Thermomanagement in elektrische en hybride voertuigen

Het begrip 'hybride' staat voor een mix of combinatie. In de voertuigtechniek betekent dit, dat in een voertuig een verbrandingsmotor met traditionele techniek wordt gecombineerd met de elementen van een elektrisch aangedreven voertuig.

De hybridetechnologie wordt in drie stappen, d.w.z. van de micro-hybrid, de mild-hybrid tot de full-hybrid, technisch steeds veeleisender. Ondanks technische verschillen hebben alle technologieën gemeen dat de toegepaste accu wordt opgeladen door het terugwinnen van remenergie.

zijn daarentegen uitgerust met een kleine extra elektromotor en een krachtige accu die de verbrandingsmotor ondersteunen. De elektrische hulpaandrijving wordt uitsluitend gebruikt voor de ondersteuning bij het wegrijden en voor meer vermogen bij het inhalen, het zogenaamde 'boosten'.

kunnen niet alleen 'boosten', maar ook volledig elektrisch rijden. Hiervoor zijn ze uitgerust met een complete elektrische aandrijflijn. Deze heeft echter een veel sterkere accu nodig dan een lichte hybride.

kunnen niet alleen 'boosten', maar ook volledig elektrisch rijden. Hiervoor zijn ze uitgerust met een complete elektrische aandrijflijn. Deze heeft echter een veel sterkere accu nodig dan een lichte hybride.

bieden de mogelijkheid de accu's bijvoorbeeld 's nachts op te laden. Het positieve neveneffect bij dit voertuigtype is, dat de passagiersruimte reeds voor aanvang van de rit op de gewenste temperatuur kan worden gebracht. Zo is het voertuig de volgende ochtend direct klaar voor gebruik. De plug-in-hybrid is een vorm van de full-hybrid.

Op dit moment zijn de typische vertegenwoordigers van de full-hybrid-voertuigen de Toyota Prius, de BMW ActiveHybrid X6 (E72) en de VW Touareg Hybrid. Daarentegen zijn de Honda Civic IMA, BMW ActiveHybrid 7 en de Mercedes S400 (F04) voorbeelden van een mild-hybrid.

Zoals uit het overzicht blijkt, zijn er bij elke technologie verschillende functies die bijdragen aan brandstofbesparing. Deze vier functies worden hierna beknopt beschreven.

Een elektrisch voertuig is per definitie een motorvoertuig dat door een elektromotor wordt aangedreven. De elektrische energie voor de voortbeweging wordt verkregen uit een aandrijfaccu, d.w.z. niet uit een brandstofcel of range extender. Aangezien de elektrische auto tijdens het gebruik zelf geen relevante schadelijke stoffen uitstoot, wordt hij geclassificeerd als een emissievrij voertuig.

Bij elektrische voertuigen worden de wielen aangedreven door elektromotoren. De elektrische energie wordt opgeslagen in accu's in de vorm van een of meer aandrijf- of voedingsaccu's.
De elektronisch geregelde elektromotoren kunnen hun maximale koppel reeds bij stilstand afgeven. In tegenstelling tot verbrandingsmotoren hebben ze meestal geen versnellingsbak nodig en kunnen ze reeds bij lage snelheden sterk accelereren. Elektrische motoren zijn stiller dan benzine- of dieselmotoren, bijna trillingsvrij en stoten geen schadelijke uitlaatgassen uit. Hun rendement is met meer dan 90% zeer hoog.

Tegenover de gewichtsbesparing door het wegvallen van de verschillende componenten (motor, versnellingsbak, tank) van de verbrandingsmotor staat het relatief hoge gewicht van de accu's. Elektrische voertuigen zijn daarom meestal zwaarder dan overeenkomstige voertuigen met verbrandingsmotor. De capaciteit van de accu('s) heeft een grote invloed op het gewicht en de prijs van het voertuig.

In het verleden hadden elektrische voertuigen een geringe actieradius met één acculading. De laatste tijd neemt het aantal elektrische auto's dat afstanden van enkele honderden kilometers kan afleggen echter toe, bijvoorbeeld: Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Om de actieradius van elektrische voertuigen verder te vergroten, worden soms extra apparaten (meestal in de vorm van een verbrandingsmotor) voor de opwekking van elektriciteit ingezet. Dit wordt een 'range extender' genoemd.

Om een elektrisch voertuig met een bijzonder hoog rendement te kunnen aandrijven, moet de temperatuur van de E-motor, de vermogenselektronica en de accu in een optimaal efficiënt temperatuurbereik worden gehouden. Om dit te bereiken is een geperfectioneerd thermomanagementsysteem nodig.

