Jaký je rozdíl mezi full hybridem a mild hybridem?

Nízkonapěťové hybridy nyní aktivně vyvíjejí Volkswagen, Renault a některé další automobilky. Skupina PSA například nedávno uzavřela smlouvu o spolupráci s belgickou společností Punch Powertrain, známým vývojářem a dodavatelem převodovek pro hybridy a elektromobily.

V základním MHEV nahrazuje generátor 48voltový elektromotor, který poskytuje malé zvýšení výkonu, například při akceleraci.

Očekává se, že do roku 2025 budou mít mild hybridy 18 % celosvětového trhu s osobními automobily a lehkými užitkovými vozidly o hmotnosti do 6 tun. Pro srovnání: dnes tvoří hybridy 6 %, plug-in hybridy – 3 %, elektromobily – 3 %.

48voltová baterie Bosch o hmotnosti 7 kg zabere v autě velmi málo místa.

Výrobci automobilů a vývojáři komponent, když mluví o výhodách mild hybridů, berou na vědomí především jejich nízkou cenu a menší složitost ve srovnání s konvenční hybridní převodovkou. V řadě inovací zaměřených na zvýšení energetické účinnosti zaujímají mild hybridy (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicles) mezipolohu mezi systémem start-stop a plně hybridním sHEV.

Je zajištěno nabíjení z externího zdroje, jako u plug-in hybridu.

Klíčový rozdíl mezi konvenčním hybridem a nízkonapěťovým hybridem spočívá v tom, že v prvním případě může vysokonapěťový elektromotor pohánět auto nezávisle, zatímco ve druhém může 48voltový elektromotor udržovat vůz v pohybu pouze při konstantní rychlostí nebo pohánějte vůz na krátkou vzdálenost nízkou rychlostí (například v režimu parkovacího manévru). Pro intenzivní akceleraci výkon elektromotoru nestačí. Odtud název „měkký“. Jedním z důvodů pro výběr 48voltového systému je elektrická bezpečnost. Použití napětí pod 50 V umožňuje získat méně složitý (drahý a těžký) systém ve srovnání s vysokonapěťovými analogy. Běžný mechanik nemusí pro práci s takovým systémem absolvovat speciální školení a k jeho obsluze stačí běžné nářadí.

GENERÁTOR JAKO MOTOR

K dnešnímu dni byly vyvinuty dvě technologie MHEV. V nejběžnější verzi je tradiční generátor nahrazen reverzibilním elektrickým strojem, který dokáže nastartovat motor a udržovat jej v „obtížných časech“, přičemž přidává asi 10 kW v režimu zrychlení. To pomáhá zlepšit dynamiku vozidla a snížit spotřebu paliva přibližně o 15 % a také výrazně snížit emise oxidu uhličitého, což je dnes hlavním problémem automobilového průmyslu: evropské ekologické předpisy vyžadují snížení emisí CO2 o více než 25 % do 2021.

Motor-generátor Bosch SMG85 o výkonu 180 kW.

Na rozdíl od klasických hybridních obvodů využívajících vysokonapěťové (od 300 V) zařízení je nízkonapěťový hybrid relativně levně realizovatelný. klíčovou výhodou je snadná adaptace na stávající návrhy elektráren. Celkově jsou zapotřebí pouze tři originální komponenty: elektromotor, řídicí jednotka a kompaktní baterie vážící méně než 7 kg. V této technologii nahrazuje 48voltový motor-generátor místo běžného 12voltového generátoru, který je k motoru připojen pomocí hadovitého pásu. Kromě podpory spalovacího motoru (až do úplného vypnutí spalovacího motoru v režimu rovnoměrného pohybu) je motorgenerátor účinný i při brzdění: přepnutím do rekuperačního režimu dobíjí lithium-iontovou baterii.

