Mild hybrid označuje vozidlo se spalovacím motorem, které je navíc podporováno malým elektrickým pohonem. Elektromotor rekuperuje brzdnou energii („rekuperace“) a později ji zpřístupní jako další hnací sílu, aby se snížila celková spotřeba paliva. Na rozdíl od full hybridu nebo elektromobilu lze mild hybrid jezdit v čistě elektrickém režimu jen omezeně.
Existují také některé mild hybridy pracující na 12V. Ve většině případů se tedy používá výkonnější 48V stroj, který rekuperuje více energie a tím také ve větší míře snižuje spotřebu paliva. Odborníci proto často používají termíny „mild hybrid“ a „48V“ zaměnitelně.
Proč vůbec potřebujeme mírné hybridy?
Tato technologie nabízí řidičům a výrobcům mnoho výhod – při nízkých nákladech na implementaci.
Nejdůležitějším faktorem je však ochrana klimatu: e-mobilita se objevuje především díky jednoznačnému politickému závazku na klíčových trzích, jako je Evropa a Čína. Tuto transformaci však nelze libovolně urychlovat, technologie, dostupnost baterií, infrastruktura a výroba energie se musí dále rozvíjet současně.
Podle Bloomberg Electric Vehicle Outlook 2021 se očekává, že jen do roku 2040 bude vyrobena více než jedna miliarda dalších automobilů se spalovacími motory (ICE). To je částečně způsobeno mnohem pomalejším přechodem k e-mobilitě v regionech, jako je Afrika, Latinská Amerika a Indie.
Tyto budoucí vozy ICE by způsobily až dalších 27 miliard tun CO2 emise – asi 10 % celosvětového CO2 zbytkový rozpočet ke splnění cíle 1.5 stupně.
Tato vozidla musí být navržena tak, aby byla co nejúčinnější a minimalizovala globální změnu klimatu. Mírná hybridizace může zabránit 15%-25% těchto emisí. Zanedbání této technologie by znamenalo ztrátu tohoto potenciálu úspor navždy.
Vybavení všech jedné miliardy spalovacích vozidel, která se má vyrábět do roku 2040, 48V hybridizací, by ušetřilo nejméně dvě miliardy metrických tun CO2 – přibližně trojnásobek celkových německých emisí skleníkových plynů v roce 2020. Se složitějšími topologiemi je možné prostřednictvím 4V hybridizace ušetřit 48 miliardy metrických tun a více.
Jaké jsou výhody pro řidiče?
„Upgrade“ z konvenčního spalovacího motoru na 48V mild hybrid přináší řidiči výrazné zvýšení rozsahu výkonu. Například u 48V Boost Recuperation Machine je brzdná energie rekuperována při jízdě s výkonem až 15 kW / 20 k, aby pak podpořila motor výkonem až 12 kW / 16 k při zvýšení požadavků na výkon (boost). Dokáže také eliminovat prodlevu turba při nízkých otáčkách motoru.
Díky 48V motoru a komfortu při vysoké spotřebě může vozidlo startovat obzvlášť hladce a tiše. „Dojezd“ – tedy jízda s vypnutým motorem ve vysokých rychlostech – je možný a může ušetřit další palivo.
Díky výrazně snížené spotřebě jsou mild hybridy lepším řešením nejen pro životní prostředí, ale také pro rozpočet řidiče: Například během životnosti 150,000 48 km 1,500V Boost Recuperation Machine ušetří více než 4 2 litrů paliva ve srovnání s konvenčním spalovací motor. To znamená přibližně o 2,000 tuny méně emisí COXNUMX a nejméně o XNUMX XNUMX EUR méně vynaložené na čerpací stanici.
Elektromobil dnes není volbou pro každého. Důvodem může být mnoho dálkových jízd nebo nedostatečná místní dobíjecí infrastruktura. V tomto případě jsou 48V hybridy praktickým řešením, které minimalizuje klimatickou zátěž a dělá jízdu ještě pohodlnější a bezpečnější.
