2

1

2

1

,

( 4.45 )



Afhankelijk van serie of parallel hybride aandrijving kan de massa mHYBR,serie of mHYBR,parallel

hier ingevuld worden

Vervolgens kunnen we de vergelijking verder ordenen en de massa van de batterij bepalen.

4.7.1.2.1 Seriehybride

CIEMTR

MMWRserieHYBRtot

BATBATd

vvAcfmmg

mP

..

....2

1)sincos..(.

.2

1

2

1,

,

( 4.46 )

We schrijven mHYBR,serie nu uit en halen wat termen van rechts naar links:

Daarnaast definiëren we TermA (constante voor rolweerstand en hellingsweerstand) en TermB

(de luchtweerstandkracht)

)sincos.( RfTermA ( 4.47 )

2

1...2

1MW vAcTermB ( 4.48 )

We krijgen nu

TermBTermAccPcmmgmv

PEMpEMpMWCImBATtotBAT

M

BATdCIEMTR ..1..

....2,1,3,,

1

,2

en we definieren TermC :

1

,2 ....

M

BATdCIEMTR

v

PTermC

( 4.49 )

en dan volgt:

TermBTermAccPcmmgmTermC EMpEMpMWCImBATtotBAT ..1... 2,1,3,,

De vergelijking gaan we ordenen in termen met en zonder mBAT

TermBTermAccPmgcTermAgTermCm EMpEMpMWtotCImBAT ...1... 2,1,3,,

We kunnen nu mBAT berekenen:

CIm

EMpEMpMWtot

BATcTermAgTermC

TermBTermAccPmgm

,

2,1,3,

1..

...

( 4.50 )

Enige controles:

- de eenheid van de teller is N en die van de noemer is N/kg, dus mBAT is kg:

KLOPT



- Indien mBAT veel groter is dan de andere massa’s van de hybride aandrijving,

dan wordt de vergelijking:

..

..

TermAgTermC

TermBTermAmgm tot

BAT

We zien hier een vergelijking ontstaan waarin termA het aandeel van

rolweerstand en hellingsweerstand vertegenwoordigt. Naarmate deze groter

wordt zal de noemer kleiner worden en de teller groter worden: KLOPT

- Indien een op een vlakke weg de rolweerstand veel kleiner is dan de

luchtweerstand, dan wordt de vergelijking

1,2

1

,2

.....

....

.

MluchtBATdCIEMTRBAT

M

BATdCIEMTR

luchtBAT

BAT

vFPm

v

P

Fm

geeftinvullenTermC

TermBm

Links staat hier en geleverde vermogen uit de batterij. Rechts het gevraagde

vermogen uit de luchtweerstandskracht: KLOPT

Voorbeeldresultaat, zie Figuur 4.42 (voertuig Ecologic, Li-Ion batterij’s (vermogensdichtheid

432 W/kg),

- Conditie 1= onbeladen, vlakke weg

- Conditie 2= beladen, vlakke weg

- Conditie 3=onbeladen, helling

- Conditie 4=beladen, helling:



4.7.1.2.2 Parallelhybride

Hiervoor geldt een soortgelijke benadering, alleen met:

CImEMmBATparallelHYBR ccmm ,2,. 1.

CIEMTR

MMWRparallelHYBRtot

BATBATd

vvAcfmmg

mP

..

....2

1)sincos..(.

.2

1

2

1,

,

( 4.51 )

We schrijven mHYBR,parallel nu uit en halen wat termen van rechts naar links:

Daarnaast definiëren we TermA (constante voor rolweerstand en hellingsweerstand) en TermB

(de luchtweerstandskracht)


Figuur 4.42: Batterijmassa als functie van de snelheid vM1 bij vier verschillende condities

0 5 10 15 20 25 300

50

100

150

200

250

300

Accumassa bij een gegeven snelheid v M1 (op basis van het accuvermogen)

Snelheid [m/s]

accum

assa [

kg]

conditie 1

conditie 2

conditie 3

conditie 4



2

1...2


We krijgen nu

TermBTermAccmmgmv

PCImEMmBATtotBAT

M

BATdCIEMTR .1..

....,2,

1

,2

en we definieren TermC :

1

,2 ....

M

BATdCIEMTR

v

PTermC

( 4.54 )

en dan volgt:

TermBTermAccmmgmTermC CImEMmBATtotBAT .1... ,2,

De vergelijking gaan we ordenen in termen met en zonder mBAT

TermBTermAmgccTermAgTermCm totCImEMmBAT ..1... ,2,

We kunnen nu mBAT berekenen:

CImEMm

tot

BATccTermAgTermC

TermBTermAmgm

,2,1..

..

( 4.55 )

4.7.1.3 Toepassing dimensionering plug-in hybride aandrijving

In geval van een plug-in hybride kan de specificatie zijn:

1. bereik volledig elektrisch bij een constante snelheid

2. bereik hybride met gewenst verbruik (km/l) bij een constante snelheid

In beide gevallen volgt hieruit een gewenste energie inhoud van de batterij (EBAT,plugin).

Hieruit volgt de PBAT,plugin en omdat PW,M3 hetzelfde blijft de PICE,plugin .

Ook hier is er een directe relatie tussen de massa van de batterij (dus de energie inhoud) en de

voertuigweerstanden.

Specificatie 1: bereik volledig elektrisch bij een constante snelheid

Rekenen we volgens specificatie 1, dan gaan we uit van de berekeningen van PM1 van de

normale hybride. Alleen worden de berekeningen nu niet uitgevoerd naar vermogen maar naar

energie.



De vergelijking voor PBAT kunnen we dus herschrijven als:

CIEMTR

MW

BAT

EE

.. 2

1, ( 4.56 )

De algemene vergelijking voor het vermogen dat een batterijs kan leveren is ook gelijk aan

het produkt van de vermogensdichtheid en massa van de batterij’s

BATBATdBAT mDODEE .., ( 4.57 )

Voor EW,M1 geldt nu:

tvFFFE MhellingluchtrolMW .. 11, ( 4.58 )

We schrijven hier v.t(=s) omdat we uitgaan van een constante snelheid vM1.

Ook hier kunnen we de massa van de hybride componenten benoemen. Belangrijk is dat nu de

massa mEM1, mEM2 en mCI nu reeds bekend zijn.

De complete vergelijking kan nu samengesteld worden:

CIEMTR

MMWRCIEMEMBATtot

BATBATd

tvvAcfmmmmmg

mDODE

..

.....2

1)sincos..(.

..2

1

2

121

,

( 4.59 )

Hieruit kan mBAT bepaald worden.

We passen weer TermA en TermB toe:


2

1...2


Hiermee wordt de vergelijking

CIEMTR

MCIEMEMBATtotBATBATd

tvtermBTermAmmmmmgmDODE

..

......

2

121,

( 4.62 )

Bij de rechter term gaan we mBAT apart plaatsen zodat deze vervolgens naar links gebracht

kan worden.

CIEMTR

MCIEMEMtot

CIEMTR

MBATBATBATd

tvtermBTermAmmmmgtvTermAmgmDODE

..

....

..

......

2

121

2

1,

(

4.63

CIEMTR

MCIEMEMtot

CIEMTR

MBATBATBATd

tvtermBTermAmmmmgtvTermAmgmDODE

..

