De geschiedenis van de hybride elektrische auto

De geschiedenis van de hybride elektrische auto

Dat recente technische toepassingen niet altijd nieuw en origineel zijn blijkt o.a. uit de toepassing van de hybride elektrische automobiel die zijn oorsprong heeft in het jaar 1901, ruim 110 jaar geleden.

Voordat er voorbeelden worden genoemd is er eerst een korte uitleg wat er onder een hybride elektrische auto wordt verstaan. Een hybride elektrisch voertuig (HEV) is een type hybride voertuig dat de aandrijving van het voertuig met behulp van een conventionele verbrandingsmotor (meestal een benzinemotor) combineert met die van een elektromotor. Er is een grote variëteit van HEV typen en de wijze waarop beide aandrijvingen samenwerken is eveneens zeer gevarieerd.

Aanvankelijk, vanaf het jaar 1901, waren de eerste HEV’s bedoeld om het gemak van elektrisch rijden (niet met de hand aanslingeren van de motor en het vergroten van de actieradius) te combineren met het reeds gangbare gebruik van de benzinemotor. Deze eerste toepassingen van HEV’s waren slechts van korte duur, zo’n 20 jaar. Het was pas vanaf eind jaren 90 dat HEV’s door autofabrikanten werden ingezet om te voldoen aan de Amerikaanse en Europese milieueisen en aan de limieten voor het brandstofverbruik en daarmee de uitstoot van CO2 (kooldioxide).

In 1901 ontwikkelde Ferdinand Porsche de Lohner-Porsche Mixte Hybrid, de eerste benzine-elektrische automobiel in de wereld, gebouwd door de rijtuigenfabrikant ‘Lohner Werke’ in Wenen, Oostenrijk. De auto was afgeleid van de Lohner Electric Chaise uit 1899, een volledig elektrisch voertuig aangedreven door 2 elektromotoren die op beide voorwielen zijn geplaatst.

De Lohner-Porsche Mixte Hybrid is een serie-hybride voertuig zoals de huidige Opel Ampera en Chevrolet Volt. Een kleine benzinemotor met constante snelheid drijft een stroomgenerator aan die een aantal batterijen oplaadt. De batterijen leveren op hun beurt elektrische stroom aan 4 elektromotoren die op de 4 wielen zijn gemonteerd en zorgen voor de aandrijving van de auto (zie foto). Een echte hybride auto dus en bovendien met 4 wielaandrijving! Doordat geen aandrijfas, versnellingsbak, koppeling of ketting nodig zijn is een zeer simpele constructie ontstaan. Door het grote batterijpakket heeft de auto echter een ledig gewicht van 1500 kg.

Ferdinand Porsche’s innovatieve ontwerp van de Lohner-Porsche Mixte Hybrid werd een succes en bracht hem roem als ontwerper. Zijn concept, er zijn zo’n 300 Lohner-Porsche’s gebouwd, werd een belangrijk voorbeeld voor de verdere ontwikkeling van zowel de elektrische als de hybride-elektrische auto. Lohner-Porsche’s concept werd zelfs door Boeing en NASA bestudeerd voor het uiteindelijke ontwerp van het maanwagentje de ‘Lunar Rover Vehicle’ in het Apollo 15 project van 1971.

In 1905 werd door Henri Pieper, wapenfabrikant in België, een parallel-hybride auto ontwikkeld met een aandrijvingconcept zoals wij die kennen van de Toyota Prius. Hij vroeg in 1909 hiervoor patent aan. Het patent beschrijft de toepassing van een elektromotor, batterijen, een benzinemotor en enkele elektrische schakelingen. Tijdens het rijden op kruissnelheid met de benzinemotor werkt de elektromotor als dynamo en worden de batterijen opgeladen. Gaat men accelereren of wordt een heuvel genomen dan werkt de dynamo als elektromotor en wordt hierdoor extra vermogen geleverd aan de benzinemotor.

Pieper was een briljante uitvinder, maar de timing van zijn uitvinding was zeer ongelukkig. In 1908, een jaar voor zijn patent werd verleend, bouwde Henri Ford zijn Ford Model T, voor een prijs toegankelijk voor de middenklasse. Door toepassing van de lopende band vanaf 1913 werd de Ford nog goedkoper. Dit was de doorbraak van de benzinemotor voor de automobiel. Stoom en elektrische voertuigen verdwenen eind twintiger jaren langzamerhand van het straatbeeld, zo ook de hybride elektrische auto. De hybride elektrische auto werd in verhouding tot de benzineauto veel te duur. Bovendien waren in die tijd de opwarming van de aarde, luchtverontreiniging en hoge olieprijzen geen bedreigingen. Het is dan ook opmerkelijk dat de technische oplossingen van de huidige hybride elektrische auto’s terug te vinden zijn in de tekeningen van Henri Pieper.

In Amerika waren er rond 1910, ondanks de groeiende populariteit van de auto met benzinemotor, toch enkele fabrikanten die zich waagden aan de productie van hybride-elektrische voertuigen. Een voorbeeld hiervan is fabrikant ‘Woods Motor Vehicle Company’ die in 1915 de Woods Dual Power lanceerde. 

