Hibrid üzemű járművek működése
A teljes elektromobilitás megvalósulása még komoly technológia fejlesztéseket igényel, most viszont a hibrid technológiával felszerelt járművek minden bizonnyal meghatározzák az autóipar jövőjének útját. Az új autó vásárlók jelentős része vált, a klasszikus belsőégésű motorral szerelt járgányokról, a kínálat valamilyen elektromos hajtással kiegészített hibrid változatára. Egyre több és többféle hibrid autó szaladgál az utakon, az egészen kicsi városi cirkálóktól a hatalmas autópálya ragadozó SUV-ig.
A hibrid rendszerű járművek rengeteg előnnyel járnak. Amellett, hogy átlagos üzemanyagfogyasztásuk alacsonyabb, mint tisztán belsőégésű társaiké, ezzel arányosan a lokális károsanyagkibocsátásuk is lényegesen alacsonyabb.
A hibrid olyan járművet jelent, amely több mint egy energiaforrást használ az új, hatékonyabb vezetési élmény érdekében. Az SUV (Sports Utility Vehicle) egy olyan típusú jármű, amely nagyobb vezetési magasságot biztosít, mint más autók.
A hibrid autók típusai
- MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle): Ez a típus a belső égésű motort és egy elektromos motort ötvözi, mint az Alfa Romeo Tonale Hybrid modellje. Az akkumulátor a belső égésű motor és a regeneratív fékezés révén töltődik.
- HEV (Hybrid Electric Vehicle): A belső égésű motor és az elektromos motor kombinációja. Az akkumulátor a belső égésű motor és a regeneratív fékezés révén töltődik. Ilyen például a Honda CR-V.
- Plug-in Hybrid: Ez a típus belső égésű motort és elektromos motort ötvöz, mint az Alfa Romeo Tonale Plug-in Hybrid Q4 modellje. Az akkumulátor külső forrásból (töltőállomás vagy házi töltő) és regeneratív fékezés révén is töltődik.
- BEV (Battery Electric Vehicle): Csak elektromos motor hajtja a járművet.
A Plug-In Hybrid az egyik legjobb megoldás, hogy kihasználjuk a belső égésű motor (ICE) és az elektromos motor kombinációjának előnyeit. A Plug-In Hybrid autók számos előnyt kínálnak, amelyek az elektromos járművek előnyeit ötvözik, mint például az alacsonyabb üzemeltetési költségek, a csendes vezetés és a nulla károsanyag-kibocsátás a tisztán elektromos vezetés során, miközben biztosítják a hagyományos belső égésű motor rugalmasságát hosszabb utak esetén, anélkül, hogy szükséges lenne az akkumulátor folyamatos töltése.
A belső égésű motor és az elektromos motor kombinációja lehetővé teszi a jármű számára, hogy nagyobb nyomatékot és teljesítményt biztosítson, mint a hagyományos nagyobb hengerű motorok. Az Alfa Romeo Tonale Plug-in Hybrid Q4 egy fejlett megoldást képvisel, amely növeli a teljesítményt és a vezetési kényelmet, miközben csökkenti az üzemeltetési költségeket és alacsonyabb károsanyag-kibocsátást biztosít, mint a hagyományos motoros járművek.
A Toyota C-HR Hibrid bemutatója
A töltés beállítását a jármű infotainment rendszerén keresztül, vagy a My Alfa Connect mobilalkalmazáson keresztül végezheti el. A belső égésű motor (ICE) automatikusan bekapcsol, hogy biztosítsa a jármű továbbhaladását az úton. Az akkumulátorok úgy vannak tervezve, hogy megfelelően működjenek az év átlagos hőmérsékletein. Az autonómia csökkenhet, ha az autó hosszabb ideig nagyon magas hőmérsékletnek van kitéve, mivel az energia egy része az akkumulátorok hűtésére használódik.