Elektrickou energii uloženou v baterii lze využít pro další výkonné spotřebiče na palubě, jako je klimatizace, topení a ventilátor chlazení motoru. Inženýři navíc již dnes řeší problémy budoucnosti s ohledem na zvyšující se energetickou saturaci moderních automobilů. Lithium-iontová baterie je připojena k 12voltové palubní síti přes měnič. Mimochodem, tato část řešení není nová. Dříve byly dvouúrovňové napájecí systémy široce používány v užitkových vozidlech (ZiL-5301, LiAZ-677).

Režim jízdy se zobrazuje na centrálním displeji.

Vzhledem k tomu, že elektromotor je připojen přímo ke spalovacímu motoru, bez mezispojek nebo jiných součástí, je fáze rozběhu v režimu „start-stop“ realizována rychleji a pohodlněji než u běžných systémů. A to je další důležitá vlastnost mild hybridů, stejně jako možnost implementovat režim manévrování v nízkých otáčkách bez nastartování spalovacího motoru.

Continental, jeden z největších vývojářů hybridního pohonu, věří, že mild hybridní technologie je dostatečně levná, aby se stala mainstreamem. V roce 2017 zahájil Continental sériovou výrobu nízkonapěťového hybridního pohonu pro Renault (bude instalován do modelu Renault Scenic Hybrid Assist). První výrobní řešení kombinuje ekonomický vodou chlazený indukční motor s integrovaným invertorem. Elektromotor přenáší výkon přes hnací řemen přímo na klikovou hřídel spalovacího motoru – odborníci na řešení nazývají „konfiguraci P0“. V blízké budoucnosti bude zahájena výroba na bázi modulárního systému pro 48voltový pohon. Podle expertů Continentalu si tato technologie rychle získá na trhu oblibu a do roku 2020 se budou celosvětově vyrábět čtyři miliony nízkonapěťových hybridních pohonů. Do roku 2030 odborníci předpokládají nárůst podílu takových vozů na světovém trhu na 25 milionů kusů. Při vývoji modulárního systému kladli inženýři Continentalu důraz na maximální efektivitu, snadné přizpůsobení stávajícím pohonným jednotkám vozidel a automatizovanou, štíhlou výrobu.

Řešení Continental kombinuje vodou chlazený indukční motor s integrovaným invertorem.

Účinnost nízkonapěťového systému je přímo závislá na počtu vypnutí a období zotavení během nepřetržitého provozu. V důsledku toho Continental zvolil vodou chlazený indukční motor, který lze přímo připojit k chladicímu systému motoru. To vše umožňuje vytvořit konstrukci, která v závislosti na verzi dokáže neustále vyvíjet výkon 6 kW a točivý moment 60 Nm a kterou lze instalovat místo klasického generátoru. Použití hnacího řemenu zajišťuje přenos točivého momentu až 150 Nm na klikovou hřídel. V rámci modulárního systému mění výkon pouze průměr hřídele elektromotoru. Modulární systém Continental obsahuje také DC-DC měnič, který umožňuje připojení 48voltového systému k palubnímu napájecímu systému. To umožňuje využít energii uloženou v lithium-iontové baterii ke stabilizaci vnitřního energetického systému.

Slibnou elektrifikovanou dvouspojkovou převodovku – hybridní DT2 a 48voltový pohon – vyvinula společnost Punch Powertrain.

Testovaná vozidla dosáhla v novém evropském testovacím cyklu spotřeby paliva 13 %, podle vlastních testovacích údajů společnosti Continental. V reálných podmínkách, zejména ve městech, bude toto číslo ještě vyšší (až o 21 %) vzhledem k tomu, že velkou část cesty bude tvořit rekuperace energie. Spalovací motor lze například vypnout při přiblížení k semaforu a při poklesu rychlosti pod 20 km/h. S 48voltovým pohonným systémem se spalovací motor nastartuje za pouhé 0,2 sekundy – běžnému startéru to trvá asi dvakrát tak dlouho. Kombinace 48voltového pohonu se vznětovým motorem, jak je implementována v prvním voze uvedeném do výroby, má další výhodu v tom, že emise oxidů dusíku vznikající při akceleraci jsou sníženy o 10 %, protože část potřebného točivého momentu je generována elektricky. motor.