....

..

......

2

121

2

1,

(

4.64 )



CIEMTR

MCIEMEMtot

BAT

CIEMTR

MBATd

tvtermBTermAmmmmgm

tvTermAgDODE

..

.....

..

....

2

121

2

1,

( 4.65 )

CIEMTR

MBATd

CIEMTR

MCIEMEMtot

BATtvTermAg

DODE

tvtermBTermAmmmmg

m

..

....

..

....

2

1,

2

121

( 4.66 )

tvTermAgDODE

tvtermBTermAmmmmgm

MCIEMTRBATd

MCIEMEMtotBAT

.......

....

12,

121

( 4.67 )

Indien we een parallel hybride hebben geldt : mEM1=0



Specificatie 2: Bereik hybride met gewenst verbruik (km/l) bij een constante snelheid

Nu geldt dat er gedurende een bepaalde tijd bij een constante snelheid vermogen geleverd

wordt vanuit de batterij en de verbrandingsmotor.

We rekenen nu vanuit de specificatie van het ‘fuel economy’ [km/l]. Hieruit volgt hoeveel

energie aan de wielen beschikbaar is vanuit de verbrandingsmotor. Ook is bekend hoeveel

energie totaal nodig is. Het verschil daartussen is de energie die de batterij moet leveren.

We gaan dus uit van mode 3.

De eerdere vergelijking voor PW,M3 gaan we herschrijven naar energie:

123, ..... EMICEfCIBATEMTRMW EEE ( 4.68 )

Voor EW,M3 kunnen we schrijven:

tvFFFE MhellingluchtrolMW .. 23, ( 4.69 )

NB:

We schrijven hier v.t(=s) omdat we uitgaan van een constante snelheid vM2.

vM2 is hierbij de kruissnelheid van het voertuig

Met massa’s wordt dit:

tvvAcfmmmmmgE MMWRCIEMEMBATtotMW .....2

1)sincos..(. 2

2

3213,

( 4.70 )

NB:

In geval van een parallel plug in hybride is mEM1 0

Tevens geldt dan ICEfEMCIBATTRMW EEE .... 23,

Met TermA en TermB kunnen we dit schrijven als:

tvTermBTermAmmmmmgE MCIEMEMBATtotMW .... 2213, ( 4.71 )

Voor EBAT kunnen we schijven

BATdBATBAT EDODmE ,.. ( 4.72 )

We kunnen deze vergelijkingen nu samenvoegen en mBAT bepalen

Uitwerking volgt in volgende versie.

tvTermBTermAmmmmmgEEDODm MCIEMEMBATtotEMICEfCIBATdBATEMTR ........... 2211,2

( 4.73 )



We kunnen nu mBAT gaan berekenen:

122212,2 ................. EMICEfEMTRMCIEMEMtotMBATCIBATdBATEMTR EtvTermBTermAmmmmgtvTermAmgEDODm

( 4.74 )

tvTermAgEDOD

EtvTermBTermAmmmmgm

MCIBATdEMTR

EMICEfEMTRMCIEMEMtot

BAT.......

........

2,2

12221

( 4.75 )

voor een parallel plug in wordt dit:

tvTermAgEDOD

EtvTermBTermAmmmgm

MCIBATdEMTR

ICEfTRMCIEMtot

BAT.......

......

2,2

22

( 4.76 )

In de vergelijking kunnen we zien dat indien we geen energie uit een verbrandingsmotor

toevoegen de vergelijking dezelfde wordt als voor de berekening volgens specificatie 1.

Voor Ef kunnen we schrijven:

fdMf EtvfeE ,2 .001,0...01,0. ( 4.77 )

4.7.2 Dimensionering hybride aandrijving met brandstofcel

Deze dimensionering is identiek aan de hybride aandrijving met verbrandingsmotor met als

verschillen:

Alleen serie-hybride aandrijving mogelijk

Energieomzetting in verbrandingsmotor wordt energieomzetting in brandstofcel

4.7.3 Dimensionering zuiver elektrische aandrijving

Deze dimensionering is identiek aan de hybride aandrijving met verbrandingsmotor met als

verschil dat geldt vM1=vM3 en vM2=0

Oftewel er vindt alleen aandrijving vanuit de batterij+elektromotor plaats!



4.8 Voorbeeldvoertuigen ten aanzien van de dimensionering

In deze paragraaf behandelen we enige bestaande voertuigen aan de hand van de

detaildimensionering. Het doel hiervan is te toetsen van de berekening aan de keuzes die voor

deze voertuigen gemaakt zijn en deze keuzes ook beter te begrijpen.

Voor de berekening wordt gebruik gemaakt van Matlab software die afgeleid is van de

basisberekening voor de conventionele aandrijving. Deze software bestaat uit de volgende m-

files:

Ecologic_v200

Hoofdprogramma

o Ecologic_Initialisatie_variabelen_basis

De initalisatie van de parameters voor conventionele voertuigen

o Ecologic_Initialisatie_variabelen_mode_3

De initalisatie van voertuigen voor mode_3 (PHEV)

Andere modes:

1: conventionele aandrijving

2: alternatieve aandrijving (automaat, CVT)

3: HEV, EV, PHEV en E-REV aandrijving

4: brandstofcel

o Ecologic_berekening_PHEV

De berekening wordt uitgevoerd 4 niveau's van hybrisering

Mild

Full

Plug in

E-REV of EV

Voor ieder niveau van hybridisering wordt de berekening uitgevoerd voor de

parallel en serie hybride

Voor

o Ecologic_Resultaten_PHEV

De resultaten worden geexporteerd naar een txt file die ingelezen wordt in

excel.

De tabel maakt zelf geen keuze en geeft voor een selectie van de niveau's van hybridisering de

resultaten weer. Afhankelijk van de keuze qua niveau en vorm van hybridisering kunnen

hieruit de resultaten worden samengesteld.

Parameters bij de berekening:

E_d_batwh=140;

E_d_bat=E_d_batwh*3600 % [Wh/kg]*3600 = J/kg Li-Ion

P_d_bat=3*E_d_batwh

eta_TR=0.95;

eta_EM1=0.95;

eta_EM2=0.95;

eta_CI=0.95;

c_m_CI=0.1;

c_P_EM1=0.001;

c_P_EM2=0.001

c_m_EM2=0.1;

DOD_bat=0.7; (0,4 voor HEV)



4.8.1 ESCBO, Elektrische Burton

Het betreft hier de HRGTZero zoals deze bij de Hogeschool Rotterdam gebouwd is.

Doelstellingen:



NB: we hanteren hier de kruissnelheid 80 km/u als snelheid!

Eisen: Mode Snelheid

[km/u]

Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 60 0 10% 40 0

2 (op P_bat) 130 0 0% 100 0

3 (op P_ICE

en P_bat)

130 0%

Resultaten: Onderdeel Specificatie Eenheid Waarde leeg Waarde beladen Waarde in echte

voertuig

Motoren PICE [kW] - -

PEM2 [kW] 34 35 30 (45 piek)

Batterij EBAT,P [kWh] 7 8

EBAT,EV [kWh] 14 14 15

EBAT,E-REV [kWh]

mBAT,P [kg] 49 53

mBAT,EV [kg] 97 101

mBAT,E-REV [kg]

Conclusies:

Resultaten komen goed overeen:

Het vermogen van de motor komt goed overeen met de werkelijkheid.

