Hibridni pogon: najboljše iz dveh svetov: Več uspeha, če sodelujeta dva

 

V avtomobilski industriji se nikoli niso ustrašili novih izzivov, kar so v preteklosti že neštetokrat dokazali dosežki razvojnih inženirjev. Ker mora iti seveda mobilnost tudi v tok s časom, hkrati raziskujejo in razvijajo pogonsko tehniko v več smereh, a se bo ravno hibridna morda izkazala za najpomembnejšo. Popoln recept, po katerem bi kupcem lahko za dosegljive cene ponudili primerne vozne lastnosti, majhno porabo goriva, dodatek elektrike za znižanje škodljivih izpustov in boljšo odzivnost ter hkrati ohranili udobje, ki ga je vajena in ga pričakuje velika večina uporabnikov sodobnih avtomobilov. Brez neprestane skrbi, kako polna je baterija in kdaj jo je treba obvezno spet napolniti. Pri hibridih namreč za vožnjo v velikem delu poskrbi termični motor, medtem ko mu elektrika pomaga v najbolj potratnem režimu delovanja, na primer pri speljevanju, ga dopolnjuje v določenih voznih pogojih ali pa celo samostojno prevzame parkirno manevriranje in omejene razdalje. A pojdimo lepo po vrsti.

S kablom ali brez?

Kaj sploh je hibridni pogon? Odgovor je pravzaprav preprost. To je pogon, sestavljen iz dveh različnih načinov pogona, ki sodelujeta kot ena sistemska celota. Po načinu povezave posameznih delov pogona razlikujemo med zaporednimi, vzporednimi in kombiniranimi hibridi. Pri zaporednih (serijskih) hibridih motor z notranjim zgorevanjem deluje kot generator električne energije oziroma skrbi za polnjenje baterije, medtem ko vozilo poganja elektromotor ali več elektromotorjev. Pri vzporednih (paralelnih) hibridih sta motor na notranje zgorevanje in elektromotor neposredno povezana, preko menjalnika pa se moč in navor prenašata na pogonska kolesa; oba motorja lahko sočasno poganjata vozilo. Kombinirani hibridi pa na različne načine združujejo izbrane lastnosti zaporednih in vzporednih hibridov.

Obstaja pa še ena, večini uporabnikov verjetno nekoliko bolj znana delitev hibridnih pogonov; ta je v osnovi povezana s tem, kako pomembna je vloga elektrike. Pri blagem hibridnem pogonu elektromotor »le« podpira motor z notranjim zgorevanjem, večinoma pri speljevanju in pospeševanju, baterija pa se polni s ponovno uporabo – rekuperacijo – zavorne energije. Pri polnem hibridnem pogonu se vozilo že lahko premika tudi izključno na električni pogon, a je zaradi manjše baterije električni doseg omejen na zelo kratke razdalje. Baterijo hibridni sistem polni preko motorja z notranjim zgorevanjem ali z rekuperacijo energije zaviranja, zato ga nekateri imenujejo tudi samopolnilni ali nepriključni hibridni pogon. Priključni hibridni pogon, kot pove že njegovo ime, pa omogoča, da vgrajeno večjo baterijo lahko polnimo ali s priklopom preko kabla na električni polnilnici ali pa kot pri polnem hibridu. V nasprotju z običajnim hibridom lahko opravi tudi daljše vožnje samo na elektriko.

Od eTSI do eHybrid

Blagi hibrid, polni hibrid in priključni hibrid se torej bistveno ločijo po načinu delovanja, pri čemer so najpomembnejše razlike med njimi v velikosti vgrajene baterije, zmogljivosti elektromotorja in načinu polnjenja.

Blagi hibrid – z angleško besedo Mild Hybrid Electric Vehicle, od tod prihaja tudi pogosto uporabljena kratica mHEV, pri Volkswagnu pa imajo zanj oznako eTSI – ima najmanjšo baterijo od naštetih treh različic. Hkrati je del pogonskega sklopa še manjši (48-voltni) elektromotor oziroma generator. Avtomobila s to vrsto pogona ne moremo voziti le na elektriko ter ga ne polnimo s kablom na polnilnici. Tehnologija nadgradnje je v osnovi dokaj enostavna, zato blago hibridni avtomobili po navadi niso bistveno dražji od tistih brez dodane podpore elektrike.

