[W MAGAZYNIE] Rodzaje układów hybrydowych

Wyniki sprzedaży pokazują, że samochody hybrydowe stają się coraz popularniejsze. Więcej na rynku jest tzw. miękkich hybryd, ale są także hybrydy typu plug-in. Polacy zaczynają się przekonywać do tych rozwiązań. Warto jednak wiedzieć, czym one się różnią.

Maciej Gis

Na początek wyjaśnimy zagadnienie stopnia hybrydyzacji. Zależy on od rozdziału siły napędowej między silnikiem spalinowym a elektrycznym. W zależności od tego rozróżnia się niepełny oraz pełny napęd hybrydowy. Najważniejszą różnicą między nimi jest moc jednostki elektrycznej i jej udział w mocy całkowitej pojazdu. Różnią się też ilością energii magazynowanej w akumulatorach.

NIEPEŁNY UKŁAD HYBRYDOWY

Niepełny układ hybrydowy charakteryzuje się tym, że podczas hamowania generator ładuje baterię, a silnik spalinowy wyłącza się automatycznie po zatrzymaniu auta (system Start&Stop). Jednostka elektryczna wspomaga tym samym spalinową, zwiększając jej moment obrotowy (suma momentu). W takim układzie są przeważnie akumulatory do 20 kW. Ta moc wykorzystywana jest przede wszystkim podczas ruszania lub przyspieszania od małej prędkości obrotowej. Rozwiązanie to jest możliwe, kiedy praca silnika elektrycznego odbywa się jednocześnie z obracaniem się wału silnika spalinowego. Wynika to z faktu, że silnik elektryczny nie może zostać odłączony od jednostki spalinowej.

Dzięki temu rozwiązaniu można zastosować mniejszą spalinową jednostkę napędową, a mimo to właściwości jezdne auta są takie jak przy większym silniku spalinowym. Tego typu rozwiązania są stosowane coraz częściej. Na przykład Mercedes zdecydował się na elektryczne wspomaganie spalinowych jednostek napędowych, co pozwoliło na zmniejszenie zużycia paliwa, a tym samym emisji związków szkodliwych przy takiej samej albo nawet lepszej dynamice pojazdu. Wadą tego układu są ograniczone możliwości wspomagania spalinowej jednostki napędowej oraz niemożność rozłączenia napędu elektrycznego i spalinowego. Poza tym w takich układach akumulatory są stosunkowo małe, przez co wspomaganie silnika spalinowego jest krótkotrwałe.

PEŁNY UKŁAD HYBRYDOWY

Pełny układ hybrydowy pozwala natomiast na dłuższym dystansie zastosować wyłącznie napęd elektryczny. Napięcie akumulatorów w tym przypadku wynosi od 200 do 350 V. Układ ten może być napędem równoległym, szeregowym lub szeregowo-równoległym. Równoległy przepływ energii można przedstawić jako napęd przez maszynę elektryczną. W przypadku szeregowego przepływu energii w układzie napędowym konieczne są dwa silniki elektryczne. W hybrydowym napędzie równoległym z dwoma sprzęgłami między silnikiem spalinowym a elektrycznym stosuje się sprzęgło, które umożliwia odłączenie silnika spalinowego od elektrycznego, podczas gdy auto napędzane jest tylko silnikiem elektrycznym.

Z kolei układ szeregowo-równoległy ma centralną przekładnię planetarną. Tego typu rozwiązania spotykane są najczęściej. Umożliwiają nie tylko jazdę na określonym dystansie na zasilaniu wyłącznie energią elektryczną, ale także wprowadzenie układów napędowych na obie osie bez konieczności zastosowania m.in. wału napędowego. Pozwala to na zmniejszenie strat mechanicznych oraz awaryjności układu. Niestety, każda technologia ma też wady. W przypadku układów hybrydowych jest to masa – składają się one z silnika elektrycznego, jednostki spalinowej, akumulatorów oraz całego oprzyrządowania. Jednak ich użytkowanie w miastach, gdzie można wykorzystać rekuperację energii, jest uzasadnione zarówno z punktu widzenia ekologicznego, jak i ekonomicznego.

 Klasyczna pełna hybryda lepiej sprawdza się w codziennym użytkowaniu. Jej baterie nie wymagają dodatkowego doładowania z zewnętrznego źródła, a sam napęd, dzięki wewnętrznemu systemowi odzysku energii z hamowania oraz doładowywaniu baterii podczas jazdy, jest bardzo sprawny. Wystarczy dodać, że według niezależnych badań politechnik – rzymskiej, francuskiej czy naszej rodzimej, krakowskiej – wiemy dziś, że hybrydy pokonują w ruchu miejskim ponad 50% trasy przy wykorzystaniu wyłącznie silnika elektrycznego. To czyni je „półelektrykami”, doprowadzając do niskiego zużycia paliwa i związanej z tym niskiej emisji spalin w mieście. Hybrydy plug-in to w teorii doskonałe rozwiązanie – samochody „2 w 1”. W mieście, na dystansach dziennych dom–praca, korzystamy wyłącznie z sekcji elektrycznej napędu.