Az elektromos motorok energiát fogyasztanak a mozgás biztosítására. Amikor már nem szükséges a mozgás (például a lassulási fázisban), a fékezőerő visszafordítja a motor működését, és elektromos áramot generál. Ezt az áramot az akkumulátorba lehet küldeni.
Az Alfa Romeo Tonale Plug-in Hybrid Q4 egy háztartási töltőkábelekkel lesz felszerelve (Mode 2 típus), amely a jármű Type 2 csatlakozójához csatlakoztatható. Ez lehetővé teszi, hogy az autót egy ház garázsában vagy otthon töltse, ha rendelkezik külső aljzattal. Az on-board töltő átalakítja az váltóáramot egyenárammá a töltéshez.
Az infotainment rendszeren keresztül, vagy a megfelelő My Alfa Connect alkalmazás segítségével, amely letölthető okostelefonjára, beállíthatja a töltési időpontot és a maximális áramterhelést, amelyet a háztartási rendszeréből szeretne felvenni. A gyorsabb töltés érdekében lehetősége van egy házi fali töltőt telepíteni, az úgynevezett easyWallbox-ot, amely gyorsabban tölti az autót, mint egy hagyományos aljzat.
- Alapfelszerelés: Otthoni töltőkábel.
- Opcionális: Nagy sebességű töltőkábel.
A hibrid autók az ezredforduló kezdete óta velünk vannak, az autósok túlnyomó többsége azonban még nem tapasztalta meg, hogy milyen egy ilyen autót vezetni. A „hibrid” megnevezés arra utal, hogy az autó részlegesen elektromos üzemű, azaz az akkumulátor, az elektromotor (és bizonyos esetekben a generátor) mellett egy benzines vagy dízelmotor is dolgozik benne. Ezzel a módszerrel rendkívül hatékony autók születhetnek, amelyek minden korábbinál jobban megfelelnek több millió vezető igényeinek.
A hibrid autókban a hagyományos (általában benzines) belső égésű motor mellett egy elektromotor is működik. Ezeket a járműveket nem kell folyton töltőre dugni, a rendszer ugyanis képes önmagát tölteni, és gondoskodik róla, hogy az akkumulátor megőrizze a vezetési körülményeknek megfelelő teljesítményét. Ezért Önnek mindössze annyi a dolga, hogy megtankolja a gépkocsit, a kifinomult elektronikai rendszer pedig gondoskodik a többiről.
Egy ilyen autó remek választás lehet azoknak, akik szeretnének alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátású járművet, és egyúttal fokoznák az üzemanyag-hatékonyságot. A hibrid gépkocsikat nem szabad összekeverni a plug-in hibrid járművekkel.
Az „öntöltő hibridként” ismert járművek esetében az autó belső rendszereiből (például a regeneratív fékezésből) nyer energiát, valamint a belső égésű motor működtetésével képes aktiválni a generátort. Ezt az energiát az akkumulátor tárolja, amely szükség esetén hajtást biztosít a jármű elektromotorjának.
Ezeknél a hibrid járműveknél az akkumulátor a belső motor és generátor mellett kábelről, külső tápforrásról is tölthető. A rendszer ugyanúgy használja fel az elektromos energiát, mint a HEV esetében, de az akkumulátorok függetlenül is tölthetők, például hosszú ideig tartó inaktivitás esetén.
Ezeket a járműveket alapvetően egy belső égésű motor hajtja, de egy elektromotorral/generátorral is fel vannak szerelve. Így a főmotor kikapcsol, amikor az autó gurul, lassít vagy megáll, és rendkívül gyorsan újraindítható.
⚡Milyen típusú hibrid járművek léteznek?⚡ - Softelectronic.com
Hogyan működnek a hibrid autók?
- Elektromos vezetési üzemmód: Ebben az üzemmódban az autó hajtását 100%-ban az elektromotor biztosítja, ami egyenletes és csendes vezetési élményt nyújt. Ebben az üzemmódban az elektromos járművek használatának minden előnyét élvezheti, ilyen például a gyors elindulást segítő azonnali nyomatékleadás.
