A hibrid autó továbbfejlesztése: a PHEV-korszak

Egy nemrég publikált cikkünkben a hibrid autók kegyvesztettnek tűnő megjelenéséről, korábbi történelméről, valamint a 2000-es évek során bekövetkező felemelkedéséről írtunk. A nagyívű előretörés azonban nem akadályozta meg azt, hogy a hibrid technológia egy új változata is megjelenjen: a tölthető, azaz a plug-in hibrid járművek.

Mára az akkumulátoros elektromos autók mellett sokan ezeket a személygépkocsikat tartják a jelenleg elérhető legkörnyezetkímélőbb megoldásnak, noha az alternatív hajtások ökológiai hatásairól megoszlanak a vélemények.

A hibrid hajtás fogalmi meghatározása

Többféle módon definiálhatjuk a hibrid hajtást: a leggyakrabban emlegetett szabály szerint a hibridautó olyan autó, amely a meghajtásához szükséges energiát több, egymástól eltérő elven működő erőforrásból nyeri. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy nem csak a benzin-elektromos és a dízel-elektromos járműveket kell hibridnek tekinteni, hanem minden olyan hajtásmegoldást, melyben legalább két különböző technológiai elvű erőforrás szolgáltat energiát.

Történeti áttekintés

Ahogy azt a korábbi cikkünkben is megjegyeztük, nem a Toyota Prius volt az első hibrid autó. Ferdinand Porsche 1899-ben mutatott be egy olyan személygépkocsit, mely benzinmotor segítségével termelt energiát az első kerekeket hajtó villanymotor táplálásához. Ez volt a Lohner-Porsche Mixte. Ráadásul nem csak prototípus volt: 300 darabot gyártottak belőle.

Ekkoriban akkumulátoros elektromos autók is rótták az utakat, tehát több szempontból sem volt egyértelmű, hogy melyik technológia kerül ki győztesen.

A belső égésű motoros változatok mellé szegődő költséghatékonyság azonban közel száz évre eldöntötte a csatát. A hibrid és az elektromos technológia képtelen volt versenyezni a drasztikus árzuhanással, a hibrid autók teljes feledésbe merültek.

Az ezredforduló környékén a Prius debütálásával, valamint az egyre erősödő környezetvédelmi lobbi hatására hirtelen újra nyeregbe kerültek a hibridek. A 2010-es évekre pedig megjelentek azok a hibridek, melyek ma is szerves részét képezik a közúti közlekedésnek.

PHEV általános felépítés, különbségek a hagyományos hibrid hajtáshoz képest

A plug-in hibridek (rövidítve PHEV) hajtáslánc tekintetében nem sokban különböznek hagyományos társaiktól: ugyanazt a három szerkezeti struktúrát használják, melyekről részletesebben írtunk a hibridekről szóló cikkünkben.

Soros hibrid

Itt a belső égésű motor nem áll közvetlen kapcsolatban a mechanikus hajtáslánccal azaz a motor nem hajtja az autót, csak a generátort, amely így elektromos áramot termel a villanymotor, az akkumulátor és az egyéb fogyasztók számára.

Fékezéskor a villanymotor generátorként működik, és visszatáplál az akkumulátorba, amennyiben az nincs teljesen feltöltött állapotban.

Párhuzamos hibrid

Ebben a bonyolultabb megoldásban mind a belső égésű motor, mind a villanymotor direkt módon részt vehet a hajtásban, akár külön-külön is. A két rendszer egymástól függetlenül képes energiát termelni, ám a kihajtásuk közös váltóműben találkozik.

Ez megkövetel egy nagyon átgondolt és precíz sebességváltót, ami nem feltétlenül tesz jót az előállítási költségeknek, viszont sokkal jobb szabályozhatóságot eredményez – ennek köszönhetően pedig kimutatható üzemanyag-megtakarítás érhető el vele a soros hibridhez képest.

Soros-párhuzamos hibrid

A harmadik típus a fentiek kombinációja: mindkét üzemmódban képes működni.

Különbségek

A PHEV és a hagyományos hibrid közötti differencia elsősorban az akkumulátor tölthetőségében nyilvánul meg.

Egy klasszikus hibrid jármű akkumulátora csak a belső égésű motoron keresztül képes tölteni (vagy adott esetben kinetikus energia visszanyerni), de mindenképp az autó működése szükséges hozzá.

Ellenben a PHEV autók akkumulátorát akár a lakásunk konnektorán keresztül is feltölthetjük, sőt, jellemzően ezek a rendszerek csak külső energiaforrásból nyerik a töltőáramot.

Néhány európai törvényi szabályozás arra ösztönözte a gyártókat, hogy PHEV-eket nagyobb akkumulátorral szereljék fel, ennek következtében jellemzően önerőből képesek 25-50 kilométer megtételére kizárólag az elektromos hajtásláncukat használva. Ez a hagyományos hibrid járművekről nem mondható el, már csak azért sem, mert az esetek többségében nem a vezető kezében van a hajtásláncok közötti kapcsolás irányítása.

A töltés nagyon hasonló módon alakul, mint az akkumulátoros villanyautók esetén: az inverter rengeteg típusú töltőáramot képes kezelni, a gyorstöltőktől egészen a lakossági hálózati áramig. Mivel a kapacitás egy BEV-hez mérten alacsony, a töltési idő azonos feltételek mellett mérhetően rövidebb.

Működési üzemmódok

A PHEV járművek általában két fő üzemmódban képesek közlekedni: töltésmerítő és töltésfenntartó módban. Az autó automata jelleggel is képes folyamatosan váltani a kettő között: ezt kevert üzemmódnak hívjuk. Amíg a vezető kézzel be nem avatkozik, az automatizált folyamat célja minden esetben a lehető legnagyobb hatótáv elérése.

Eközben ugyanez a program felel az akkumulátor töltési-kisülési stratégiájáért is.

Töltésmerítő mód

Leszámítva a nagyon intenzív kigyorsításokat, ez az üzemmód lehetővé teszi, hogy a személygépkocsi addig haladjon csak az akkumulátor elektromos energiáját felhasználva, amíg az a rendszer által kritikusnak vélt szint alá nem merül.

Ekkor vált át az autó belső égésű motoros üzemmódra (vagy akár üzemanyagcellás üzemmódra, attól függően, hogy milyen PHEV-ről beszélünk).

Töltésfenntartó mód

Ebben az üzemmódban az akkumulátor kapacitása nem vesz részt a hajtás energiaellátásában, megőrzi az akkumulátor aktuális kapacitását.

Kevert mód, egyéb üzemmódok

A kevert üzemmód a két fenti kombinációja: az ECU dönt az összes bemenő adat függvényében, hogy melyik energiaforrást milyen mértékben használja az adott pillanatban.

Ezeken túl a legtöbb PHEV rendelkezik öntöltő üzemmóddal is, melynek használata során a regeneratív fékezés és a generátor segítségével az akkumulátor menet közben töltődik, hasonlóan, mint a hagyományos hibridek esetén.