W niedawno opublikowanym artykule pisaliśmy o pozornie nieatrakcyjnym wyglądzie samochodów hybrydowych, ich wcześniejszej historii oraz wzroście ich popularności na początku XXI w. Niedawno pojawiła się nowa wersja tej technologii: pojazdy hybrydowe typu plug-in.

Obecnie, obok samochodów elektrycznych zasilanych z akumulatorów, wiele osób uważa hybrydowe samochody osobowe za najbardziej przyjazne dla środowiska rozwiązanie, choć zdania na temat ekologicznych skutków alternatywnych napędów są podzielone.

Koncepcja napędu hybrydowego

Napęd hybrydowe można opisać na różne sposoby: zgodnie z najczęstszą definicją, pojazd hybrydowy to taki, który czerpie energię do napędu z kilku źródeł, działających na różnych zasadach. W praktyce oznacza to, że hybrydami są nie tylko pojazdy z silnikiem spalinowym i elektrycznym, ale także wszystkie systemy napędowe, w których energię dostarczają co najmniej dwa źródła, stosujące różne rozwiązania technologiczne.

Rys historyczny

W naszym poprzednim artykule zaznaczyliśmy, że Toyota Prius nie była pionierem w dziedzinie samochodów hybrydowych. Już w 1899 r. Ferdinand Porsche przedstawił bowiem model, który wykorzystywał silnik spalinowy do zasilania silnika elektrycznego, napędzającego przednie koła, w samochodzie Lohner-Porsche Mixte. Co więcej, nie był to jedynie eksperymentalny projekt, ponieważ wyprodukowano aż 300 egzemplarzy tego pojazdu.

W owym czasie na drogach pojawiały się również samochody elektryczne zasilane akumulatorowo, więc trudno było przewidzieć, która technologia okaże się dominująca. Niemniej jednak, opłacalność wersji z silnikiem spalinowym przeważyła na przestrzeni prawie stu lat. Technologie hybrydowe i elektryczne nie mogły jednak konkurować z gwałtownym spadkiem cen silników spalinowych, co spowodowało, że popadły one w zapomnienie.

Jednak na przełomie tysiącleci, wraz z debiutem modelu Prius i rosnącym naciskiem na kwestie ekologiczne, samochody hybrydowe nagle odzyskały popularność. W 2010 r. pojawiły się hybrydy, które do dziś stanowią integralną część krajobrazu motoryzacyjnego.

Ogólna konstrukcja PHEV, różnice w porównaniu z tradycyjnym napędem hybrydowym

Hybrydy typu plug-in (w skrócie PHEV) nie różnią się zbytnio od swoich tradycyjnych odpowiedników pod względem układu napędowego: wykorzystują te same trzy elementy konstrukcyjne, o których pisaliśmy bardziej szczegółowo w naszym artykule na temat hybryd.

Hybryda szeregowa

Tutaj silnik spalinowy nie jest bezpośrednio połączony z mechanicznym układem napędowym, więc samochodu nie napędza silnik, a jedynie generator, który wytwarza energię elektryczną dla silnika elektrycznego, akumulatora i innych odbiorników.

Podczas hamowania silnik elektryczny działa jak generator i zasila akumulator, jeśli nie jest on w pełni naładowany.

Hybryda równoległa

W tym bardziej zaawansowanym rozwiązaniu zarówno silnik spalinowy, jak i silnik elektryczny mogą być częściami napędu. Oba systemy są w stanie generować energię niezależnie, ale ich wyniki łączą się w jednym wspólnym układzie przekładni.

Wymaga to bardzo przemyślanej i precyzyjnej skrzyni biegów, co niekoniecznie jest korzystne dla kosztów produkcji, ale skutkuje znacznie lepszą sterownością – a dzięki temu można uzyskać wyraźne oszczędności paliwa w porównaniu z hybrydą szeregową.

Hybryda szeregowo-równoległa

Trzeci typ jest kombinacją powyższych: może pracować w obu trybach.

Różnice

Różnica między PHEV a tradycyjną hybrydą dotyczy przede wszystkim możliwości ładowania akumulatora.

Akumulator klasycznego pojazdu hybrydowego może być ładowany tylko przez silnik spalinowy, ale w tym celu samochód musi działać.

Z drugiej strony, akumulator samochodów PHEV może być ładowany nawet przez gniazdko w naszym mieszkaniu. Co więcej, zazwyczaj systemy te pobierają prąd ładowania tylko z zewnętrznego źródła energii.

Niektóre europejskie przepisy zachęciły producentów do wyposażania pojazdów PHEV w większe akumulatory, dzięki czemu są one w stanie przejechać 25-50 kilometrów z wykorzystaniem wyłącznie elektrycznego układu napędowego. Nie można tego powiedzieć o tradycyjnych pojazdach hybrydowych, ponieważ w większości przypadków kierowca nie może przełączać się między układami napędowymi.

Ładowanie jest bardzo podobne do ładowania samochodów elektrycznych: przetwornica może obsługiwać wiele rodzajów prądu ładowania, od szybkich ładowarek po prąd z sieci domowej. Ponieważ pojemność jest niska w porównaniu z pojazdami BEV (zasilanymi z akumulatora), czas ładowania w tych samych warunkach jest znacznie krótszy.

Tryby pracy

Pojazdy PHEV mogą jeździć w dwóch głównych trybach: rozładowywania i ładowania. Samochód może również przełączać się między nimi automatycznie: nazywa się to trybem mieszanym. Dopóki kierowca nie interweniuje ręcznie, celem zautomatyzowanego procesu jest zawsze osiągnięcie jak największego przejechanego dystansu.

Ten sam program odpowiada również za strategię ładowania i rozładowywania akumulatora.

Tryb rozładowywania

Z wyjątkiem bardzo intensywnych przyspieszeń, tryb ten pozwala samochodowi na jazdę z wykorzystaniem wyłącznie energii elektrycznej akumulatora, dopóki nie spadnie ona poniżej poziomu uznanego przez system za krytyczny.

W tym momencie samochód przełącza się w tryb silnika spalinowego (lub nawet ogniw paliwowych, w zależności od tego, o którym PHEV mówimy).

Tryb oszczędzania energii

W tej konfiguracji pojemność akumulatora nie wpływa na zasilanie układu napędowego; akumulator zachowuje bowiem swoją aktualną pojemność.

Tryb mieszany, inne tryby

Tryb mieszany jest połączeniem dwóch powyższych: silnikowa jednostka sterująca decyduje, które źródło energii ma być używane i w jakim stopniu, w zależności od wszystkich danych wejściowych.

Oprócz tego większość pojazdów PHEV ma również tryb samodzielnego ładowania, w którym akumulator jest ładowany podczas jazdy metodą hamowania regeneracyjnego i generatora, podobnie jak w konwencjonalnych hybrydach.