Čeprav je lahko blago hibridni pogon zasnovan tudi na dizelskem motorju, je takšnih rešitev bolj malo in na cestah prevladujejo izvedenke z bencinskim motorjem; v primeru Volkswagnovih vozil je to štirivaljni 1,5-litrski bencinski agregat z oznako eTSI. Elektromotor v pogonski sklop doda okvirno do 14 kW moči in 56 Nm dodatnega navora ter pomaga termičnemu motorju pri zagonu (jermenski  zagonski alternator) – kot dobro znani sistem start/stop – pa tudi pri pospeševanju med vožnjo oziroma v primerih, ko voznik bolj odločno stopi na stopalko za plin. Litij-ionska baterija je v blagih hibridih relativno majhna, s kapaciteto 704 Wh, motor z notranjim zgorevanjem pa med vožnjo deluje večino časa. Ko vozilo zavira, se elektromotor spremeni v generator in polni baterijo, električna energija v tem primeru torej nastaja s pretvorbo kinetične energije – zavorne ali rekuperacijske moči vozila.

Polni hibrid – Hybrid Electric Vehicle oziroma HEV – ima že zmogljivejši elektromotor, običajno z močjo med 30 in 70 kilovati, vozilo s tem pogonom pa pri nizkih hitrostih že lahko prevozi določeno, čeprav še vedno zelo omejeno razdaljo, samo na elektriko. Baterija je tudi tukaj, enako kot pri blagem hibridu, samopolnilna s pomočjo rekuperacije ali termičnega motorja, a je njena kapaciteta že malo večja, običajno od enega do dveh kilovatov, napetost pa znaša do 300 voltov. Elektromotor in bencinski motor sta v primeru hibrida namesto preko jermena, ki je vgrajen v blagem hibridu, pogosto povezana preko planetnega menjalnika, čeprav je natančna tehnična rešitev seveda odvisna od posameznega proizvajalca.

Priključni hibrid – Plug-in Hybrid Electric Vehicle oziroma PHEV, pri Volkswagnu pa za ta sistem uporabljajo oznako eHybrid – je med opisanimi sistemi najbolj napreden. Elektromotor je že veliko pomembnejši del celotnega pogona, saj ima 85 kWmoči in doda tudi precej navora. Pri Volkswagnovih vozilih, ki so zasnovana na platformi MQB, je umeščen znotraj ohišja šeststopenjskega hibridnega menjalnika DSG z dvema sklopkama, torej gre za zelo kompaktno vgradnjo. Visokonapetostna litij-ionska baterija je pri priključnih hibridih bistveno bolj zmogljiva, njena neto kapaciteta znaša 20,5 kilovatnih ur. To hkrati pomeni, da zavzema bistveno več prostora in jo morajo inženirji pozorno umestiti za optimalno razporeditev mase vozila. Z vidika uporabnosti pogonskega sklopa je najbolj smiselno, da jo redno polnimo preko kabla z domače ali javne (tudi DC) polnilnice, čeprav se med vožnjo polni še z rekuperacijo, s pomočjo katere tudi veliko bolj učinkovito zavira.

Priključno-hibridni avtomobili lahko izključno na električni način že prevozijo daljše razdalje, preko 100 kilometrov. V nasprotju s preostalima dvema hibridnima načinoma je lahko elektromotor glavni pogonski sklop tako pri vožnji ob manjših obremenitvah, na primer pri nižjih hitrostih v mestnem načinu vožnje, pa tudi v zahtevnejših pogojih – vse dokler je v bateriji dovolj električne energije. Na zahtevo uporabnika ali v primeru izpraznjene baterije se vključi termični motor, pogonski sklop pa začne delovati kot pri polnem hibridu. Čeprav voznik pred sabo vidi ob simbolu baterije podatek nič odstotkov, pa je dobro vedeti, da sistem v resnici ne dovoli, da bi se baterija povsem izpraznila, temveč jo načeloma zadržuje v območju med 20 in 80 odstotki kapacitete.

Učinkoviti in udobni

Če primerjamo varčevanje različnih vrst hibridov z gorivom, lahko ugotovimo, da med njimi (pričakovano) najmanj prihrani blagi hibrid – okvirno od pet do deset odstotkov goriva glede na porabo samostojno delujočega bencinskega motorja. Polni hibrid je sposoben privarčevati okvirno od 20 do 30 odstotkov, medtem ko lahko priključni hibrid na račun še večje uporabe elektrike privarčuje od 40 pa vse do 80 odstotkov goriva, če seveda redno polnimo njegovo baterijo. Izključno na elektriko se lahko peljemo zgolj s polnimi in priključnimi hibridi – s prvimi na krajših razdaljah, s priključnimi pa tudi preko sto kilometrov.

Vse vrste hibridnih pogonov so zaradi svoje narave delovanja primerne za tiste, ki iščejo udobno in učinkovito vozilo tako na mestnih vožnjah kot tudi na daljših poteh. Delovanje hibridnega sistema oziroma prehod med enim in drugim pogonskim načinom je povsem samodejen in vozniku o njem ni treba razmišljati. Ko je baterija izpraznjena, se vedno vklopi termični motor, vožnja pa se nemoteno nadaljuje. Pri izbiri med njimi je tako verjetno še najbolj pomembno, da bodoči kupec pozna svoje vozne navade.