Door hun hoge rendement geven elektrische aandrijvingen tijdens het bedrijf weinig en bij stilstand helemaal geen warmte aan de omgeving af. Om bij lage buitentemperaturen de auto te kunnen verwarmen of de ramen te kunnen ontdooien, zijn extra verwarmingen nodig. Dit zijn extra energieverbruikers die door hun hoge energieverbruik sterk meewegen. Ze verbruiken een deel van de energie die in de accu is opgeslagen, wat vooral in de winter een aanzienlijk effect op de actieradius heeft. Elektrische bijverwarmingen die in het ventilatiesysteem zijn geïntegreerd, zijn weliswaar eenvoudig en effectief, maar ook zeer energie-intensief. Inmiddels worden er daarom nu ook energie-efficiënte warmtepompen gebruikt. Deze kunnen in de zomer ook als airconditioning voor de koeling worden gebruikt. Stoelverwarmingen en verwarmde ramen brengen de warmte rechtstreeks naar de te verwarmen locaties en verminderen zo ook de warmtebehoefte voor het interieur. Elektrische auto's brengen hun stilstandtijden vaak door bij oplaadpunten. Daar kan het voertuig voor aanvang van de reis worden voorverwarmd zonder de accu te laden. Onderweg is dan aanzienlijk minder energie voor de verwarming of koeling nodig. Inmiddels worden er ook smartphone-apps aangeboden waarmee de verwarming op afstand kan worden bediend.

In elektrische en hybride voertuigen is het dan ook noodzakelijk dat hoogvoltagecomponenten worden ingebouwd. Deze zijn gemarkeerd met uniforme waarschuwingsstickers. Daarnaast zijn alle hoogvoltage-leidingen bij alle fabrikanten in fel oranje uitgevoerd.

Bij werkzaamheden aan voertuigen met hoogvoltagesystemen geldt de volgende procedure:

1. Spanning uitschakelen
2. Tegen opnieuw inschakelen beveiligen
3. Spanningsloosheid vaststellen

Houd tevens altijd rekening met de richtlijnen van de fabrikant en onze werkplaatstips!

Bij traditionele aandrijfconcepten met verbrandingsmotor is de interieurairco door de mechanisch aangedreven compressor direct afhankelijk van de werking van de motor. Ook in voertuigen die in vakkringen als micro-hybrid worden aangeduid en alleen een start-stopfunctie hebben, worden compressoren met riemaandrijving toegepast. Het probleem daarbij is dat bij stilstand van het voertuig en uitgeschakelde motor al na 2 seconden de temperatuur bij de verdamperuitgang van de airconditioning oploopt. De daarbij behorende langzame toename van de uitblaastemperatuur van de ventilatie, evenals de toename van de luchtvochtigheid, kan door de inzittenden als storend worden ervaren.

Om dit probleem tegen te gaan, kan een nieuw ontwikkelde koude-opslag worden gebruikt, de zogenaamde opslagverdamper.

Bestuurders van voertuigen met hoogvoltagesystemen (HV-systemen) worden niet blootgesteld aan directe elektrische risico's – zelfs niet in geval van een defect. Een groot aantal maatregelen van de voertuigfabrikanten beveiligen het HV-systeem.

Ook pechhulp voor voertuigen met HV-systemen is onschadelijk zolang er geen ingreep in het HV-systeem nodig is om storingen te verhelpen.

Bij pechhulp aan of wegslepen van voertuigen die bij een ongeval beschadigd zijn geraakt of uit de sneeuw en het water moeten worden geborgen, bestaan echter gevaren. Hoewel de intrinsieke veiligheid van de voertuigen ter bescherming tegen gevaren van elektrische schokken of vlambogen zeer hoog is, wordt er geen volledige of 100% veiligheid voor elk geval van schade geboden. In geval van twijfel moet de desbetreffende informatie van de voertuigfabrikant in acht worden genomen of worden opgevraagd.

Pechhulp voor elektrische en hybride voertuigen mag alleen worden verleend door personen die hiervoor speciaal gekwalificeerd zijn. De pechhulpverleners worden daarom geïnstrueerd over het ontwerp en de werking van voertuigen met hoogvoltagesystemen. Hierbij zijn de desbetreffende landspecifieke vereisten en voorwaarden voor niet-elektrotechnische werkzaamheden van toepassing. (Voor Duitsland geldt DGUV-informatie 200-005 "Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen" (Kwalificatie voor werkzaamheden aan voertuigen met hoogvoltagesystemen) (voorheen BGI 8686). Neem de desbetreffende landspecifieke omstandigheden in acht.)

Absoluut de richtlijnen van de fabrikant in acht nemen. Slechts bij enkele voertuigen kan met behulp van hulpstartkabels via het 12/24 V DC-boordnet worden gestart. Na het uitschakelen kunnen gevaarlijke restspanningen aanwezig zijn, die niet via continue ontladingsweerstand worden ontladen. Neem voor het openen de aanwijzingen in de gebruiksaanwijzing en/of technische informatie van de voertuigfabrikant in acht.

• Onbeschadigde voertuigen kunnen over het algemeen op een bergingsvoertuig worden geladen.
• Bij het wegslepen met een stang of kabel moeten de specificaties van de fabrikant in acht worden genomen.
• Om voertuigen veilig te bergen moeten alle maatregelen uit het hoofdstuk 'Veilige hulp bij elektrische auto's' in acht worden genomen.
• Als het voertuig met een lier wordt voortgetrokken/geborgen, mogen zich geen HV-componenten in de buurt van de aanslag- of bevestigingspunten bevinden en worden beschadigd. Hetzelfde geldt voor het omhoog brengen met een krik of laadkraan.