Dat geldt ook voor de energieinhoud van de batterij.

Het vermogen dat nodig is om de helling van 10% op te rijden met 40 km/u is lager

dan beschikbaar is. Dat betekent dat het voertuig een steilere helling zou kunnen

rijden. Echter moeten we dan wel rekening houden met de trekkrachtkromme van de

motor waarbij het de vraag is of er voldoende trekkracht aanwezig is om weg te rijden.

Uit ervaring is gebleken dat het voertuig zonder problemen een trailer op kan rijden,

overeenkomend met een helling van 50%.



4.8.2 Tesla Roadster

Doelstellingen:





[km/u]

Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 120 0 10% 200 0

2 (op P_bat) 200 0 0% 0

3 (op P_ICE

en P_bat)

200 0%

Kruissnelheid voor EBAT,EV: 120 km/u


voertuig

Motoren PICE [kW]

PEM2 [kW] 62 62 225



EBAT,E-REV [kWh]

mBAT,P [kg] 171 180

mBAT,EV [kg] 364 372

mBAT,E-REV [kg]

Conclusies:

Resultaten komen qua batterij redelijk overeen.

Het motorvermogen wijkt wat af: Voor een sportwagen zijn de acceleratie-eisen belangrijker

dan de eisen met betrekking tot de maximum snelheid. Dit is in feite hetzelfde als bij de

conventionele aandrijving. Uitgaande van de energieinhoud van 56 kWh is een

motorvermogen van 225 kW een logische waarde.



4.8.3 Toyota Prius standaard

Ad 2. Full hybrid (elektrisch rijden mogelijk tot een beperkte snelheid en afstand)

Doelstellingen:




[km/u]

Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 60 0 10% 5

2 (op P_ICE) 150 0%

3 (op P_ICE

en P_bat)

180 0%

Kruissnelheid voor EBAT,EV: 80 km/u (mode 2)


voertuig

Motoren PICE [kW] 68 71 73

PEM2 [kW] 32 39 60


EBAT,EV [kWh] 1,3 1,5 1,3

EBAT,E-REV [kWh]

mBAT,P [kg] 85 102

mBAT,EV [kg] 9 11

mBAT,E-REV [kg]

Conclusies:

Resultaten komen redelijk overeen:

Het vermogen van de verbrandingsmotor, bepaald op basis van mode 2, komt goed

overeen.

Het vermogen van de EM2 is lager. Hierbij dient opgemerkt te worden dat hier

waarschijnlijk de acceleratie een bepalende factor is. De eerst Prius heeft namelijk wel

een EM2 in de orde van 35 kW. Bij de Prius 2 is dit 50 kW.

De energieinhoud van de batterij ten aanzien van elektrisch kunnen rijden met 60 km/u

over 5 km komt goed overeen met de werkelijkheid. Voor het leveren van het

vermogen in combinatie met de helling is dit lager dan je zou wensen. Hier zijn twee

aspecten aan de orde:

o Een hybride batterij kan een hogere vermogensdichtheid hebben

o Het vermogen voor de genoemde situatie wordt ook deels door de

verbrandingsmotor geleverd.

o Wanneer we vervolgens de berekening doen voor zuiver elektrisch op een

vlakke weg met 60 km/u, dan is een vermogen nodig van ongeveer 6 kW. Dit

moet de batterij kunnen leveren



4.8.4 Toyota Prius Plug in


Doelstellingen:


kunnen leveren





[km/u]

Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 85 0 10% 25 -

2 (op P_ICE) 150 0 0% 50 2,1

3 (op P_ICE

en P_bat)

180 0% - -



voertuig


PEM2 [kW] 50 59 60


EBAT,EV [kWh] 4,9 5,4 4,4

EBAT,E-REV [kWh] 5,3 6,4

mBAT,P [kg] 131 156

mBAT,EV [kg] 35 39

mBAT,E-REV [kg] 38 45

Conclusies:

Resultaten komen redelijk in de buurt:

Door de hogere eisen voor het elektrisch kunnen rijden komt het vermogen van EM2

nu veel beter overeen met de werkelijkheid. Mogelijk heeft Toyota daar bij de

ontwikkeling van de Prius 2 en 3 al op geanticipeerd.

De energiehoud voor het kunnen rijden in de gemengde mode (ICE+batterij) bij een

verbruik van 2,1 l/100 km en de energieinhoud voor het zuiver elektrisch kunnen

rijden komen redelijk overeen met de werkelijkheid.

De energieinhoud van de batterij ten aanzien van vermogen is veel lager dan je zou

wensen. Hier zijn twee aspecten aan de orde:

o Een hybride batterij kan een hogere vermogensdichtheid hebben

o Het vermogen voor de genoemde situatie wordt ook deels door de

verbrandingsmotor geleverd.


vlakke weg met 85 km/u, dan is een vermogen nodig van ongeveer 10 kW. Dit

moet de batterij kunnen leveren.



4.8.5 Opel Ampera


Doelstellingen:


kunnen leveren





[km/u]

Hellings%

min tbv

mBAT,E

Hellings% max

tbv mBAT,P en

PICE

Actieradius [km]

bij tbv mBAT,E

Brandstofverbruik

[l/100 km] tbv

mBAT,E

1 (op P_bat) 85 0 10% 80 -

2 (op P_ICE) 161 0 0% 50 1,2

3 (op P_ICE

en P_bat)

200 (fictief,

begrensd op 161)

0% - -



voertuig


PEM2 [kW] 54 63 111



EBAT,E-REV [kWh] 8 9

mBAT,P [kg] 142 167

mBAT,EV [kg] 121 133

mBAT,E-REV [kg] 54 62

Conclusies:

Het vermogen PICE is volgens de berekeningen hoger dan in werkelijkheid. Dit zou

kunnen betekenen dat de voertuigweerstanden niet juist geschat zijn.

PEM2 is veel hoger dan het vermogen uit de batterij alleen. Hier geldt dat het voertuig

bij accelereren als serie hybride werkt en het vermogen van de verbrandingsmotor ook

wordt aangewend. Daarnaast kan de batterij kortstondig tot 8*17 kW leveren.

De energieinhoud van de batterij ten aanzien voor het zuiver elektrisch rijden komt

goed overeen met de werkelijkheid. In het geval van de E-REV mode komt deze wat

lager uit. Mogelijk door een hogere snelheid in werkelijkheid dan 80 km/u.

o De energieinhoud van de batterij ten aanzien van vermogen is in werkelijkheid

lager dan de berekende waarde. Hier is aan de orde dat Een hybride batterij kan

een hogere vermogensdichtheid hebben


vlakke weg met 161 km/u, dan is een vermogen nodig van ongeveer 40 kW.

Dit moet de batterij kunnen leveren.



4.9 Planetaire stelsels in hybride aandrijvingen

Met als kenmerk dat er meer dan twee vermogensstromen zijn en het gegeven dat geschakeld

moet kunnen worden zonder vermogensonderbreking is het logisch dat planetaire stelsels

worden toegepast bij hybride aandrijvingen.

