Hybryda – rodzaje i charakterystyka napędów hybrydowych

Hybryda to samochód, w którym współpracują silnik spalinowy i elektryczny, ale zakres tej współpracy zależy od konkretnej technologii. mHEV jedynie wspomaga jednostkę spalinową, HEV może przez krótki czas jechać na prądzie, PHEV ładuje większą baterię z gniazdka, a EREV wykorzystuje silnik spalinowy jako generator energii.

Rodzaje hybryd – szybkie porównanie

Najważniejsze różnice dotyczą sposobu ładowania akumulatora, możliwości jazdy bez uruchamiania silnika spalinowego oraz typowych warunków użytkowania.

Czym jest napęd hybrydowy?

Samochód hybrydowy korzysta z dwóch źródeł napędu: silnika spalinowego oraz jednego lub kilku silników elektrycznych. Układ sterujący dobiera ich pracę do warunków jazdy. Przy ruszaniu i małych prędkościach większy udział może mieć napęd elektryczny, podczas szybkiej jazdy główną pracę przejmuje silnik spalinowy, a przy mocnym przyspieszaniu oba źródła mogą działać jednocześnie.

Wspólnym elementem większości hybryd jest rekuperacja. Podczas hamowania lub zwalniania silnik elektryczny pracuje wtedy jak generator. Odzyskuje część energii kinetycznej, zamienia ją na energię elektryczną i przekazuje do akumulatora trakcyjnego. Dzięki temu energia, która w zwykłym samochodzie zostałaby zamieniona głównie w ciepło w układzie hamulcowym, może ponownie zasilić napęd.

Jak działają poszczególne rodzaje hybryd?

mHEV – miękka hybryda

mHEV, czyli Mild Hybrid Electric Vehicle, to najprostsza forma elektryfikacji napędu. Najczęściej wykorzystuje instalację 48 V, niewielki akumulator oraz zintegrowany rozrusznik z alternatorem. Silnik elektryczny wspiera jednostkę spalinową podczas ruszania, przyspieszania i jazdy pod obciążeniem, ale nie napędza samodzielnie kół.

Energia odzyskana podczas hamowania trafia do małej baterii. Układ może też płynniej obsługiwać funkcję start-stop i wyłączać silnik spalinowy podczas postoju albo toczenia się. W niektórych konstrukcjach możliwe jest krótkie „żeglowanie” z wyłączonym silnikiem spalinowym, lecz nie oznacza to jazdy na napędzie elektrycznym. Koła nadal nie są napędzane przez sam silnik elektryczny.

Najważniejsze cechy mHEV to:

• Instalacja 48 V z małym akumulatorem trakcyjnym.
• Wsparcie silnika spalinowego przy ruszaniu i przyspieszaniu.
• Odzyskiwanie energii podczas hamowania.
• Brak możliwości samodzielnej jazdy na prądzie.

HEV – pełna hybryda

HEV, czyli Hybrid Electric Vehicle, ma mocniejszy silnik elektryczny i większy akumulator niż mHEV. Może napędzać samochód samodzielnie, zwykle na krótkim odcinku, przy niskiej lub umiarkowanej prędkości. Kierowca nie musi jednak podłączać auta do ładowarki. Akumulator uzupełnia energię podczas hamowania, zwalniania oraz dzięki pracy silnika spalinowego.

W wielu układach HEV stosuje się przekładnię planetarną. Rozdziela ona przepływ mocy między silnikiem spalinowym, silnikiem elektrycznym i kołami. W innych konstrukcjach spotyka się klasyczną skrzynię automatyczną albo rozwiązania wielosprzęgłowe. Nie każda pełna hybryda ma więc identyczną budowę, choć zasada działania pozostaje podobna.

Samochód HEV może poruszać się w trzech podstawowych trybach:

• Na samym silniku elektrycznym, gdy bateria jest naładowana, a zapotrzebowanie na moc niewielkie.
• Na silniku spalinowym, zwłaszcza podczas szybszej jazdy i na trasie.
• Na obu silnikach jednocześnie, gdy potrzebna jest większa moc.

To właśnie HEV często dobrze sprawdza się w mieście. Częste ruszanie, zwalnianie i hamowanie stwarza warunki do wykorzystywania energii z rekuperacji. Na trasie przewaga nad zwykłym autem spalinowym może być mniejsza, szczególnie przy stałej, wysokiej prędkości.

PHEV – hybryda plug-in

PHEV, czyli Plug-in Hybrid Electric Vehicle, ma znacznie większy akumulator niż HEV i gniazdo ładowania. To najważniejsza różnica między tymi technologiami. HEV ładuje się podczas jazdy, natomiast PHEV wymaga zewnętrznego źródła energii, aby w pełni wykorzystać swój elektryczny zasięg.

Po naładowaniu PHEV może przez kilkadziesiąt kilometrów korzystać wyłącznie z silnika elektrycznego. Konkretna wartość zależy od modelu, pojemności baterii, temperatury, prędkości i stylu jazdy. Po rozładowaniu akumulatora trakcyjnego samochód nadal może jechać dzięki silnikowi spalinowemu, a jego układ działa wtedy podobnie do klasycznej hybrydy.

