Hibridni i elektri?ni automobili sve su ?eš?i na cestama, zahvaljuju?i interesu kupaca, razvoju baterija i upravlja?kih sustava i tržišnim uspjesima pojedinih modela koji su olakšali proboj drugih.
Ti su automobili u primjeni ve? više od stolje?a, a sami elektromotori, baterije, hibridni pogoni pa i vodikove ?elije, još i dulje. Razjasnimo prvo termine koje koristimo. Za razliku od elektri?nog, hibridni automobil je osobno vozilo koje koristi dva motora, motor s unutarnjim izgaranjem i elektromotor. Postoje razne varijante uparivanja i nadopunjavanja tih pogona, prijenosa sile na kota?e i tipova spremnika elektri?ne energije, a ve?ina ili svi ti sustavi prvo su primijenjeni u stati?nim generatorima, brodovima, podmornicama, lokomotivama i kamionima. Elektri?ni i hibridni pogoni tek su relativno nedavno u ?eš?oj uporabi u osobnim automobilima, a u posljednje vrijeme u automobilima sve je ?eš?a tzv. mild (eng. – blago, umjereno) hibrid tehnologija. Pogledajmo ukratko razvoj elektro i hibridnih automobila kako bi lakše istaknuli karakteristike mild hibrida.
Pojava i razvoj tehnologija za elektri?ne aute i hibride
Po?etkom 20. stolje?a, automobili na cestama (pogotovo SAD-a) bili su pogonjeni i elektromotorima, i motorima s unutarnjim izgaranjem, ali i parnim motorima. Prve brzinske rekorde nisu postavili benzinski motori; 1899. je elektri?ni automobil probio okruglih 100 km/h, a okruglih 200 km/h je 1906. probio parni automobil. Svaka od tih tehnologija imala je svoje prednosti, a makar je motor s unutarnjim izgaranjem prevladao kao svojevrsni standard, ni druge nisu zamrle (sjetimo se, parni pogon razvijan je i nakon željezni?ke primjene u nuklearnim elektranama i vojnim brodovima i podmornicama).
Elektromotori bili su poznati još u prvoj polovici 18. stolje?a, a do 20. stolje?a su razvijani u raznim varijatnama, ali u kontekstu automobila treba uvažiti i dostupnost i nisku cijenu nafte i u ruralnim krajevima SAD-a 1920ih godina. To je problem koji još nije riješen: stanice za izmjenu baterija jedno su rješenje, ali problem mogu ?initi nejednaki uvjeti eksploatacije i posljedi?ne zamjetne varijacije u kapacitetu baterija. No, neka su rješenja razvijena ve? u zori elektri?nog automobila. Primjer je Lohner-Porsche (1900. – 1905.): prve verzije imale su po jedan elektromotor u dva kota?a, što je povoljno rješenje za pojednostavljivanje prijenosa i smanjivanje mehani?kih gubitaka, a bili su pogonjeni samo elektri?nom strujom iz baterija. Kasnije su verzije imale po jedan elektromotor u sva ?etiri kota?a i tzv. serijski hibridni pogon.
Takav hibridni sustav razvija se i primjenjuje i danas; motor s unutarnjim izgaranjem pogoni generator elektri?ne struje, a struja dalje ide u neki spremnik (npr. bateriju, zamašnjak, kondenzator) ili direktno u elektromotor. Klju?no je da motor s unutarnjim izgaranjem u tom slu?aju ne pogoni kota?e izravno. Princip za automobil s elektromotorima u sva ?etiri kota?a koristila je i NASA za Lunarni rover (1971. – 1972.).
Ve? su se tada nazirali sustavi koji u današnjim verzijama, pogotovo umreženi u istom vozilu, ?ine najzanimljivije prednosti hibridnih vozila. Motor s unutarnjim izgaranjem služi samo za pogon generatora, pa se može koristiti specijalizirani tip motora poput mikroturbinskih (male plinske turbine; sli?ne mlaznim motorima, ali izlazna sila je mehani?ka umjesto potiska).
Sami elektromotor može inducirati struju kao generator kada se vozilo kotrlja bez gasa. Zatim, regenerativno ko?enje može se koristiti i skladištenjem kineti?ke energije u zamašnjacima. Na tome se bazira i po tome se zove Ferrarijev KERS – kinetic energy recovery system pa su LaFerrari i FXX-K (i Evo) mild hibridi. Neki hibridi (strong ili full hibridi) koriste i motor s unutarnjim izgaranjem i elektromotor(e) za pogonjenje kota?a; i ameri?ki proizvo?a?i razvijali su takvu tehnologiju pa je GMov prototip bio gotov još 1969., no, kao i brojni drugi, nije ušao u serijsku proizvodnju. Tzv. plug-in hibridi mogu se puniti i na ku?noj elektri?noj mreži, a proizvo?a?i, pogotovo Tesla, razvijaju visokonaponsku infrastrukturu brzog punjenja elektri?nih automobila. Od 19. stolje?a poznat je i termoelektri?ni efekt (najkra?e, izazivanje prijenosa elektri?nog naboja izme?u dva materijala stvaranjem temperaturne razlike, zbog tipova njihovih kristalnih rešetki), koji ?e tek do?i u širu automobilsku uporabu. Uz to, i same ceste s prate?om infrastrukturom mogu doprinijeti punjenju baterija; solarni paneli i beži?no indukcijsko punjenje mogu?i su elementi koji ?e biti planirani pri gradnji ili opremanju prometne mreže.