Deze paragraaf behandelt hiervan achtereenvolgens:

De basiskennis

De berekening van de overbrengingsverhoudingen voor de verschillende combinaties

De berekening van de vermogensstromen.

De basiskennis is een beknopte samenvatting van de theorie in [30]

Met dit als gegeven kunnen we de toepassing bij hybriden analyseren. Hierbij zullen we zien

dat ook geschakeld wordt om het systeemrendement te optimaliseren.

4.9.1 Planetaire stelsels, basis

Zie Figuur 4.43

De planetaire stelsels vormen het hart van de wisselbak. Er bestaan vele uitvoeringen waarvan

in deze paragraaf het basis planetaire stelsel wordt behandeld.

Het basis planetaire stelsel (het gesloten planetaire stelsel) bestaat uit het zonnewiel (element

A) met daarop ingrijpend de satellieten (element B) en daarop ingrijpend het ringwiel

(element D). De satellietwielen zijn onderling verbonden door een satellietendrager (element

C.



We definiëren dus ook vier assen:

De zonnewielas: As A;

De satelietassen: As B;

De satelietdrageras: As C;

De ringwielas: As D.

Planetaire stelsels worden vooral toegepast in situaties waar grote vermogens overgebracht

moeten worden. De voordelen van een planetair stelsel ten opzichte van een conventionele

overbrenging zijn onder andere:

In en uitgaande as in lijn;

lagere thermische en mechanische belasting door vermogensvertakking;

Geen geschuif met tandwielen om te schakelen;

Daardoor onder volle belasting schakelbaar.

Door de complexiteit is een planetaire overbrenging echter duurder dan een conventionele

overbrenging.

In de basis uitvoering (een enkel aangedreven planetair stelsel) moet één as de ingaande as

zijn, een tweede as de uitgaande as en moet een derde as vastgezet worden. De satellieten

lopen hierbij altijd vrij.

Tabel 4.3 laat zien dat er zo 6 mogelijke overbrengingsverhoudingen ontstaan.

Figuur 4.43: Het gesloten planetaire tandwielstelsel

C

D

B

A

D

B

A



Tabel 4.3: De combinaties van een planetair stelsel

As Combinatie

I II III IV V VI

Ingaande as

(Aandrijvend)

A A C C D D

Uitgaande as

(Aangedreven)

C D A D A C

Geremde as

(Reactie)

D C D A C A

De afmetingen van het planetaire stelsel bepalen de overbrengingsverhouding. Het teken van

de overbrengingsverhouding (+ of -) en of de absolute waarde groter of kleiner dan 1 is wordt

bepaald door de gekozen combinatie.

Bij planetaire stelsels worden (tangentiële) snelheidsvectoren aan de omtrek van de

tandwielen als basis voor de berekening van overbrengingsverhoudingen gebruikt. De

vergelijkingen voor de overbrengingsverhoudingen worden hier direct van afgeleid. Met

behulp van de snelheidsvectoren kan de overbrengingsverhouding dus ook grafisch worden

bepaald. Gaat men echter verder met het samenstellen van een stelsel van planetaire stelsels in

een wisselbak, dan zal men mathematische vergelijkingen moeten toepassen.



Deze paragraaf behandelt de grondbeginselen van het werken met snelheidsvectoren. Hiertoe

beschouwen we drie delen:

Element A en Element D (tandheugels)

Element B met as C

Zie Figuur 4.45.

Indien we drager C fixeren aan de vaste wereld en heugel A een snelheidsvector naar rechts

geven dan krijgt heugel D een even zo grote snelheidsvector naar links. Deze redenatie

kunnen we grafisch ondersteunen door een verbindingslijn te trekken

van de snelheidsvector bij heugel A

via de snelheidsvector bij drager C (deze is 0)

naar de te bepalen snelheidsvector bij heugel D

Zie ...

Op een soortgelijke wijze gaan we te werk wanneer heugel A een snelheidsvector naar rechts

geven en heugel D fixeren aan de vaste wereld. Drager C krijgt nu een snelheid naar rechts

van de helft van de snelheid van heugel A

Figuur 4.45: Basisopstelling, C vast (geremd), A ingaand en D uitgaand

Heugel D

Drager C

Wiel B

Heugel A

Figuur 4.44: Basisopstelling

Heugel D

Drager C

Wiel B

Heugel A



Deze redenatie kunnen we grafisch ondersteunen door een verbindingslijn te trekken

van de snelheidsvector bij heugel A naar

de snelheidsvector bij heugel D (deze is 0)

teneinde de snelheid van drager C te bepalen

In de volgende paragraaf wordt dezelfde methodiek toegepast bij planetaire stelsels.

4.9.2 Planetaire stelsels, berekening overbrengingsverhoudingen

4.9.2.1 Enkel aangedreven planetaire stelsels

Het basis rekenschema is weergegeven in Figuur 4.47, met als ingaande variabelen, uitgaande

variabelen en de parameters (afmetingen en combinatie). Indien er geen vermogensverlies

optreedt geldt dat de verandering van het moment omgekeerd evenredig is met de verandering

van de hoeksnelheid.

In de rest van deze paragraaf wordt steeds gerekend met de hoeksnelheden. Een analyse met

betrekking tot de vermogensstromen en het moment staat in paragraaf Error! Reference

source not found..

Figuur 4.46: Basisopstelling, D vast (geremd), A ingaand en C uitgaand

Heugel D

Drager C

Wiel B

Heugel A



In Figuur 4.48 is het planetaire stelsel afgebeeld volgens combinatie I, waarbij het zonnewiel

(A) wordt aangedreven, het ringwiel (D) wordt geremd en de satellietendrager C de uitgaande

as is.

De overbrengingsverhouding kan grafisch en numeriek worden bepaald. In feite wordt de

vergelijking van de overbrengingsverhouding afgeleid van de schets/tekening voor de

grafische bepaling.

In de figuur kan uit de verhouding van de omtreksnelheid ωC (= vC/rC) en ωA (=vA/rA) de

overbrengingsverhouding iI bepaald worden.

Omdat dit voor het dimensioneren essentieel is zal in deze reader uiteindelijk steeds de

vergelijking voor overbrengingsverhouding afgeleid worden.