- Hibrid vezetési üzemmód: Az idő múlásával egy ponton bekapcsolhat a benzinmotor, ezt követően az elektromotor és a benzinmotor együtt dolgozik. Ez az üzemmód optimális teljesítményt és üzemanyag-hatékonyságot kínál, és olyan helyzetekben ideális, amikor a vezető gyorsít, hogy felvegye a tempót a forgalommal.
- Benzines vezetési üzemmód: Nagyobb sebességen már kizárólag a belső égésű motor biztosítja a hajtást, a hibrid motorok leállnak. Ez a vezetési mód akkor hasznos, amikor a jármű egyenletesen, nagy sebességgel halad, így benzinmotor mellett is maximális üzemanyag-hatékonyságot tud elérni (például autópályán).
A legjobb hibrid autókban (amilyen például a legújabb Honda CR-V és Jazz) egy még intelligensebb megoldás is bekerült: a vezető a kormány mögött található kapcsolófülekkel beállíthatja, hogy a rendszer mennyi energiát regeneráljon, amikor leveszi a lábát a gázpedálról. Ha pedig szükséges, a motor is képes tölteni az akkumulátort.
Az elektromos és hibrid járművek megjelenése forradalmasította a közlekedési ipart, kinyitva az utat a fenntarthatóbb alternatívák felé. Az első hibrid járműveket a 90-es évek végén kezdték meg tömegesen gyártani. Azonban még mindig sok kérdés merül fel a hibrid járművekkel kapcsolatban.
A hibrid járművekben az elektromos motor és a belső égésű motor párhuzamosan működik, és az akkumulátorokat a visszanyerő fékrendszer és a belső égésű motor tölti fel. A hibrid járművekben a hajtásrendszer átvitelét a kerekekre különböző módon oldják meg.
A hibrid motorok általában alacsonyabb hőmérsékleten működnek, és a használt elektromotor enyhíti a változó terhelést a belső égésű motoron. Emiatt a belső égésű motor nem éri el az optimális hőmérsékletet a motorolajban kondenzálódott víz elpárologtatásához. A hibrid motorolajoknak meg kell felelniük ezeknek az egyedi működési körülményeknek és kihívásoknak. A megfelelő hibrid motorolaj jelentősen csökkenti a kopást, megakadályozza a lerakódásokat és meghosszabbítja a motor élettartamát.
Amikor a hibrid járművet gyorsítás során használjuk, bizonyos esetekben a belső égésű motor hirtelen kapcsolódik be az üzemelésbe akár hidegen magas fordulattal. Az igazság az, hogy a hibrid járművekben használt belső égésű motorok ugyanúgy képesek működni „hagyományos” olajokkal, mint a hibrid motorolajokkal. Mégis, a speciálisan hibrid üzemű járművekben való használatra feljesztett motorolajoknak vannak olyan tulajdonságai, amelyek hosszú távon hasznosak lehetnek.
A hibrid olaj optimális hőmérséklet-viszkozitási tulajdonságokkal rendelkezik, ami különösen hideg indításnál jelent előnyt. A hajtómű és váltóolajok esetében is figyelembe kell venni a hibrid rendszer sajátosságait.
Bár a hibrid járművek alacsony terhelést gyakorolnak a belső égésű motorokra, és kevesebbet futnak belső égésű módban, a rendszeres olajcserék továbbra is fontosak és egyre fontosabbak. Javasolt azonos időközönként olajcserét végezni, mint hagyományos járművek esetében (általában 10-15.000 kilométerenként), figyelembe véve a gyártó ajánlásait. Egyre gyakoribb az ennél is rövidebb olajcsere periódusok használata egyes gyártók esetében.
Fontos megjegyezni, hogy a hibrid járművekhez kifejlesztett speciális olajok használata előnyös lehet, különösen hosszú távon, mivel ezek jobban alkalmazkodnak a hibrid rendszerek sajátosságaihoz és kihívásaihoz.