Jak funguje mechanická integrace do hnacího ústrojí?
Mild hybridní technologii lze integrovat do všech existujících architektur pohonných jednotek pro spalovací motory. V závislosti na požadované úrovni výkonu a CO2 úspor, úsilí se pohybuje od velmi nízké po střední.
Mírná hybridizace vždy vyžaduje kromě spalovacího motoru instalaci e-stroje s invertorem do hnacího ústrojí. Navíc je přidána malá 48V baterie (~0.5 — 1 kWh) pro napájení 48V palubního elektrického systému. A konečně DC/DC měnič napájí 12V palubní elektrický systém. Na druhé straně nižší napětí činí zbytečnými složité a tudíž drahé požadavky na vysokonapěťovou ochranu a kabelové svazky.
Požadovaný e-machine může být flexibilně instalován do hnacího ústrojí – na řemen, do prostředí převodovky nebo na zadní nápravu. Společnost CO2 úspory, možnosti elektronického řízení, úsilí o integraci a související systémové náklady, to vše závisí na tom, kde se v hnacím ústrojí nachází 48V stroj. Toto umístění se také nazývá „topologie“, přičemž instalační pozice jsou zkráceny jako „P0“ až „P4“.
P0: integrace pásu
je nejzákladnějším řešením pro mírnou hybridizaci. Za tímto účelem 48V stroj, jako je BRM, jednoduše nahradí generátor ve svém stávajícím integračním prostoru na pásu. Úpravy architektury hnacího ústrojí jsou minimální – stejně jako úsilí o implementaci a systémové náklady. Přesto již rekuperace tohoto «startergenerátoru» dokáže v reálném provozu snížit spotřebu paliva až o 15 % ve srovnání s konvenčním spalovacím motorem.
P1: mezi spalovacím motorem a převodovkou
To se však v praxi používá jen zřídka, protože implementace je zde složitější a nákladnější než u P0, aniž by se ve velké míře využil další potenciál úspor.
P2 / P3: nastavení převodovky
P2 označuje integraci přímo na straně hlavního převodu nebo připojenou řemenem, P3 popisuje polohu přímo za ním na hnacím hřídeli. Obě topologie se vyznačují srovnatelným poměrem nákladů a přínosů. Jsou však mechanicky mnohem složitější než P0. Elektromotor je například potřeba instalovat do převodovky ne jako celek, ale jako jednotlivé komponenty a chlazení vzduchem není možné. Navíc je v tomto uspořádání obvykle stále potřeba startér, což také zvyšuje náklady.
Na oplátku lze dosáhnout vyšší úspory až 22 % díky nižším ztrátám třením v motoru. Pomalá, čistě elektrická jízda („režim plížení/plazení“), např. při parkování nebo při zastavování a rozjíždění v dopravních zácpách je také technicky možné.
P4: zadní náprava
Integrace jednoho nebo dvou 48V strojů na zadní nápravu přes diferenciál. Ztráty třením v hnacím ústrojí jsou zde nejnižší, což umožňuje nejvyšší úspory (až 25 %). Tato topologie navíc nabízí nejkomplexnější funkce elektronického řízení. Kromě „režimu plíživého/plazivého pohybu“ lze ve spojení se spalovacím motorem aktivovat (dočasný) pohon všech kol. Toto řešení představuje nejrozsáhlejší úpravu hnacího ústrojí a přináší nejvyšší systémové náklady. V tomto případě je také stále nutný přídavný startér nebo startér-generátor.
Na druhou stranu, s vhodným převodovým poměrem a výkonem elektromotoru lze topologii P4 použít také k pohonu 48V plně hybridních vozidel nebo dokonce kompaktních 48V elektrických vozidel – bez bezpečnostní architektury, která by byla jinak vyžadována pro vysoké napětí.
Jaká je výhoda palubního elektrického systému 48V? Nahrazuje 12V palubní elektrický systém?