Ładowanie PHEV może odbywać się z domowego gniazdka, wallboxa albo publicznej stacji. Rekuperacja także uzupełnia energię, ale zwykle służy przede wszystkim do odzyskiwania części prądu podczas jazdy, a nie do zastępowania regularnego ładowania zewnętrznego.

PHEV ma sens przede wszystkim wtedy, gdy można ładować samochód w domu lub w miejscu pracy. Bez regularnego uzupełniania energii kierowca wozi cięższą baterię, ale nie korzysta z jej głównej zalety.

EREV – hybryda szeregowa

EREV oznacza Extended Range Electric Vehicle. Jest to hybryda szeregowa, a nie klasyczny układ równoległy. W typowej konstrukcji EREV koła napędza silnik elektryczny, natomiast silnik spalinowy nie przekazuje mocy mechanicznie do kół. Pełni funkcję generatora, który wytwarza prąd dla układu napędowego lub uzupełnia energię w baterii.

Podczas jazdy samochód zachowuje się więc podobnie do auta elektrycznego. Gdy poziom naładowania akumulatora spada, uruchamia się jednostka spalinowa i dostarcza energię elektryczną. Duża bateria może być także ładowana z gniazdka. Takie rozwiązanie pozwala połączyć elektryczny charakter jazdy z możliwością dalszej podróży bez długiego postoju na ładowanie.

EREV nie należy mylić z PHEV. W wielu PHEV silnik spalinowy może mechanicznie współpracować z kołami. W EREV jego podstawowym zadaniem jest produkcja energii, a napęd kół pozostaje elektryczny.

Jaki rodzaj hybrydy pasuje do stylu jazdy?

Wybór zależy przede wszystkim od dostępu do ładowarki, udziału jazdy miejskiej i częstotliwości dalszych podróży. Cena zakupu jest ważna, ale trzeba zestawić ją z tym, jak często samochód będzie korzystał z napędu elektrycznego.

Jeśli mieszkasz w mieście i nie masz ładowarki, najczęściej najlepiej sprawdzi się HEV:

• Nie wymaga instalowania wallboxa ani planowania ładowania.
• Odzyskuje energię podczas częstego hamowania i zwalniania.
• Może korzystać z napędu elektrycznego w korkach i przy manewrowaniu.
• Zachowuje swobodę tankowania i jazdy na dłuższych trasach.

Jeśli masz dom z garażem lub stały dostęp do ładowarki, rozważ PHEV:

• Codzienne krótkie przejazdy możesz wykonywać głównie na prądzie.
• Silnik spalinowy pozostaje zabezpieczeniem podczas wyjazdów.
• Regularne ładowanie pozwala wykorzystać większą baterię zgodnie z przeznaczeniem.
• Trzeba zaakceptować większą masę i zwykle wyższy koszt zakupu.

Jeśli jeździsz głównie w trasie i chcesz ograniczyć koszt wejścia w elektryfikację, mHEV może być rozsądnym kompromisem:

• Nie zmienia przyzwyczajeń związanych z tankowaniem.
• Zapewnia niewielkie wsparcie silnika spalinowego.
• Nie wymaga ładowania z zewnętrznego źródła.
• Nie należy oczekiwać od niego jazdy na samym prądzie.

EREV jest rozwiązaniem dla kierowcy, który chce korzystać z elektrycznego sposobu napędzania kół, ale potrzebuje dodatkowego generatora na dłuższe przejazdy. Trzeba jednak sprawdzić dostępność konkretnych modeli i infrastrukturę ładowania, ponieważ ten typ napędu jest mniej powszechny niż mHEV, HEV i PHEV.

Ekspert o eksploatacji napędu hybrydowego

Hybryda najbardziej korzysta na płynnej jeździe. Wcześniejsze odpuszczanie pedału przyspieszenia i spokojne hamowanie dają układowi więcej czasu na odzyskanie energii przez rekuperację. Ostre przyspieszanie i gwałtowne hamowanie zwiększają zużycie paliwa oraz ograniczają ilość energii, którą można odzyskać.

Akumulator trakcyjny jest zarządzany przez elektronikę, która chroni go przed całkowitym rozładowaniem i przeładowaniem. Samochód powinien jednak być używany regularnie. Długi postój z bardzo niskim poziomem naładowania, szczególnie w PHEV, nie jest dobrym nawykiem. Przy zakupie używanego auta warto sprawdzić historię serwisową i stan całego układu, nie ograniczając się do oceny samego silnika spalinowego.

Dla kierowcy bez dostępu do ładowarki najczęściej najbardziej uniwersalny będzie HEV. PHEV najlepiej wykorzysta osoba, która może ładować samochód niemal codziennie, a mHEV pozostaje prostszym rozwiązaniem dla tych, którzy chcą jedynie ograniczyć zużycie paliwa bez przechodzenia na jazdę elektryczną. EREV wybierze przede wszystkim użytkownik szukający elektrycznego napędu kół z dodatkowym zabezpieczeniem w postaci generatora.