A XX. század derekán már jelentős szerepet töltött be a villamos hajtás. Ebben az időben több villamos hajtású járművet gyártottak, mint belsőégésű motorral ellátottat. A hagyományos belső égésű motorral (ICE) szerelt járművek jó teljesítményt és hosszú hatótávolságot biztosítanak, az üzemanyagaik nagy energiasűrűségének kihasználásával. Ugyanakkor, ezeknek a járművek a hátránya, hogy nem üzemanyag takarékosak, valamint környezetszennyezők is.
Az akkumulátorokkal hajtott elektromos járművek (EV) azonban olyan előnyökkel bírnak a hagyományos belső égésű motoros járművekkel szemben, mint a jobb energia-hatékonyság és az üzem közbeni nagyon alacsony károsanyag-kibocsátás. Mindazonáltal a teljesítménymutatóik, főleg a töltésenkénti hatótávolság, jelentősen elmaradnak a belső égésű motoros járművekétől, az akkumulátorok üzemanyagokhoz képest kisebb energisűrűsége miatt.
A hibrid elektromos járművek (HEV), melyek két erőforrást használnak egy elsődleges és egy másodlagos erőforrást- elvileg ötvözik a belső égésű és az elektromos hajtás jó tulajdonságait, és kiküszöbölik a hátrányaikat.
A hibrid járművek üzemmódjai
- A fullhibrid járműveknél csak a villamos gép hajtja meg a járművet, a belsőégésű motor leválasztásra kerül.
- A hibrid üzemmódba tartozik a belsőégés motor és a villamos gép közösen szolgáltatja a szükséges forgatónyomatékot a jármű hajtására.
- Villamos rásegítéskor a belsőégésű motor és a villamos gép forgatónyomatékot szolgáltat a jármű megfelelő hajtásához.
Az energiatároló egység töltése a következőképpen történhet. A belsőégésű motor a kerekek hajtása mellet, a villamos gépet is meghajtja, így generátor üzembe helyeződik. Másik lehetőség a fékezés során villamos visszatöltés a kerekek felől.
A visszatöltés során a belsőégésű motor több forgatónyomatékot szolgáltat, mint amennyi szükséges a jármű hajtásához. A többlet teljesítményt a villamos gép felhasználja az akkumulátorok töltésére.
A fékenergia visszatöltésnél nem vagy csak részben fékeződig az üzemi fékek hatására, ilyenkor a villamos gép fékezőnyomatéka lassítja a járművet. A villamos gép generátor üzembe kapcsol és a jármű mozgási energiáját villamos energiává alakítja, amivel tölti az akkumulátorokat.
- A hibrid járművekben alkalmazzák főként a Start/stop funkciót, de csak belsőégésű motorral ellátott járművek is rendelkezhetnek ilyen rendszerrel. Feladata, hogy álló járműnél a belsőégésű motort automatikusan leállítsa.
- A villamos gép és a belsőégésű motor forgatónyomatéka összeadódik. Maximálisan 20kW kimenő teljesítményt tud biztosítani a villamos gép.
- A fullhibrid tisztán villamos hajtásra is képes és ezekkel hosszabb távolságok megtételére is képes. Ilyenkor csak a villamos gép hajt, a belsőégésű motor nem működik.
- Plug-in, azaz a tölthető fullhibrid. Az akkumulátor pakk nem csak visszatáplálás révén belső hálózatról tölthető, hanem külső forrásból (például: hálózati csatlakozóból) is.
Lényegében egy járműnek lehet egynél több energiaforrása és energia-átalakítója úgy, mint benzin vagy dízelüzemű motor, hidrogén-üzemanyagcellás motor, akkumulátoros elektromos motor stb. Azt a járművet mely kettő vagy több energiaforrással és energia-átalakítóval rendelkezik, hibrid járműnek nevezzük.
