Pełna hybryda, mild czy plug-in? Przewodnik po rodzajach samochodów hybrydowych

Samochody hybrydowe dzielą się na trzy główne grupy: full hybrid nie wymagający ładowania z zewnątrz (samoładowany), mild hybrid wspierający wyłącznie silnik benzynowy oraz plug-in hybrid (PHEV), który po naładowaniu z gniazdka może pokonać określony dystans wyłącznie na prądzie. Podstawowym kryterium odróżniającym te trzy typy jest sposób ładowania, pojemność baterii i to, czy samochód może poruszać się samodzielnie na prądzie; który z nich jest dla Ciebie sensowny, zależy od tego, czy większość codziennych kilometrów pokonujesz w mieście czy na autostradzie oraz czy możesz podłączyć samochód do gniazdka.

Jaka jest różnica między hybrydą, mild hybrid i plug-in hybrid?

Pierwszym i najjaśniejszym kryterium odróżniającym trzy systemy jest to: kto ładuje baterię i czy silnik elektryczny może samodzielnie poruszać samochodem? Mild hybrid nie jest podłączany do gniazdka i nie może jechać samodzielnie na prądzie; układ elektryczny jest na tyle mały, że jedynie wspiera silnik benzynowy. Full hybrid również nie jest podłączany do gniazdka, ale ładuje baterię za pomocą wbudowanego silnika benzynowego i hamowania rekuperacyjnego; przy niskich prędkościach może poruszać się samodzielnie na prądzie. Plug-in hybrid, jak sama nazwa wskazuje, jest ładowany z gniazdka, a jego bateria jest na tyle duża, by pozwolić na jazdę z zasięgiem zbliżonym do samochodu w pełni elektrycznego.

Rozmiar baterii najlepiej pokazuje tę różnicę w liczbach. Bateria full hybrid ma zazwyczaj około 1 kWh; ta energia jest natychmiast zużywana przy kolejnym przyspieszaniu. Bateria PHEV jest natomiast około 10–20 razy większa od baterii full hybrid i zapewnia zasięg około 10–70 mil do całkowicie elektrycznej jazdy. Mild hybrid zawiera natomiast 48V baterię litowo-jonową, napędzany paskiem zintegrowany rozrusznik-alternator (BISG) i konwerter DC/DC; przewaga 48V nad 12V polega na tym, że może dostarczyć większą moc przy mniejszych stratach.

Zasady działania: jak każdy system zarządza energią?

Mild hybrid: cichy pomocnik

W mild hybrid układ elektryczny nie jest na tyle duży, by zastąpić silnik. Mały silnik elektryczny dodaje moment obrotowy do silnika benzynowego przy ruszaniu i przyspieszaniu; w ruchu miejskim typu stop-and-go płynnie obsługuje wyłączanie i ponowne uruchamianie silnika. Wrażenia z jazdy są niemal nieodróżnialne od tradycyjnego auta benzynowego; dlatego miękka hybryda to najtańszy punkt wejścia w technologię hybrydową. Jednak ponieważ silnik zawsze pracuje, aby poruszać pojazdem, spala więcej paliwa i emituje więcej spalin niż zwykła hybryda.

Pełna hybryda: automatyczne balansowanie między dwoma źródłami

W pełnej hybrydzie silnik benzynowy i silnik elektryczny pracują razem. Podczas typowej jazdy auto rusza na prądzie; po osiągnięciu określonej prędkości - jako klasyczny przykład, około 15 mil na godzinę w Toyocie Prius - system łączy silnik benzynowy z napędem elektrycznym. Komputer decyduje, które źródło działa w danym momencie, a kierowca nie steruje tymi przejściami. Gdy bateria się rozładuje, jest ładowana z benzyny, a podczas przyspieszania z hamowania rekuperacyjnego; podłączanie do gniazdka nigdy nie wchodzi w grę.

Hybryda plug-in: częściowo elektryczna

PHEV pracuje głównie na silniku elektrycznym, a gdy bateria się wyczerpie, silnik spalinowy automatycznie się włącza; dzięki temu kierowca nie zostaje na drodze, gdy bateria się skończy. Gdy zasięg elektryczny spadnie do zera i silnik benzynowy przejmie napęd, bateria nie jest całkowicie pusta: system rezerwuje około 1 kWh zapasu, dzięki czemu auto nadal działa jak hybryda z hamowaniem rekuperacyjnym. Baterie PHEV mają około jedną czwartą rozmiaru baterii w pełni elektrycznych aut; większość modeli używa mniejszego i tańszego wbudowanego ładowarki o mocy 3,3 kW i zazwyczaj nie obsługuje szybkiego ładowania DC. Z domowego gniazdka można je całkowicie naładować w ciągu nocy, czyli w 10-12 godzin.

