strona główna Zespoły napędowe Technologie elektryczne i hybrydowe
2020-12-23, ostatnia aktualizacja 2020-12-23 06:00

Technologie elektryczne i hybrydowe

Fot. Mahle

Fot. Mahle

Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) uważa pojazdy elektryczne za jedną z kilku współczesnych technologii napędowych, która może być wykorzystywana do długofalowej realizacji zrównoważonych celów z zakresu ograniczania szkodliwych emisji. Wzrost mobilności elektrycznej i hybrydowej jest stymulowany głównie przez programy rządowe, takie jak premie za odsprzedaż, lokalne zakazy jazdy dla samochodów z silnikami spalinowymi lub wymogi dotyczące czystości powietrza.

Według badania przeprowadzonego przez firmę konsultingową PricewaterhouseCoopers w 2030 r. co trzeci nowy samochód rejestrowany w Europie może być pojazdem elektrycznym. Nie ulega już wątpliwości, że pojazdy z technologią elektryczną, hybrydową czy wodorową rzeczywiście zdobędą przewagę na rynku. Wkrótce staną się one normą na naszych ulicach. Pojazdy tego typu również wymagają serwisowania i napraw, a szczególnie istotną kwestią stanie się zarządzanie temperaturą. Kontrola temperatury akumulatora i układów energoelektronicznych odgrywa w tym kontekście ważniejszą rolę niż ogrzewanie i chłodzenie wnętrza pojazdu.

Również tego typu napędy wymagają komponentów klimatyzacyjnych – a ich znaczenie wręcz rośnie, ponieważ układ klimatyzacji ma często bezpośredni lub pośredni wpływ na chłodzenie akumulatorów i komponentów elektronicznych.

Właśnie dlatego serwisowanie klimatyzacji będzie w przyszłości o wiele istotniejszym elementem oferty.

Przegląd technologii hybrydowych

Ogólne znaczenie pojęcia „hybryda” to krzyżówka, mieszaniec lub kombinacja. W inżynierii samochodowej termin odnosi się do techniki napędowej: pojazd hybrydowy jest wyposażony w silnik spalinowy oraz w elementy napędu elektrycznego.

W ramach tej technologii można wyodrębnić trzy poziomy zaawansowania: od technologii mikrohybrydowej (micro hybrid), przez miękkie hybrydy (mild hybrid), aż do pełnej technologii hybrydowej (full hybrid).

Pomimo różnic technicznych wszystkie rozwiązania mają jedną wspólną cechę: zastosowany akumulator jest ładowany energią odzyskiwaną podczas hamowania.

  • Mikrohybrydy (micro hybrid) są zazwyczaj wyposażone w konwencjonalny silnik spalinowy z automatycznym systemem start-stop i systemem odzyskiwania energii hamowania (tzw. rekuperacja).
  • Hybrydy ładowane z sieci elektrycznej (plug-in) mają możliwość ładowania akumulatora prądem z domowego gniazdka, na przykład przez noc. Dodatkową zaletą tego typu pojazdów jest możliwość jednoczesnego dostosowania temperatury w kabinie pasażerskiej do żądanego poziomu – jeszcze przed rozpoczęciem jazdy. Oznacza to, że pojazd będzie natychmiast gotowy do użycia następnego dnia rano. Rozwiązanie typu plug-in jest przykładem technologii pełnohybrydowej.
  • Miękkie hybrydy (mild hybrid) są wyposażone w dodatkowy, mały silnik elektryczny i mocniejszy akumulator. Elektryczny napęd pomocniczy służy wyłącznie do wspomagania podczas ruszania oraz do zwiększenia momentu obrotowego podczas wyprzedzania (tzw. funkcja boostingu).
  • Pełne hybrydy (full hybrid) nie tylko posiadają funkcję boostingu, ale również mogą jeździć wyłącznie w oparciu o napęd elektryczny. W tym celu zostały wyposażone w kompletny elektryczny układ przeniesienia napędu. Wymaga on jednak znacznie mocniejszego akumulatora niż w przypadku miękkich hybryd.

Obecnie najpopularniejszymi modelami pojazdów pełnohybrydowych są: Toyota Prius, BMW ActiveHybrid X6 (E72) i VW Touareg Hybrid. Natomiast BMW ActiveHybrid 7 i Mercedes S400 (F04) to przykłady miękkiej hybrydy.

Funkcja start-stop

Kiedy pojazd się zatrzymuje (np. przed sygnalizacją świetlną lub w korku), silnik spalinowy wyłącza się. Po naciśnięciu sprzęgła i włączeniu pierwszego biegu przed ruszeniem silnik spalinowy uruchamia się automatycznie. Dzięki temu pojazd jest natychmiast gotowy do dalszej jazdy.