Egy hibrid jármű hajtáslánca általában két erőforrással rendelkezik. Ennél több alkalmazása túlságosan bonyolítaná a rendszert. A fékezésnél keletkező energia visszanyerésének érdekében, mely a hagyományos belső égésű motoroknál hő formájában elvész, a hibrid hajtásláncoknál általában egy kétirányú energiaforrást és energia-átalakítót alkalmaznak. A másik lehet egy vagy kétirányú is.
A hibrid hajtásláncok a hajtó nyomatékot egy illesztett erőátviteli berendezés segítségével biztosítják. egyik mód, hogy a jármű kizárólag a belsőégésű motor által hajtott. A második mód, a tisztán elektromos hajtású mód, melyben a belső égésű motor le van állítva. A negyedik mód a „visszatápláló” fékezési mód, melynél a kinetikus energiát az elektromos motor generátorként működve nyeri vissza. A kilencedik módban az belsőégésű motor hajtja a járművet, a fékezést pedig a villamos gép végzi.
A változtatható üzemelési módok miatt a hibrid járművek nagyobb rugalmasságot tesznek lehetővé, mint az egy erőforrással rendelkező járművek. Pontos beállítással és irányítással, és minden üzemi szituációra a megfelelő mód alkalmazásával optimalizálható a teljesítmény, a hatékonyság és a károsanyag-kibocsátás.
Mindkét erőforrás optimális hatékonysággal való üzemeltetése elengedhetetlen a jármű hatékonyságának maximalizálásához. A belső égésű motor a legnagyobb hatékonysággal teljesen nyitott fojtószelepállásnál működik. Más beállítás esetén sokat romlik a hatékonysága.
A jármű vonóereje üzem közben változik a gyorsulástól, lassulástól, kapaszkodástól vagy ereszkedéstől függően. A vonóerő két komponensből áll: az egyik változatlan (átlagos) erő, melynek állandó értéke van, és a másik a dinamikus erő, melynek átlaga nulla.
A hibrid járműveknél az átlagos erőt egy olyan erőforrással lehet biztosítani, mely előnyben részesíti a folyamatos működést, mint a belső égésű motorok. Ezzel párhuzamosan más erőforrások, mint az elektromos motorok jól használhatóak a dinamikus erőszükségletek kielégítésére. Összességében a dinamikus energiaforrásnak az energia-kibocsátása nulla lesz egy ciklusban. Ez azt jelenti, hogy a dinamikus erőátvitel energiaforrása nem veszít energiakapacitásából a ciklus végére.
Egy hibrid járműben a változatlan teljesítményt biztosíthatja egy belső égésű motor, Stirling motor, üzemanyagcella stb. A belső égésű motor vagy az üzemanyagcella sokkal kisebb méretű lehet, mint egy-egy motorral szerelt jármű esetében, mert a dinamikus erőket a dinamikus erőforrás szolgáltatja, így folyamatosan üzemelhet a leghatékonyabb tartományban.
Egy hibrid jármű felépítése nagy vonalakban meghatározza a kapcsolat az energia áramlásának irányait meghatározó komponensek és az irányító portok között. Hagyományosan a „HEV”-ek két fő típusra bonthatóak: soros és párhuzamos.
Érdekes lehet megjegyezni, hogy 2000-ben néhány újonnan bemutatott HEV egyik csoportba sem volt sorolható. Ezért a hibrid elektromos járműveket manapság négy csoportba sorolhatjuk: soros hibrid, párhuzamos hibrid, soros-párhuzamos hibrid illetve komplex hibrid.
A soros hibrid hajtáslánc egy olyan hajtáslánc melynél a két erőforrás egy hajtóművet táplálnak (villamos gép) mely a járművet hajtja. A legelterjedtebb soros hibrid hajtáslánc a 6.11. ábra látható. Az egyirányú energiaforrás az üzemanyagtartály, az energia-átalakító pedig egy belsőégésű motor, egy elektromos generátorhoz csatlakoztatva.