Pro nákladově efektivní výrobu systému ve velkém množství vyvinul Continental nové postupy pro výrobu elektromotorů. Například měděný drát vinutí pro stator není navinutý, ale je dodáván ve formě samostatných kusů. V kombinaci s inovativní technologií spojování toto řešení nejen zlepšuje proces automatizace, ale také zvyšuje hustotu materiálu, což umožňuje dosáhnout vyšších výsledků ve stejném instalačním prostoru.

Delphi se také zapojilo do aktivní spolupráce s automobilkami. Nový 48voltový mild hybridní systém společnosti zlepšuje spotřebu paliva o 50 až 70 procent oproti svému 12voltovému protějšku. Náklady na nový systém navíc představují pouze 30 % nákladů na plně hybridní zařízení. Řešení Delphi rekuperuje 85 % brzdné energie, uvedla společnost. Tato energie může být použita k pohonu kol, což může výrazně snížit emise a zlepšit účinnost paliva, stejně jako dále snížit velikost motoru.

Při práci s technologiemi originálního vybavení inženýři společnosti Delphi pečlivě zvážili aspekt úspory energie tohoto systému, včetně provozuschopnosti a opravitelnosti. Jedním z důvodů pro volbu 48voltového systému je to, že není potřeba speciálních bezpečnostních systémů jak pro řidiče, tak pro personál údržby. Běžný mechanik k práci s takovým systémem nepotřebuje schválení vysokého napětí a pouze běžné nářadí.

Kromě úspory rekuperované energie a jejího využití k pohonu vozidla poskytuje nový systém energii dalším systémům vozidla (jako je klimatizace) efektivněji než pohon motoru. Prototyp navíc využívá elektrické 48voltové turbodmychadlo, které zaručuje téměř plynulou akceleraci přesně v případě potřeby. Toto řešení umožňuje dále zmenšit velikost motoru, protože požadovaný točivý moment lze získat téměř okamžitě.

MOTORU K PŘEVODOVCE

Jeden slibný mild-hybridní koncept pro vozidla s manuální převodovkou je ten, který umísťuje 48voltový elektromotor blíže k převodovce. Za připojení k elektrickému vedení je zodpovědná elektronická spojka. Ve srovnání s výše popsanými hybridními konstrukcemi, u kterých je elektromobil přímo spřažen se spalovacím motorem, umožňuje tato koncepce účinnější rekuperační brzdění, protože motor je při brzdění odpojen od převodovky.

Dvě „mírná“ hybridní schémata.

Tento koncept MHEV je v současnosti jedním z nejhospodárnějších řešení pro implementaci vysokovýkonných pohonů, které nabízí dynamiku elektrického pohonu na úrovni účinnosti podobné současným vysokonapěťovým hybridům.

Není divu, že právě toto řešení využívá ve svých novinkách již zmíněná společnost Punch Powertrain. Elektrifikovaná dvouspojková převodovka, hybrid DT2, s 48voltovým pohonem se plánuje instalovat na budoucí modely vozů skupiny PSA. Vysoký výkon této převodovky ji řadí do popředí dvouspojkových převodovek v segmentu užitkových a osobních vozidel, uvedla společnost.

Která řešení dostanou přednost? Předseda společnosti Continental Elmar Degenhart na Automotive Week v Berlíně poznamenal, že účinná ochrana klimatu vyžaduje smíšený pohonný systém skládající se z elektrického pohonu, ekologického naftového a benzínového motoru, neutrálních syntetických paliv a palivových článků. „Politiky nařízené odstranění technologie spalovacích motorů je špatná cesta, protože přijetí nových technologií spotřebiteli nemůže být vynuceno politikou,“ řekl Degenhart.

Přihlaste se k odběru newsletteru materiálů Autopark