De auto heeft een 12 pk 4 cilinder benzinemotor met een in het verlengde geplaatste elektromotor. Bij snelheden tot 30 km/u doet alleen de elektromotor zijn werk. Aanslingeren van de benzinemotor was dus niet nodig en je reed geruisloos vanuit stilstand weg. Boven de 30 km/u wordt automatisch de benzinemotor ingeschakeld die de auto tot zijn maximumsnelheid van 56 km/u kan brengen. Tijdens het rijden op de benzinemotor fungeert de elektromotor als dynamo waardoor de batterijen worden opgeladen.

Tot 1918 zijn er 600 exemplaren gebouwd. De Woods Dual Power werd commercieel gezien geen succes. Hij was te duur en reed te langzaam in vergelijking met de conventionele benzine auto. Bovendien was het onderhoud aan de hybride aandrijving kostbaar.

In de periode na de tweede Wereldoorlog tot 1990 zijn er verschillende ontwikkelingen geweest in de techniek van zowel hybride als elektrische auto’s. Zoals het regenereren van elektrische energie tijdens het remmen voor het opladen van de batterijen. Ook werden elektronische schakelingen toegepast die voor intelligente samenwerking zorgde tussen de benzinemotor en de elektromotor in geval meer of minder vermogen werd verlangd. Deze ontwikkelingen waren voornamelijk voor experimenten op kleine schaal en werden aangemoedigd door overheden in Amerika, Europa en Japan met het doel om auto’s die op fossiele brandstof rijden zuiniger te maken en de uitstoot van schadelijke stoffen te verminderen.

De echte doorbraak van de hybride elektrische auto kwam pas eind jaren 90. Om in te spelen op de publieke en politieke wens het brandstofverbruik (CO2 emissie) en de emissie van schadelijke stoffen bij auto’s met verbrandingsmotor te verminderen besloot de Japanse autofabrikant Toyota Motor Corporation in 1997 een benzine-elektrische hybride auto op de markt te brengen.

Het werd de Toyota Prius, werelds eerste in massa geproduceerde hybride auto. Aanvankelijk was de auto alleen in Japan verkrijgbaar maar vanaf 2001 werd de Prius in een verbeterde versie ook leverbaar in de VS en Europa. In het begin liep de verkoop traag, maar vanaf 2003 toen de tweede generatie Prius verscheen (type XW20 zie foto), werd het model populairder in zowel de VS als in Europa.

Kort daarna hadden ook andere fabrikanten een hybride auto op de markt gebracht waaronder de Honda Insight. HEV’s krijgen een duidelijke positie in de markt en tot op heden zijn er steeds meer fabrikanten die hun modellen van hybride aandrijving voorzien. Ook heeft zich de ontwikkeling ingezet van de volledig elektrische auto en de plug-in hybride auto, een HEV waarbij de batterij met een stekker kan worden opgeladen.

Een belangrijke negatieve factor van de HEV is de relatief hoge aanschafprijs die wordt veroorzaakt door de hoge productie- en ontwikkelingskosten. Een grote steun voor de verkoopaantallen van HEV’s zijn dan ook de stimuleringsmaatregelen van de overheid. Bij aankoop van een hybride auto krijgt men een aanschafpremie of is de auto (gedeeltelijk) vrij van aanschaf- of gebruiksbelasting, zoals in de VS, Canada, Japan en een aantal landen in Europa, waaronder Nederland.  

Vanaf 2008, door economische achteruitgang, onstabiele olieprijzen en het milieuvraagstuk van de wereldwijde klimaatverandering, is er in de westerse wereld grote behoefte aan nieuwe innovatieve ontwikkelingen.

In het algemeen wordt beschouwd dat het broeikasgas CO2, veroorzaakt door de mens bij o.a. de verbranding van kolen en gas in elektriciteitscentrales en bij het gebruik van benzine en diesel voor auto’s, een belangrijke rol speelt bij de wereldwijde klimaatverandering. Daarnaast is men zich ook bewust dat de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen op onze planeet (zoals olie, gas en kolen) niet oneindig zijn.

De toekomstige ontwikkelingen om de economie aan te trekken en het klimaatprobleem op te lossen laten zich moeilijk voorspellen. Hoelang zal de conventionele auto met benzine en dieselmotor nog blijven bestaan? In hoeverre zal de hybride auto en de elektrische auto de plaats van de conventionele auto innemen? Komt er een geheel nieuwe ontwikkeling? De huidige maatschappij is niet te vergelijken met die van begin 1900 waarin de Lohner-Porsche Mixte Hybrid rond reed. Het zal in de komende decennia worden bepaald welke richting het uit zal gaan voor de automobiel maar ook voor de mobiliteit in het algemeen. De geschiedenis heeft ons echter geleerd dat grote veranderingen mogelijk zijn, net zoals de stap van de paardenkoets naar de automobiel van nu.

Alfred Koeten