Voor combinatie I geldt:

Figuur 4.48: Grafische bepaling van de overbrengingsverhouding, combinatie I

ωin

Figuur 4.47: Basis rekenschema

vergelijking

overbrengings-

verhouding

radii van

tandwielen

Min

ωuit

Muit

Pin Puit schakeling, ingaande,

uitgaande en geremde as

C

D

B

A rA

rB

rD rC

vA

vC

Combinatie I:

Ingaand: A

Uitgaand: C

Geremd: D



AAA rv . en 0Dv dus C

AC

r

v.5.0 en

A

CI

r

ri

.5.0 ( 4.78 )

We kunnen rC ook opschrijven als functie van rD. Hiermee volgt de voor de

overbrengingsverhouding iI :

A

D

A

ADI

r

r

r

rri

1

.5.0

.5.0 ( 4.79 )

Het overzicht van de overbrengingsverhoudingen voor de diverse schakelingen van één

planetair stelsel is afgebeeld in Tabel 4.4. Tabel 4.4: Berekening overbrengingsverhoudingen van enkel aangedreven planetaire stelsels

Combinatie As Vergelijking Bereik

Ingaand Uitgaand Geremd

I A C D

A

DI

r

ri 1

i>2

II A D C

A

DII

r

ri

i<-1

III C A D

DA

AIII

rr

ri

0<i<0.5

IV C D A

DA

DIV

rr

ri

0.5<i<1

V D A C

D

AV

r

ri

-1<i<0

VI D C A

D

AVI

r

ri 1

1<i<2

Figuur 4.49 laat het verloop van de aldus verkregen overbrengingsverhoudingen zien



4.9.2.2 Dubbel aangedreven planetaire stelsels

In veel gevallen worden planetaire stelsels met een dubbel aandrijving toegepast. Dit betekent

dat het reactie element een hoeksnelheid ongelijk aan 0 heeft. Hierdoor verandert de bepaling

van de overbrengingsverhoudingen.

In het rekenschema hebben we nu dus twee ingaande variabelen en één uitgaande variabelen.

Voor het goed kunnen samenstellen van vergelijkingen bij combinaties van planetaire stelsels

wordt niet met twee ingaande hoehsnelheden gerekend maar met een eerste aandrijving en een

overbrengingsverhouding tussen de eerste en de tweede aandrijving. Zie basis rekenschema in

.Figuur 4.50.

De basis voor de afleiding van de vergelijkingen wordt weer gevormd door de grafische

weergaven van de omtrekssnelheden. Zie Figuur 4.51. Hierin is volgens combinatie I, het

zonnewiel A de ingaande as en wordt de tweede aandrijving gevormd door het ringwiel D.

Figuur 4.49:Overbrengingsverhoudingen van een enkel aangedreven (gesloten) planetair stelsels

Overbrengingsverhoudingen van een gesloten

planetair stelsel

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Verhouding r_D/r_A

Ov

erb

ren

gin

gs

ve

rho

ud

ing

i,

zie

leg

en

da

I

II

III

IV

V

VI



Net zo goed zouden we kunnen stellen dat het ringwiel de eerste aandrijving is en het

zonnewiel de tweede aandrijving. Hier zijn geen directe afspraken over bekend. Logisch is

echter steeds de eerste aandrijving toe te kennen aan de het element dat direct (of het meest

direct wordt aangedreven vanuit de ingaande as van de wisselbak) en de tweede aandrijving

toe te kennen aan het element dat indirect wordt aangedreven.

Zie Figuur 4.51.Voor Combinatie I geldt:

Figuur 4.51: Dubbel aangedreven planetair stelsel, combinatie I

ωA

Figuur 4.50: Basis rekenschema, combinatie I, dubbel aangedreven

vergelijking

overbrengings-

verhouding

rA, rC, rD

ωD

ωC D

ADi

iD Ander

planetair

stelsel

Dubbel aangedreven planetair stelsel, combinatie I

C

D

B

A rA

rB

rD rC

vA

vC

Combinatie I:

Ingaand: A

Uitgaand: C

Tweede aandrijving: D

vD



AAA rv . en DDD rv . dus

C

DDAAC

r

rr ...5,0

en

C

DDAA

A

C

AI

r

rri

...5.0

( 4.80 )

We kunnen rC ook opschrijven als functie van rD en rA . Daarnaast kan D als functie van A

geschreven worden. Hierdoor vereenvoudigt zich de vergelijking tot:

D

D

A

DA

DA

D

D

AAA

AI

ri

r

rr

rr

ri

r

i1

.5.0

...5.0

( 4.81 )

Indien D stilstaat, is i oneindig groot en zal weer de oorspronkelijke vergelijking van een

enkel aangedreven stelsel onstaan. Figuur 4.52 geeft dit weer. Merk op dat met de keuze van

iD ook een tekenomkering gerealiseerd kan worden, maar dat deze alleen geldig is in een zeer

klein gebied van iD.

Figuur 4.52: Overbrengingsverhoudingen bij een dubbel aangedreven stelsel, combinatie I

Overbrengingsverhouding i_I als functie van i_D,

bij D=2A

-12

-9

-6

-3

0

3

6

9

12

15

18

-15 -5 5 15 25

i_D

i_I



Overzicht overbrengingsverhoudingen voor de diverse schakelingen van één dubbel

aangedreven planetair stelsel, zie Tabel 4.5. Tabel 4.5: Overbrengingsverhoudingen dubbel aangedreven planetaire stelsels

Combinatie As Vergelijking

Ingaand Uitgaand Tweede

aandrijving

I A C D

D

DA

DAI

i

rr

rri

II A D C

A

C

DA

DII

ri

rr

ri

III C A D

D

DDA

AIII

i

rrr

ri

IV C D A

A

ADA

DIV

i

rrr

ri

V D A C

D

C

DA

AV

ri

rr

ri

VI D C A

A

AD

DAVI

i

rr

rri



4.9.2.3 Negatieve vermogensvertakking

Een negatieve vermogensvertakking is ook een dubbel aangedreven stelsel, echter is deze zo

uitgevoerd dat het toerental van de als de tweede aangedreven as een vaste verhouding heeft

met het toerental van de uitgaande as. Deze vaste verhouding wordt verkregen door een

rondlopende vermogenstak (blindvermogen).

Blindvermogen is een rekenkundig vermogen dat ontstaat in een tandwieloverbrenging waarin

een gesloten kring aanwezig is waarin tandwielen onder belasting draaien zonder nuttig

vermogen naar buiten af te geven.

Een analogie is een rondlopende vloeistofstroom (zie Figuur 4.54).

Zie Figuur 4.53.

Figuur 4.53: Een negatieve vermogensvertakking

Figuur 4.54: Leidingstelsel, analogie voor een negatieve vermogensvertakking

Negatieve vermogenstak

Dit deel is in de werkelijkheid een

samengesteld punt

ωA=0

iD

Negatieve

vermogensvertakking

Ingaande as Uitgaande as

Rem is aan

Combinatie I



De systeembeschrijving is als volgt:

Voor combinatie I geldt nu:

AAA rv . en CCC rv . en DDD rv . en D

CD

i

( 4.82 )

We beginnen met:

C

DDAAC

r

rr ...5.0

( 4.83 )

Voor de overbrengingsverhouding iD geldt: D

CDi

dus

D

CD

i

Hieruit volgt:

DA

D

D

CAA

C

C

D

D

C

AA

Crr

ri

r

r

ri

r

.....5.0

( 4.84 )

We brengen de alle termen met ωC naar de linkerkant van de vergelijking:

DA

AA

DAD

DC

Crr

r

rri

r

.

.

. ( 4.85 )

Nu volgt voor ωC:

DAD

D

DA

AA

C

rri

r

rr

r

.1

.

( 4.86 )

Hiermee kunnen we de vergelijking van iI vervolgens verder afleiden:

ωA

Figuur 4.55: Basis rekenschema, combinatie I, negatieve vermogensvertakking

vergelijking

overbrengings-

verhouding

rA, rC, rD

ωD

ωC D

CDi

iD Ander

planetair

stelsel

Planetair stelsel met negatieve vermogensvertakking,

combinatie I



DA

D

A

D

DDA

DA

A

DAD

D

DAD

D

DA

AA

A

C

AI

ir

r

r

i

rrr

rr

r

rri

r

rri

r

rr

ri

111

.1

.1

.