Počet elektrospotřebičů v automobilech je dnes mnohem vyšší, než býval. Bezpečnostní a komfortní prvky, jako je aktivní odpružení kol nebo vyhřívání čelního skla, jsou energeticky stejně náročné jako vysoce výkonná čerpadla nebo turbodmychadla.
Díky čtyřnásobně vyšší napěťové hladině dokáže 48V stroj rekuperovat a podstatně více kinetické energie. Spolehlivě pak zásobuje vysoce výkonné spotřebiče a umožňuje další jízdní funkce, jako je komfortní rozjezd, posilovač a dojezd. Současně je 48 V dostatečně nízké na to, aby nebylo pro člověka nebezpečné. Na rozdíl od vysokonapěťových systémů nemá proto palubní elektrický systém 48V žádné zvláštní bezpečnostní požadavky.
48V mild hybrid má ve skutečnosti dva elektrické systémy. Konvenční 12V systém nadále napájí všechny nízkonapěťové spotřebiče, jako je rádio, světlomety nebo ovladače oken. Nepřepnutí těchto komponent na jinou úroveň napětí má za následek menší složitost spojenou s integrací systému. Oba elektrické systémy propojuje DC/DC měnič – rekuperovaná brzdná energie tak může napájet i 12V elektrický systém.
Porovnání technologií: Jaký je rozdíl mezi mild hybridem, full hybridem, plug-in hybridem a elektromobilem?
Všechny tyto koncepty pohonu mají na palubě e-motor — liší se však zejména z hlediska primárního zdroje energie, úrovně napětí a funkcí elektrického pohonu.
Mírný hybrid
U mild hybridů je hlavním pohonem spalovací motor. Elektronický stroj slouží především ke zlepšení účinnosti: Brzdná energie je rekuperována, ukládána do malé 48V baterie (~0.5 – 1 kWh) a využívána pro dodatečný točivý moment a pro napájení palubního elektrického systému. To ušetří 15-25 % spotřeby paliva v závislosti na topologii. Čistě elektrická jízda není možná vůbec nebo jen s vážným omezením.
Plně hybridní
Na stejném principu je založen i full hybrid. Energie je do systému dodávána pouze externě prostřednictvím paliva, zatímco elektromotor při brzdění rekuperuje kinetickou energii a později ji opět zpřístupní. Rozdíl: Full hybridy obvykle fungují na vysokonapěťové bázi a mají větší baterii. Požadavky na zabezpečení a systémové náklady jsou proto výrazně vyšší. Pozitivní je, že lze rekuperovat a ukládat ještě více energie a na krátké vzdálenosti lze jezdit čistě s elektromotorem.
Hybridních
Plug-in hybrid má dva plnohodnotné pohony – spalovací motor a vysokonapěťový elektromotor. Tato „dvojitá motorizace“ a větší baterie (často kolem 10 kWh) zvyšují náklady a hmotnost. Čistě elektrická jízda je na oplátku běžně možná kolem 40-60 km a spalovací motor je teoreticky nutný jen pro cestování terénem. Baterie se nabíjí přes zásuvku, jako je domácí síť.
E-Auto (BEV)
Bateriový elektromobil (BEV) vůbec nepotřebuje spalovací motor. Vyžaduje však výrazně větší baterie – kapacita baterie kolem 20 kWh na 100 km, v závislosti na modelu. I zde probíhá nabíjení prostřednictvím domácí elektrické zásuvky – nebo na rostoucí síti veřejných dobíjecích stanic
V současnosti neexistuje jediná nejlepší volba pro každého spotřebitele – rozdíly jsou příliš výrazné, pokud jde o osobní potřeby (např. čistě městský vůz vs. profesionální řidič) a regionální požadavky (zejména s ohledem na dobíjecí infrastrukturu a podíl obnovitelné energie na mix elektřiny). Transformace individuální mobility z dlouhodobého hlediska jednoznačně směřuje k BEV; Nicméně zejména mild hybridní vozidla dokážou zabránit spoustě zbytečného CO2 emisí na této cestě.