PHEV zazwyczaj oferują trzy tryby pracy. W trybie hybrydowym komputer balansuje mieszankę prądu i benzyny dla maksymalnej wydajności: priorytetowo traktuje tryb EV w mieście i przy stałej prędkości, a benzynę przy ostrym przyspieszaniu i wysokich prędkościach. Tryb EV Save oszczędza baterię na później i natychmiast zmusza silnik benzynowy do trybu hybrydowego; przydaje się przed wjazdem do śródmieścia z ograniczeniami emisji lub przed trasą, gdzie będzie potrzebny elektryczny moment obrotowy. Tryb Charge zmusza silnik do ładowania baterii; jest mniej wydajny i droższy niż ładowanie z gniazdka, więc z punktu widzenia efektywności podejście to się mija z celem, z wyjątkiem sytuacji przed długimi podjazdami.

Hamowanie rekuperacyjne: hamowanie rekuperacyjne trzech technologii

Mechanizmem, który umożliwia ekonomię wszystkich trzech typów hybryd, jest hamowanie rekuperacyjne. Zasada jest prosta: podczas hamowania silnik elektryczny jest odwracany i działa jako generator, przekształcając energię kinetyczną kół w energię elektryczną magazynowaną w baterii; przy tradycyjnym hamowaniu energia ta byłaby tracona jako ciepło. W większości hybryd rekuperacja współpracuje z hamulcami ciernymi, a przy lekkim hamowaniu system priorytetowo traktuje rekuperację.

W ruchu miejskim typu stop-and-go nieustannie pojawia się okazja do ładowania baterii; dlatego zarówno pełne hybrydy, jak i ładowane plug-in (PHEV) osiągają w mieście niezwykle wysokie wartości ekonomiczności paliwowej. Dwie dodatkowe korzyści też są konkretne: ponieważ hamowanie rekuperacyjne przejmuje większość pracy, zużycie klocków hamulcowych wyraźnie maleje; ponadto PHEV-y częściej niż pełne hybrydy oferują regulowane przez kierowcę zmienne poziomy rekuperacji, a nawet jazdę na jednym pedale opartą na zwalnianiu pedału gazu.

Jak zachowują się w mieście i na długiej trasie?

W mieście: najmocniejsza strona pełnej hybrydy

Ponieważ hamowanie rekuperacyjne nieustannie odzyskuje energię w ruchu stop-and-go, pełne hybrydy są bardzo wydajne w jeździe miejskiej; dlatego taksówki i pojazdy świadczące usługi z kierowcą wybierają głównie napędy hybrydowe. Dla osoby wykonującej krótkie przejazdy miejskie wszystkie trzy typy hybryd są sensowne; ale jeśli codzienne trasy mieszczą się w przedziale 10–50 mil i istnieje możliwość ładowania, PHEV pokona te odcinki na prądzie bez użycia ani jednej kropli benzyny.

Długa trasa: tutaj ujawnia się kosztowność PHEV-a

W przypadku długich podróży autostradą sytuacja się odwraca. Pełne hybrydy na autostradzie nie są tak oszczędne jak w mieście; ponieważ silnik pracuje stale pod obciążeniem, maleją też okazje do rekuperacji. Dla PHEV-a problem jest natomiast poważniejszy: autostradowa prędkość szybko zużywa zasięg elektryczny i pojazd w krótkim czasie zamienia się w ciężką hybrydę benzynową. Ze względu na wagę dodatkowej baterii PHEV przy mieszanej jeździe miejskiej/autostradowej daje nieco gorszą ekonomikę paliwową niż jego w pełni hybrydowy brat. PHEV, który nie jest regularnie podłączany do prądu, staje się pojazdem, który wozi swoją wagę w benzynie i zapewnia gorszą ekonomikę niż standardowa hybryda. Dla osoby regularnie pokonującej długie odcinki autostradowe najbardziej naturalnym wyborem, jeśli chce technologię hybrydową, jest miękka hybryda (mild hybrid) albo dobry samochód benzynowy; zimna pogoda również obniża zasięg - temperatury poniżej 40°F mogą zmniejszyć elektryczny zasięg PHEV-a.