A generátor kimenete egy elektromos-átalakítón átmenő buszhoz csatlakozik (egyenirányító). A kétirányú energiaforrás egy akkumulátor, mely egy elektronikus átalakítón (DC/DC konverter) keresztülcsatlakozik a buszhoz. A busz ezen kívül csatlakozik még az elektromos motorvezérlő elektronika egységéhez is. A villamos gép használható erőforrásként vagy generátorként is, kétirányú nyomatékkal.
A párhuzamos hibrid elektromos hajtáslánc olyan hajtáslánc, amely a motor nyomatékot mechanikus módon juttatja el a kerekekhez úgy, mint egy hagyományos belső égésű motoros járműnél. Egy elektromos motor segíti, mely mechanikusan kapcsolódik a váltóműhöz. A belsőégésű motor és az villamos gép nyomatékát egy mechanikus csatolás egyesíti.
A mechanikus csatolás lehet nyomaték vagy sebesség-összegzéses. A nyomaték-összegzés a motor és az elektromos motor nyomatékát összeadja, vagy a motor nyomatékát két részre bontja: meghajtás és akkumulátortöltés.
Többféle változata van a nyomaték-összegzéses hibrid hajtásláncoknak. Két csoportra bonthatók, egy, illetve kéttengelyes típusokra. Mindkét kategóriában a váltómű különböző helyekre tehető, és más áttételekkel tervezhető, mely eltérő vonókarakterisztikát eredményez.
A hajtáslánc kihajtó nyomatéka sok féle és a hatékonysága kiemelkedő lehet, mert a két többsebességű váltó több lehetőséget teremt mind a motor mind az elektromos vontatórendszer (villamos gép és akkumulátor) számára, hogy az optimális tartományukban üzemeljenek. Ez a tervezés nagyobb rugalmasságot is biztosít a motor és az elektromos motor karakterisztikájának tervezésekor.
A párhuzamos hibrid hajtásláncok egy másik fajtáját láthatjuk az 6.16. ábra, ahol a váltómű a nyomatékösszegző és a kardántengely között helyezkedik el. A váltó így a belsőégésű motor és az elektromos motor nyomatékát egyszerre viszi át.
A nyomaték-összegzős párhuzamos hibrid egyszerű és kicsi verziója az egy tengelyes konfiguráció, ahol az elektromos motor rotorja működik nyomaték-összegzőként (k1=1 és k2=1), ahogy a 6.17. ábra és 6.18. ábra látható. A váltó lehet az villamos gép után, mely így egy tengelykapcsolón keresztül csatlakozik a belsőégésű motorhoz, vagy lehet a belsőégésű motor és a villamos gép között.
A hagyományos motorok használata közben alakult ki bennünk az a tévhit, hogy az alacsony fogyasztáshoz alacsony teljesítmény társulhat csak. Az igazság természetesen az, hogy egy benzintemető járgány is lehet lomha, és egy kismotoros autó is lehet dinamikus, mindamellett, hogy gazdaságosabb is. A hibridek tekintetében ez fokozottan igaz.
A hibrid autók ugyanis bebizonyították, hogy egy autó igenis lehet egyszerre takarékos és dinamikus, élvezetesen vezethető. Például igenis lehet 197 lóerős összteljesítmény, 8,3 másodperces gyorsulás 100 km/órás tempóra, és 5,1 l/100 km fogyasztása egy SUV-nak is!
Mivel a hibrid hajtás sok szempontból előnyösebb a hagyományos motoroknál, és bizonyítottan megbízhatóbb is, így ez az állítás nem igaz. Ráadásul az utakon is egyre több hibrid autót lehet látni, hiszen több autómárka is forgalmaz is modelleket.
Mindezek mellett a hibrid hajtású autónak az ára sem sokkal magasabb például egy sima benzines motorral rendelkező autóénál, így sokkal szélesebb réteg számára elérhető ez a technológia. A környezettudatosság pedig egyre inkább begyűrűzik a köztudatba is szerencsére, így a hibrid technológia hasznos megoldás lehet a közlekedés szempontjából.