( 4.87 )

Figuur 4.56 laat zien hoe iI verloopt als functie van iD bij rD=2rA

Figuur 4.56: Overbrengingsverhouding bij een negatieve vermogensvertakking

I_I als functie van i_D bij een stelsel met een

negative vermogensvertakking

-20

-15

-10

-5

0

5

0 0.5 1 1.5 2 2.5

i_D

i_I

I_I



Het effect van een negatieve vermogenvertakking kan ook ‘grafisch’ bepaald worden. Zie

Figuur 4.57. Gegeven is iD=1,5 en ωD=1 rad/s

DCD

C

D

C

D

D

C

C

D

C

D vvv

vv

v

r

v

r

v

i .2

25,2

2

5,1.5,1.

2

5,15,1

( 4.88 )

Stel vD=1, dan volgen hieruit vC, vA, ωC en ωA

125,1Cv en 25,1125,11125,1 Av

dus 75,05,1

125,1C en 25,1

1

25,1A

( 4.89 )

Tenslotte de overbrengingsverhouding:

667,175,0

25,1

C

AIi

( 4.90 )

Figuur 4.57: De grafische benadering van een negatieve vermogensvertakking

ωA=0

iD=1,5

Negatieve

vermogensvertakking

Ingaande as Uitgaande as

Rem is aan

Combinatie I

vD=1

vC=1,125

vA=1,25

rD rC rA



De toepassing van een negatieve vermogensvertakking is vooral zinvol in combinatie met een

dubbel aangedreven stelsel. In de voorbeeldcase zullen we zien dat men

de eerste versnelling realiseert door een enkel aangedreven stelsel in te schaken

de tweede versnelling realiseert om daar via een tweede stelsel een tweede aandrijving

aan toe te voegen

de derde versnelling realiseerd door voor van dit tweede stelsel een stelsel met een

negatieve vermogensvertakking te maken

4.9.3 Planetaire stelsels, berekening vermogensstromen

Nadat de overbrengingsverhoudingen bekend zijn volgt de verdere dimensionering van de

wisselbak. De eerste stap daarbij is het bepalen van de afmetingen van de componenten.

De basis voor deze berekening volgt uit de bepaling van de vermogensstromen en de over te

brengen momenten. Van daaruit kunnen de tandwielen etc..gedimensioneerd worden en van

daaruit volgen dan ook de dimensies van de remmen en koppelingen in de wisselbak (zie Ad

3).

De basisregel is dat, als we het rendement op 1 stellen, het uitgaande vermogen gelijk is aan

het ingaande vermogen. De vraag is dus alleen hoe deze vermogens door de wisselbak heen

gaan lopen.

Een andere basis regel is het krachtenevenwicht:

DA FF en DAC FFF ( 4.91 )

Figuur 4.58: Krachtenevenwicht in een planetair stelsel

FC

FA

FD

C

D

B

A

D

B

A



Als voorbeeld werken we dit uit voor de tweede versnellingstrap van de ZF4HP500

Hier loopt het koppel ook alleen via K5 de bak in en hierbij is het eerste stelsel, stelsel

B. Dit werkt als enkel werkend stelsel volgens combinatie I. De uitgaande

hoeksnelheid van de satellietdrager van stelsel B is werkt nu als tweede aandrijving

van stelsel A volgens combinatie I. Hieruit volgt de resulterende

overbrengingsverhouding.

Stelsel B werkt dus volgens combinatie I:

BI

BA

BCi ,

,

,

en

BA

BD

BIr

ri

,

,

, 1 ( 4.92 )

Stelsel C is een dubbel aangedreven stelsel. Voor de overbrengingsverhouding geldt:

BD

AD

AA

ADAA

AI

i

rr

rri

,

,

,

,,

,

met BIBD ii ,, ( 4.93 )

Rekenvoorbeeld:

Gegeven: rA=0,1 m, rD=0,2 m (voor beide stelsels)

Invullen geeft:

BD

BA

BD

BI ir

ri ,

,

,

, 31,0

2,011

8,1

3

2,01,0

2,01,0

,

,

,

,,

,

BD

AD

AA

ADAA

AI

i

rr

rri

We gaan nu als volgt verder:

Bepalen FC,A (dus de omtrekskracht op de satellietendrager van stelsel A)

Bepalen MA,A en MD,A (de ingaande momenten van stelsel A)

Bepalen ωD,A

Bepalen PA,A en PD,A



inAIACuit MiMM .,, en inin

AC

AC

AC MM

r

MF .12

15,0

.8,1

,

,

, ( 4.94 )

Uit de beginvoorwaarde volgt

ininDACAD MMrFM .2,12,0..12.5,0..5,0 ,, ( 4.95 )

en

ininAACAA MMrFM .6,01..12.5,0..5,0 ,, ( 4.96

)

Vanuit de overbrengingsverhouding van stelsel B geldt: ωD,A =ωC,B=0,33.ωA,B

Daarmee kunnen nu de vermogens berekend worden :

AinAinADADAD MMMP ..40,0.33,0..20,1. ,,, ( 4.97 )

Dit vermogen loopt dus via stelsel B naar stelsel A

AinAAAAA MMP ..60,0.,, ( 4.98 )

Dit vermogen loopt dus direct naar stelsel A

Voor de vermogensverdeling geldt dus dat 40% van het vermogen via stelsel B loopt en 60%

direct naar stelsel A. We kunnen daarmee het volgende Sankey-diagram opstellen:

ωA.Min

Figuur 4.59: Vermogensstromen voor de tweede versnelling

Stelsel A,

combinatie I,

dubbel: iI,A ωC.Muit

Stelsel B,

combinatie

I, enkel: iI,B

ωA.MA,A

ωD.MD,A



Omdat de zonnewielen van stelsel A en B op dezelfde as zitten is momentverdeling evenredig

met de vermogensverdeling.

Voor de omtrekskrachten geldt nu voor stelsel A:

inin

AA

inAA M

M

r

MF .6

1,0.6,0.6,0

,

, en AAAD FF ,, ( 4.99 )

Voor de omtrekskrachten geldt nu voor stelsel B

inin

BA

inBA M

M

r

MF .4

1,0.4,0.4,0

,

, en BABD FF ,, ( 4.100 )

Figuur 4.60: Sankeydiagram voor de tweede versnelling

Stelsel B,

combinatie

I, enkel: iI,B

Stelsel A,

combinatie I,

dubbel: iI,A

100%

40%

60%

100%



4.9.4 Toepassingen in elektrische en hybride voertuigen

Als we de Opel Ampera en de Prius Plug in met elkaar vergelijken dan zien we grote

verschillen in de specificaties van de componenten.

Specificatie Eenheid Prius Ampera

PICE [kW] 73 63

PEM2 [kW] 60 111

Ptot [kWh] 100 111

EBAT [kWh] 4,4 17

massa [kg] 1390 1635

vmax [km/u] 180 161

Acceleratie 0-100 km/u [s] 11 9

Om dit nader te analyseren, lees:

Document Prius: THS.pdf

Ampera: document Chevrolet Volt - DevelopmentStory of the Pioneering Electrified

Vehicle (SAE 04-2011).pdf. pag 124-137

Het principeschema van de Prius (THS) is weergegeven in Figuur 4.61.