Rekuperacja

Rekuperacja energii jest rozwiązaniem umożliwiającym odzyskiwanie części energii hamowania. W klasycznym pojeździe energia ta zostałaby utracona podczas hamowania jako energia cieplna. W przypadku rekuperacji alternator pojazdu pełni rolę hamulca silnikowego, wspomagając normalne hamulce w kołach. Energia wytwarzana przez alternator podczas hamowania jest doprowadzana do akumulatora (baterii). Proces ten zwiększa moment hamujący silnika, co spowalnia pojazd.

Funkcja boost

W fazie przyspieszania następuje sumowanie momentów obrotowych silnika spalinowego i elektrycznego. Samochód hybrydowy może zatem uzyskać wyższe przyspieszenie niż porównywalny pojazd o napędzie konwencjonalnym. Funkcja boostingu pełni rolę wspomagania podczas ruszania i zwiększa moc podczas wyprzedzania. Moment jest generowany przez elektryczny napęd pomocniczy i wykorzystywany wyłącznie do tych dwóch celów. Dla przykładu: w pojeździe VW Touareg Hybrid oznacza to wzrost mocy o 34 kW.

Jazda na napędzie elektrycznym

Jeśli podczas jazdy wymagana jest niewielka moc napędowa – np. w ruchu miejskim – to pojazd wykorzystuje wyłącznie silnik elektryczny, a silnik spalinowy jest wyłączony. Zaletą tego napędu jest brak zużycia paliwa i zerowa emisja spalin.

Napięcie w instalacji elektrycznej pojazdu

Ze względu na wymagania techniczne napędu elektrycznego oraz generowane moce w pojeździe elektrycznym/hybrydowym konieczne jest zastosowanie innych instalacji niż dotychczasowe układy o napięciu 12 i 24 V. Niezbędne są znacznie wyższe zakresy napięć. Instalacje wysokiego napięcia w pojazdach wykorzystują napięcia od 30 V do 1000 V AC (prąd przemienny) lub od 60 V do 1500 V DC (prąd stały) do zasilania układu napędowego i agregatów pomocniczych. Dotyczy to większości pojazdów elektrycznych i hybrydowych.

Pojazdy elektryczne a spalinowe

Zgodnie z definicją pojazd elektryczny to pojazd silnikowy napędzany silnikiem elektrycznym. Wymagana energia pochodzi z baterii trakcyjnej (akumulatora), a nie z ogniwa paliwowego ani dodatkowego agregatu służącego do zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych (z ang. range extender). Agregaty te (zwykle jest to silnik spalinowy) nazywa się przedłużaczami zasięgu i stosuje do wytwarzania energii elektrycznej.

Ponieważ sam samochód elektryczny nie emituje podczas pracy żadnych istotnych zanieczyszczeń, jest klasyfikowany jako pojazd bezemisyjny.

W pojazdach elektrycznych koła są napędzane silnikami elektrycznymi. Energia elektryczna jest magazynowana w akumulatorach w formie jednej lub kilku baterii trakcyjnych lub zasilających. Sterowane elektronicznie silniki elektryczne mogą generować maksymalny moment obrotowy nawet przy zatrzymanym pojeździe.

Funkcje przyczyniające się do oszczędności paliwa

W przeciwieństwie do silników spalinowych zazwyczaj nie wymagają one ręcznej skrzyni biegów i uzyskują wysokie przyspieszenia przy niskich prędkościach. Silniki elektryczne są cichsze niż silniki benzynowe i wysokoprężne, niemal nie generują drgań i nie wydzielają szkodliwych spalin. Mają imponującą sprawność przekraczającą poziom 90%.

Zmniejszenie masy dzięki wyeliminowaniu różnych podzespołów napędu spalinowego (silnik, skrzynia biegów, zbiornik paliwa) jest równoważone przez stosunkowo dużą masę akumulatorów. Właśnie dlatego pojazdy elektryczne są zazwyczaj cięższe niż ich odpowiedniki z silnikami spalinowymi. Pojemność akumulatora (lub akumulatorów) ma duży wpływ na masę i cenę pojazdu.

W przeszłości pojazdy elektryczne charakteryzowały się krótkim zasięgiem jazdy na jednym naładowaniu akumulatora. Ostatnio rośnie jednak liczba samochodów elektrycznych, które mogą pokonać dystans kilkuset kilometrów – są to np. Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE czy BMW i3.



Grzegorz Jurczuk
Dział Techniczny MAHLE Aftermarket



 

Wasi dostawcy

Podobne

Polecane