Mild hibridi – budu?nost elektri?ne struje u automobilima?
Osim plug-in hibrida i elektri?nih (mikro)automobila ograni?enih dosega i zbog baterija i zbog infrastrukture za punjenje, postoji model hibridizacije koji zadržava prednosti i elektri?nog i automobila na naftne derivate. To su mild hibridi.
Princip rada im je obrnut od hibrida koji koriste benzinski/dizelski motor za napajanje elektromotora (direktno ili po potrebi, kao range extender – za produljivanje dosega): ovdje se elektromotor uklju?uje po potrebi. To su hibridi u kojima elektromotori i baterije pomažu, a nisu glavni na?in pogonjenja vozila. U takvoj je konfiguraciji elektromotor obi?no smješten izme?u glavnog motora i mjenja?a, a služi i kao elektropokreta? (anlaser) i alternator. Može brže pokretati motor u start-stop na?inu rada, glavni motor može se isklju?iti u uvjetima bez gasa i bez potrebe za ko?enjem motorom, imaju ograni?enu mogu?nost regenerativnog ko?enja, zahtjevaju manje baterije i rastere?uju motor od pogonjenja perifernih elemenata poput alternatora. Kao i druge ve? spomenute tehnologije, ni ova nije nova. Honda je taj princip uvela u model Insight krajem 1990-ih, a slijedile su razne varijante kod ameri?kih proizvo?a?a kroz idu?ih desetak godina. U širu uporabu ulazi tek u posljednje vrijeme, uklju?uju?i i europske automobile. Primjeri integracije elektropogona je elektri?ni turbo kompresor kod Mercedes-Benza ili Audija, a na prelazak na više napone (48 V struja) neki su se proizvo?a?i odlu?ili kako bi po?eli strujom pokretati i druge elemente za koje se prije koristila mehani?ka snaga (tj. snaga motora): kompresor klime ili pumpa vode. No, ovakav tip hibrida, koji zapravo omogu?uje širenje hibridne tehnologije i tamo gdje zbog njenih nedostataka (npr. viša inicijalna cijena, briga oko punjenja baterija ili dosega) na prvi pogled ne bi lako dospjela.
Dodavanje elektromotora izme?u glavnog pogonskog motora i mjenja?a, skupa s baterijskim paketom može podi?i ukupnu masu vozila, ali ipak smanjuje potrošnju goriva. Automobil je življi i na manjem gasu, smanjuje se broj komponenti motora (npr. nema elektropokreta?a i alternatora) i mogu?e ga je jednostavno upariti s ru?nim mjenja?em (npr. Honda CR-Z, 2010. – 2016.). Ipak, teži hibridni sustavi s ja?im elektromotorima i više baterija mogu voziti i u potpuno elektri?nom na?inu, ali složeniji su i skuplji. Kod mild hibrida ostaje još jedna prednost: jednostavno to?enje goriva na gotovo sveprisutnim pumpama, a i tankanje benzina/dizela obi?no traje višestruko kra?e od punjenja baterija na predvi?enoj stanici.
Elektromotor mild hibrida gotovo nikad ne pokre?e vozilo sam. To nije nemogu?e, jer ako ne pritisnemo pedalu kuplunga prije paljenja auta koji je u brzini, i standardni elektropokreta? može pokrenuti auto s mjesta. Ipak, brzo se može pregrijati i potrošiti akumulator, a iz sli?nih razloga se za samostalni pogon ne koristi elektromotor mild hibrida – dizajniran je i prilago?en za pomo? glavnom motoru.
Mild hibridi ciljaju i one kupce koji ne bi nužno kupili hibrid, ali takva tehnologija im ne bi smetala, jer je nenametljiva u smislu svakodnevnih karakteristika i brige oko automobila. Neki su takvi modeli su prisutni ili ?e biti prisutni i na našem tržištu.
Primjer: Suzuki SHVS
Suzukijeva verzija mild hibridnog sustava ne koristi elektromotor/generator izme?u motora i mjenja?a, nego je montiran kao zasebna jedinica i remenskim prijenosom povezan s benzinskim motorom. SHVS sustav (Smart Hybrid Vehicle by Suzuki) u Swiftu donosi 10 kg više, bez obzira na pogon (prednji ili svi kota?i) i motor (1.2 DualJet ili 1.0 BoosterJet); ta se mala dodatna masa isplati za pove?anu svakodnevnu upotrebljivost.
SHVS sustav temelji se na ISG jedinici (Integrated Starter Generator) koja daje 2,3 kW i 50 Nm te ima ulogu i elektropokreta?a (samostalni elektropokreta? koristi se dok je sustav još hladan) i alternatora. Nije integrirana s mjenja?em nego je s motorom povezana preko remena. Pri ko?enju motorom puni bateriju, a pri gasu bateriju crpi i pribraja svoju snagu motoru. Uz to, rastere?uje akumulator od napajanja nekih potroša?a poput instrumentne plo?e; tako smanjuje potrošnju goriva za oko 7%. Ne ?ini se zna?ajno, ali ako se ra?una ukupna smanjena potrošnja kroz više kilometara i sati provedenih u kreni-stani prometu, prednosti mild hibridnog sustava postaju o?itije.