We onderscheiden de volgende modes:

1. Mode EV: alleen aandrijving via MG2, gevoed uit de batterij

2. Mode two motor EV: aandrijving via MG1 en MG2, gevoed uit de batterij

3. mode Combined (voor accelereren). evt met batterij ondersteuning.

MG1 is hierbij als generator geschakeld en MG2 als motor

4. Mode zuiver ICE: vermogen op MG2=0

5. Mode optimized ICE

Hierbij wordt een vermogenssplitsing toegepast. MG1 wordt gevoed door MG2. Het

vermogen van ICE blijft gelijk alsmede de voertuigsnelheid. Echter wordt de

hoeksnelheid van de ICE zodanig dat het verbruik zo laag mogelijk is.

6. Mode regeneratief remmen: idem mode two motor EV, alleen nu met vermogen naar

de batterij

Meer uitleg met vermogensstromen, snelheidsvectoren en krachten in het planetair stelsel: zie

Prius_modes.pdf.

Figuur 4.62 geeft weer hoe de motor en generator samenwerken:



Het principeschema van de Ampera/Volt is weergegeven in Figuur 4.63.

We onderscheiden de volgende modes:

1. Mode one motor EV: alleen aandrijving via MG2, gevoed uit de batterij

2. Mode two motor EV: aandrijving via MG1 en MG2, gevoed uit de batterij

3. Mode serie one motor EV: MG1 als generator en MG2 als motor, als een serie

hybride.

Figuur 4.62: Samenstelling trekkracht bij de Prius (Toyota Hybrid System)

Figuur 4.61: Principeschema van de Prius (Toyota Hybrid System)



4. Mode Combined two motor extended range.

Het vermogen van de ICE kan traploos gevaieeerd worden van direct naar de wielen

tot volledig via MG1 (serie hybride)

5. Mode regeneratief remmen: idem mode one motor EV, alleen nu met vermogen naar

de batterij

Meer uitleg met vermogensstromen, snelheidsvectoren en krachten in het planetair stelsel: zie

Ampera_modes.pdf

Schakelschema:

Mode Clutch 1 Clutch 2 Clutch 3

One-Motor EV Open Open Closed

Two-Motor EV Open Closed Open

Series One-Motor ER Closed Open Closed

Combined Two-Motor ER Closed Closed Open

Regenerative braking Open Open Closed

Figuur 4.64 geeft het trekkrachtdiagram van de Ampera weer. De gestippelde lijn is gevoed

door het vermogen dat de batterij continu kan leveren. Dit is het nominale vermogen en dat is

in de orde van 44 kW. Het piekvermogen is 5/2*44 kW=110 kW. Dit is ook het maximum

vermogen dat geleverd kan worden. Dit is dan een gecombineerd vermogen van de batterij en

ICE of alleen van de batterij! Belangrijk is dus dat maximale voertuigprestaties ook zuiver

elektrisch gehaald kunnen worden. Hoe het koppel aan de as is samengesteld is afhankelijk

van of het voertuig rijdt in de 'electric driving' of Extended range driving. Zie Figuur 4.65 en

Figuur 4.66.

Figuur 4.63: Principeschema van de Ampera/Volt



Figuur 4.65: Samenstelling trekkracht bij de Ampera, electric driving

Figuur 4.64: Samenstelling trekkracht bij de Ampera/Volt



Figuur 4.66: Samenstelling trekkracht bij de Ampera, extended range driving



4.10 VALIDATIE: simulatie en detaillering

Verdere uitwerking volgt later. Zie ppt week 4 cursus ACE1 DT.

Tabel 4.1: Fasering en resultaten

Fase Resultaten

Vooronderzoek keuze voertuig

Definitie PVE (eisen vanuit Tijd, geld en prestaties

Concept Conceptkeuze, basis dimensionering, packaging concept

Engineering keuze componenten, packaging uitwerking

Validatie (in simulatie) visualisatie en presentatie

Evaluatie conclusies en aanbevelingen



5 Componenten in aandrijflijnen, technologie en dimensionering

@@gebruik verhandeling in mijn OSGV rapport, met name het morfologische schema+de

reader voor smart energy @@ is dit een goede basis??

5.1 Energiebron naar energiedrager

5.1.1 Fossiele brandstoffen

5.1.2 Bio-brandstoffen

@@Zie National Geographic, presentatie Theo Aarnink

5.1.3 Groene energiebronnen

5.1.3.1 Windenergie

5.1.3.2 Zonneenergie

5.1.3.2.1 Omzetting met zonnecellen naar elektrisch vermogen

5.1.3.2.2 Omzetting met warmte naar mechanisch vermogen

5.1.3.3 Waterkracht energie

5.1.3.4 Energie uit aardwarmte



5.1.4 Energiedragers



5.1.4.1 Elektrisch

5.1.4.1.1 Batterij’s



5.1.4.1.2 Condensatoren



5.1.4.1.3 Vermogenselektronica

5.1.4.2 Mechanisch

5.1.4.2.1 Vliegwiel



5.1.4.2.2 Hydraulische en pneumatische batterijmulator

5.1.4.3 Chemisch

5.1.4.3.1 Waterstof



5.2 Energiedrager naar wiel

5.2.1 Verbrandingsmotoren

Zie overzicht uit smart energy

5.2.2 Brandstofcellen

Zie [2] en [3] en [5]



5.2.2.1 Typen brandstofcellen



5.2.2.2 Eigenschappen



5.2.2.3 Dimensionering



5.2.3 Elektromotoren

Refereren aan elektrische aandrijfsystemen (EAS01)



6 Systeemoptimalisatie

6.1 Pakket van eisen: functie en randvoorwaarden

6.2 Zuiver elektrische aandrijving



6.3 Hybriden met verbrandingsmotor



@@link met PML flighlink



Lichte trucks



6.4 Hybriden met brandstofcel

6.5 Plug in Hybriden

7 Voorbeeldvoertuigen

7.1 Optimalisatie van bestaande systemen

VW Blue tech

7.2 Hybriden

Toyota Prius

Honda Civic Ima

7.3 Elektrische voertuigen

Tesla Roadster

Venturi



7.4 Waterstofvoertuigen

GM Sequel

www.fuelceltoday.com

7.5 Specifieke voertuigcategorieën

7.5.1 Bedrijfswagens

7.5.2 Bussen

7.5.3 Racewagens

7.5.3.1 Formula Zero

7.5.3.2 Formule 1

7.6 Hogeschool Rotterdam

7.6.1 Shell Ecomarathon

7.6.2 Open Source Green Vehicle

7.6.3 Biobrandstoffen

7.6.4 Deelname in Rotterdam Climate Initiative

http://www.fuelceltoday.com/



8 Marktontwikkeling in voertuigen

8.1 Basis kostprijs



8.2 Marktprijs

Laten zien: marges bij duurdere voertuigen

8.3 Beïnvloeding marktprijs door subsidies en belastingen



9 Literatuur in de mediatheek

@@ boek “leven zonder olie”