Oczywiście dystans musi być jednorazowo nie większy niż 45-50 km. Bateria powiązana z czysto „elektrycznym” trybem plug-in wystarcza na taki zasięg. Dalej samochód przechodzi w tryb hybrydy, korzystając z obu silników – elektrycznego i spalinowego. Zaletą systemu jest elastyczność – jeśli musimy wyjechać autem w dalszą podróż poza miasto, to korzystamy z trybu klasycznej hybrydy, mając przy pełnym baku benzyny zasięg nawet do 1000 km. Jednak hybrydy plug-in generalnie są dziś wykorzystywane w Europie jako pojazdy firmowe. I tu pojawia się problem z nawykami kierowców. Europejskie badania wykazały, że w służbowym użytkowaniu układ plug-in jest wykorzystywany… sporadycznie. Perspektywa wyciągania z bagażnika grubego i ciężkiego kabla skutecznie odstrasza tych kierowców, którzy dzięki firmowej karcie paliwowej nie przywiązują aż tak dużej uwagi do emisji i poziomu spalania. W ten sposób zbijany jest podstawowy argument za układem plug-in – jazda wyłącznie na prądzie w mieście Robert Mularczyk – PR Senior Manager Toyota Motor Poland, Toyota Central Europe

HYBRYDA TYPU PLUG-IN

Opisany wcześniej pełny układ hybrydowy może występować również w od- mianie plug-in, czyli z możliwością zewnętrznego ładowania akumulatorów. Dlatego uzasadnione jest stosowanie w tej wersji pojazdu hybrydowego większych akumulatorów, aby zapewnić odpowiedni zasięg przy wykorzystaniu wyłącznie silnika elektrycznego. W tym przypadku niedogodnością jest stosowanie większych akumulatorów (zwiększenie masy pojazdu) oraz konieczność ładowania auta z domowej sieci energetycznej. Hybryda typu plug-in to rozwiązanie, które wiąże się z wieloma korzyściami. Przede wszystkim dzięki ładowaniu pojazdu możliwe jest obecnie przejechanie nawet 50 km bez konieczności wykorzystywania w mieście silnika spalinowego. Biorąc pod uwagę fakt, że średni dystans pokonywany w mieście wynosi ok. 60 km, praktycznie można jeździć autem bez konieczności korzystania z jednostki spalinowej. Wpływa to znacząco na obniżenie emisji substancji szkodliwych (przynajmniej tej niskiej, czyli m.in. z pojazdów).

Samochody hybrydowe typu plug-in mają też jednak wady. Chcąc zwiększyć zasięg pojazdu na napędzie elektrycznym, trzeba zwiększyć pojemność akumulatorów. Obecnie stosuje się baterie mające nawet 90 kW. Wraz ze wzrostem pojemności zwiększa się również masa zestawu, a to z kolei odbija się na zużyciu energii, którą trzeba wyprodukować. W Polsce energia pochodzi głównie z elektrowni węglowych, które nie są ekologiczne, a to powoduje, że pojazdy zasilane z gniazdka nie są tak czyste, jak mogłoby się wydawać.

Hybryda plug-in jest idealnym pomostem między mobilnością elektryczną a konwencjonalną. Wyróżnia ją to, że jest ładowana z gniazdka oraz można świadomie wybrać tryb wyłącznie elektryczny. Zasięg elektryczny hybryd plug-in wynosi ok. kilkudziesięciu kilometrów. Dzięki temu w mieście można jeździć zupełnie bezemisyjnie. Z kolei na dłuższych trasach dzięki możliwości ładowania z gniazdka można uzyskać niskie zużycie paliwa i emisję CO 2 – Tomasz Galaszkiewicz BMWi Manager

CZY TO SIĘ OPŁACA?

W pierwszym kwartale 2018 r. w UE i EFTA (Szwajcaria i Norwegia) zarejestrowano ok. 88 329 pojazdów elektrycznych, hybrydowych (PHEV, EREV) oraz hybrydowych z wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCEV). Nie jest to mało, szczególnie że wzrost w stosunku rok do roku wyniósł 40,9%. W tym samym okresie w Polsce zarejestrowanych zostało 340 pojazdów EV/PHEV/EREV/FCEV. Zajmujemy 17. miejsce, z udziałem ok. 0,24% sprzedaży w ogóle. Nieco lepiej wypadamy pod względem wzrostu, który w odniesieniu rok do roku wyniósł u nas 113,8%. Samochody hybrydowe kupowane są coraz chętniej.

Najlepszym przykładem jest Toyota, która w ofercie ma najwięcej pojazdów z napędem hybrydowym. Klienci zaczynają się do nich przekonywać. Trzeba zaznaczyć, że większość oferowanych przez japońskiego producenta aut hybrydowych nie jest typu plug-in. Oznacza to, że nie można ich ładować z zewnętrznych źródeł energii. Baterie w tym przypadku ładują się, odzyskując energię z hamowania albo przez silnik, np. w momencie jazdy bez użycia pedału gazu. Te pojazdy stają się coraz tańsze i można je nabyć w rozsądnych cenach. Hybrydy typu plug- -in są znacznie droższe.

Rodzi się więc pytanie, czy zakup droższego auta tylko po to, aby móc jeździć na prąd, jest dobrą decyzją. Na razie zdania są podzielone. Potrzeba jeszcze sporo czasu, aby potencjalni użytkownicy zauważyli zalety tych rozwiązań. Kiedy już tak się stanie, na pewno o wiele więcej aut tego typu będziemy spotykali na ulicach.

Wideo

Menadżer Floty: Szkolenie Hybrydowa Flota - Czy to się opłaca?
!! Wyprzedzamy nowotwór
Menadżer Floty w Genewie - TOYOTA
Menadżer Floty w Genewie - LEXUS
  •  image
  •  image
  •  image
  •  image
[Pierwsza jazda] Test Infiniti Q30
[Fotorelacja] Motor Show 2016

Aktualności