Skąd hybrydy czerpią prąd?

Hybrydy to najchętniej wybierany rodzaj ekologicznych samochodów na świecie. Ich popularność wiąże się ze znaczącym obniżeniem cen – obecnie większość hybryd kosztuje tyle samo co porównywalny diesel z takim samym wyposażeniem. Drugi powód to wygoda użytkowania – hybrydy tankuje się tak samo jak każde inne auto spalinowe i nie ładuje się ich z sieci. Ale skoro nie mają instalacji do ładowania, to skąd silnik elektryczny czerpie prąd?

Obecnie na rynku dostępne są różne technologie napędowe, które ograniczają lub eliminują emisję spalin. Samochodów hybrydowych jest najwięcej, ale osoby chcące zainwestować w alternatywny napęd mają do wyboru także hybrydy plug-in (PHEV), auta elektryczne (EV), a w niektórych krajach także samochody na wodorowe ogniwa paliwowe (FCV). Zaletą tych trzech rozwiązań jest możliwość jazdy bez emisji spalin. Wiążą się z nimi jednak pewne problemy logistyczne – auta na prąd ładowany z sieci energetycznej potrzebują dłuższego czasu na doładowanie akumulatorów. Nie każdy też ma wygodny dostęp do gniazdka poza domem czy do stacji szybkiego ładowania. Auta na wodór tankuje się tylko kilka minut i mają zazwyczaj większy zasięg niż samochody elektryczne, ale sieć stacji tankowania dopiero powstaje. To powoduje, że jeszcze przez pewien czas auta z napędem hybrydowym pozostaną najpopularniejszym sposobem na ekologiczną jazdę.

Hybrydy są samowystarczalne jeśli chodzi o ładowanie akumulatora zasilającego silnik elektryczny. System hybrydowy generuje prąd dzięki dwóm rozwiązaniom – systemowi odzyskiwania energii z hamowania i optymalizacji pracy silnika spalinowego.

Pierwszy z nich opiera się na współpracy systemu hamowania z generatorem. Gdy kierowca wciska pedał hamowania, hamulce nie włączają się od razu. Zamiast nich najpierw uruchamia się generator, który zamienia energię kręcących się kół w prąd.

Drugim sposobem na doładowanie akumulatora jest wykorzystanie do tego silnika benzynowego. Ktoś mógłby zapytać – co to za oszczędność, jeśli silnik spalinowy służy za agregat? Otóż układ ten jest zaprojektowany w taki sposób, że wykorzystuje energię, która w konwencjonalnych samochodach jest marnowana. Układ hybrydowy Toyoty jest tak skonstruowany, aby jak najczęściej utrzymywać silnik w optymalnym zakresie obrotów, nawet jeśli tempo jazdy wymagałoby albo niższych obrotów, albo wyższych. Podczas dynamicznego przyspieszania włącza się silnik elektryczny, który dodaje mocy i pozwala przyspieszać w wymaganym przez kierowcę tempie bez przeciążania silnika spalinowego. Jeżeli natomiast do napędzania samochodu wystarczą niższe obroty, system i tak utrzymuje silnik w optymalnym zakresie, a nadwyżka mocy jest kierowana do generatora. Dzięki takiemu wsparciu silnik benzynowy nie przeciąża się, mniej się zużywa i spala mniej benzyny.

Podstawowym zadaniem silnika elektrycznego jest wspieranie jednostki benzynowej w momentach większego obciążenia – podczas ruszania i przyspieszania. W samochodach z pełnym napędem hybrydowym może on być także wykorzystywany samodzielnie. Zasięg Toyoty Prius na silniku elektrycznym wynosi jednorazowo około 2 km. Na pierwszy rzut oka to mało, jeśli mylnie wyobrazimy sobie, że w czasie całej podróży będzie można skorzystać z silnika elektrycznego tylko na tak krótkim dystansie, a przez resztę czasu jazdy będzie on bezużyteczny. W przypadku hybryd Toyoty jest dokładnie odwrotnie. Silnik elektryczny jest wykorzystywany niemal przez cały czas – albo do wspomagania jednostki benzynowej, albo do samodzielnej pracy. Jest to możliwe dzięki temu, że układ napędowy niemal nieustannie doładowuje akumulator, wykorzystując opisane wyżej dwa mechanizmy.

Skuteczność tego rozwiązania udowodniły testy przeprowadzone niedawno przez Uniwersytet Rzymski. 20 kierowców za kierownicą nowych Priusów kilkakrotnie przejechało trasę 74 km po Rzymie i okolicach o różnych porach dnia. Łącznie w badaniu przejechano dystans 2200 km. Średnio 62,5% dystansu samochody pokonywały na samym silniku elektrycznym, nie emitując żadnych spalin. Wartości te były jeszcze wyższe w czasie jazdy typowo miejskiej. System odzyskiwania energii z hamowania wygenerował 1/3 elektryczności użytej przez testowane Priusy.

Rynkowy debiut hybryd wiąże się z wprowadzeniem na rynek Toyoty Prius w 1997 roku, która do dziś pozostaje najchętniej wybieraną hybrydą na świecie. Toyota sprzedaje najwięcej tego rodzaju samochodów – w ciągu prawie 20 lat na drogi wyjechało niemal 10 milionów egzemplarzy. W 2016 roku hybrydy stanowiły około 28% sprzedaży Toyoty w Europie.

Źródło: Toyota