10 Referenties en interessante websites

[ 1 ] Theo Hofman; Framework for combined control and design optimisation of hybrid

vehicle propulsion systems; Proefschrift verdedigd dd 6 november 2007; TU Eindhoven;

…pdf

[ 2 ] Matthew Blair Guenther; Modelling and Design Optimisation of Low Speed Fuel cell

Hybrid Electrical Vehicles; 2005; University of Victoria; ….pdf

[ 3 ] European Hydrogen & Fuel Cell Technology Platform; Implementation Plan-status

2006; …pdf, www.HFPeurope.org

[ 4 ] Sam Golbuff; Optimisation of a plug in hybrid electrical vehicle; Georgia Institute of

technology; August 2006, … pdf

[ 5 ] Stratis Karamanolis; Brennstoffzellen; vogel buchverlag; 2003; ISBN 3 8023 1956 7

[ 6 ] Intergovernmental Panel on Climate Change, Fourth Assessment Report; Climate

Change 2007; Synthesis Report, Summary for Policymakers; 2007; Zie …pdf; www.ipcc.ch

Het basisdocument voor de klimaatconferentie in Bali

[ 7 ] http://www.eucar.be/start.html

[ 8 ] World Business Council for Sustainable Development; The Sustainable Mobility

Project; 2003; Mobility 2030 Full report.pdf

De visie van de mondiale autoindustrie

[ 9 ] Steven Tampert; Entwicklungstrends von motor und getriebe vor dem Hintergrund des

ACEA Selbstverpflichtung; ATZ 06/2006; Entwicklungstrends von motor und

getriebe.pdf

[ 10 ] Eucar ea.; Well-to-Wheels energy use and greenhouse gas (GHG) emissions for a

wide range of potential future fuels and powertrains options, Eucar, 2006;

Fileadmin_H04_Well to Wheel*.pdf

[ 11 ] R.M.M. Hogt; Cursus Voertuigontwerpen VTO01, diverse literatuurbronnen

waaronder methodisch ontwerpen en integraal ontwerpen; Hogeschool Rotterdam;

2005-heden

[ 12 ] R.M.M.Hogt; Design report OSGV; Fabulo Design/Hogeschool Rotterdam; januari

2007

[ 13 ] R.M.M.Hogt; Reader Wielophanging, OPH01 Mindmaps; Hogeschool Rotterdam; mei

2006

[ 14 ] R.M.M. Hogt; Design report Ecologic; Fabulo Design; 1993

http://www.hfpeurope.org/

http://www.ipcc.ch/



[ 15 ] R.M.M.Hogt; Aandrijvingen, AUT01 ; Hogeschool Rotterdam; augustus 2011

[ 16 ] Menahed Anderman, President Advanced Automotive Batteries; Status and Prospects

of Battery Technology for Hybrid Electric Vehicles, including Plug-in Hybrid Electric

Vehicles; Briefing to the U.S. Senate Committee on Energy and Natural Resources;

January 26, 2007, file; @@@

[ 17 ] Jonn Axsen et al ; Batteries for Plug-in Hybrid Electric Vehicles, Goals and the State

of Technology circa 2008; Institute for transportation studies, University of California

Davis, CA; Report UCD-ITS-RR-08-14; may 2008; file; @@@

[ 18 ] Sam Golbuff ; Optimization of a plug-in hybrid electric vehicle; Georgia Institute of

Technology; August 2006 file; @@@

[ 19 ] Toyota Hybrid System; Toyota, 2003, pdf-file: Toyota hybrid system.pdf

[ 20 ] ir. F.H. Rieck; Waarom gaan wij elektrisch rijden, SEV2008, pdf-file:

Par35b_HRO.pdf

[ 21 ] Prof.dr. Cees de Bont; Dutch-Insert, SEV2008, pdf-file: Par23_DUTCH-Insert.pdf

[ 22 ] dr. Ruud Hunik, dr. Rob Ross; De toekomst van de batterij, SEV2008, pdf-file:

Plen4_IWO.pdf

[ 23 ] Instituut voor wetenschap en ontwikkeling (IWO); pdf-file:

IWO&IPbv_Algemene_Info.pdf

[ 24 ] dr. Ruud Hunik, dr. Rob Ross; De toekomst van de batterij, SEV2008, pdf-file:

Plen6_Toyota.pdf

[ 25 ] R.M.M. Hogt; Integratie nieuwe generatie aandrijflijnen in opleiding Autotechniek;

SEV2008, pdf-file: Par35a_HRO.pdf

[ 26 ] Theo Gunneweg, Ester de Oude,Wouter van Leeuwen, Corien Slamet; Opdracht 2

cursus Smart Energy; september 2008

[ 27 ] Chris Mi et al; Hybrid Electric Vehicles; 2011; John Wiley & Sons; ISBN 978 0 470

74773 5

[ 28 ] Kazunori Handa et al; Development of next-generation electric vehicle “i-

MIEV”;2007; Mitsubishi Motors technical review

[ 29 ] …; Electric Vehicle Technology Explained;..; ..

[ 30 ] R.M.M.Hogt; Reader alternatieve aandrijving ; Hogeschool Rotterdam; 2006

Diverse websites:



www.sustainable-solutions.nl

www.fairclimate.nl

http://www.evworld.com/

www.fuelcelltoday.com

http://www.evisol.com

Evisol is specialized in developing, manufacturing and selling of high-end, highly reliable,

drive solutions for the rapidly growing market of hybrid- and full electric vehicles and boats.

www.quicc.eu/QUICC!

NL’se producten van elektrische voertuigen, onderdeel Duracar holding

www.nedstack.nl

NedStack is focused on the commercialization and volume production of PEM fuel cell stacks.

The application of innovative materials and designs has led to a strong improvement of the

performance of PEM fuel cells. PEM technology offers proper solutions for stationary as well

as mobile applications. PEM fuel cells are more efficient, cleaner (zero emission) and less

noisy than all other energy conversion technologies.

www.iwo.nl

De ideële stichting IWO is in 1994 opgericht voor educatie, begeleiding, advisering en

publicaties door het uitvoeren en/of coördineren van wetenschaps- en ontwikkelingsprojecten

dan wel ondersteuning te verlenen bij dergelijke activiteiten. IWO wil wetenschappelijke

verworvenheden benutten voor de positieve ontwikkeling van gemeenschappen en individuen.

Onder positieve ontwikkelingen wordt verstaan respect voor de gehele schepping, wat zich

o.a. vertaalt in duurzaam gebruik van de aarde, respect voor de natuur, vreedzame

coëxistentie en rechtvaardigheid jegens individuen, groepen en volken.

http://www.sustainable-solutions.nl/

http://www.fairclimate.nl/

http://www.evworld.com/

http://www.fuelcelltoday.com/

http://www.evisol.com/

http://www.quicc.eu/QUICC

http://www.nedstack.nl/

http://www.iwo.nl/



11 Bijlagen

Functie-werkwijze-diagrammen (Morphologic Cards) aandrijving

Functie-werkwijze-diagrammen aandrijving

Nieuwe generatie aandrijvingen

Documents

Transcript of Nieuwe generatie aandrijvingen