Doświadczenie posiadania: koszty, serwis i rachunek na zwrot inwestycji

Jeśli chodzi o serwis, wieści są dobre. Regularne koszty serwisowe hybryd, łącznie z normalnym zużyciem, zazwyczaj nie są wyższe niż w pojazdach benzynowych; hybrydowy układ przeniesienia napędu jest zamknięty i nie wymaga regularnej wymiany oleju. W PHEV-ach koszty serwisu i napraw wynoszą około 3 centów na milę, podczas gdy w benzynowych średnio około 6 centów. Oszczędność paliwa jest mierzalna: dla kierowcy pokonującego 15 000 mil rocznie model benzynowy generuje około 1.434 $ kosztów paliwa, podczas gdy jego hybrydowy brat pozostaje na poziomie 975 $; czyli roczna oszczędność wynosi około 459 $. W zamian jednak cena zakupu hybrydy jest też wyższa: w segmencie samochodów osobowych to średnio ~1.300 $, a w SUV-ach dodatkowa dopłata sięga 3.000 $, przy czym różnica w dużej mierze wynika z baterii. Wymiana baterii też nie jest tanią operacją.

Zwrot inwestycji w PHEV-a zależy od jednego pytania: czy naprawdę większość swoich codziennych kilometrów pokonasz na prądzie? Kierowcy, którzy codziennie zużywają zasięg elektryczny, mają tani prąd lub wytwarzają go własną panelem słonecznym, najszybciej zwracają różnicę cenową między PHEV a zwykłą hybrydą. Dla kogoś, kto nie podłącza regularnie wtyczki, te same pieniądze powinny trafić na lżejszą i tańszą zwykłą hybrydę. Fakt, że gdy skończy się prąd, małe silniki benzynowe odczuwalnie brakują mocy, zwłaszcza przy pełnym obciążeniu lub podjeździe pod wzniesienie, to rzecz, którą trzeba wiedzieć o posiadaniu PHEV.

Który typ hybrydy ma sens dla kogo?

Możesz sprowadzić decyzję do trzech pytań: Czy masz miejsce, gdzie możesz ładować? Czy większość Twoich kilometrów przypada na miasto, czy na autostradę? Jak bardzo chcesz doświadczenia jazdy elektrycznej?

• Miękka hybryda: Dla kierowców, którzy chcą jeździć jak zwykłym samochodem, chcą wypróbować technologię hybrydową w najniższej cenie i których trasy to w większości długie przejazdy autostradowe. Komponenty elektryczne są stosunkowo proste.
• Pełna hybryda: Najbardziej zrównoważony wybór dla kierowców, którzy chcą przejść na hybrydę bez uciążliwości podłączania wtyczki i użytkują samochód głównie w mieście i w miasteczkach; sprawdzona w taksiach i jeździe z kierowcą.
• Hybryda plug-in: Dla kierowców, którzy mogą regularnie podłączać wtyczkę, których codzienne trasy mieszczą się w zasięgu elektrycznym i którzy w weekendy chcą też korzystać z zapasu benzynowego. To idealny most dla tych, którzy chcą przetestować wody przed przejściem na pełną elektryfikację.

Dwie praktyczne przestrogi: po pierwsze, przed zakupem wyjaśnij, czy fizycznie w ogóle da się podłączać wtyczkę PHEV; jeśli nie masz możliwości regularnego ładowania, PHEV nie jest dla Ciebie odpowiednim autem. Po drugie, emblemat nie zawsze daje trafną wskazówkę - nazwa niektórych modeli z dopiskiem "Hybrid" w rzeczywistości ukrywa PHEV. Najpewniejszą weryfikacją jest spojrzenie na kolumny benzynowe i elektryczne na etykiecie ekonomiczności paliwa albo policzenie, ile aut ma klapów wlewu paliwa: dwie klapki mówią o istnieniu wtyczki.

Słowo końcowe: równanie jest proste, ale osobiste

Technologia hybrydowa to nie jeden produkt, lecz trzy różne poziomy głębokości elektryfikacji. Miękka hybryda zmniejsza zużycie paliwa, ale nie przemienia samochodu; pełna hybryda istotnie poprawia ekonomię w mieście i nie wymaga ładowania; PHEV, jeśli masz infrastrukturę ładowania, całkowicie elektryfikuje codzienną jazdę, a w dłuższej trasie zachowuje benzynową swobodę. Właściwe pytanie brzmi: "która hybryda jest lepsza?", lecz naprawdę chodzi o to: "jaki dystans pokonuję w tygodniu i jak go pokonuję?". W Twojej odpowiedzi ujawni się, który system ma dla Ciebie sens.

Źródła

• Hybrid vs. Plug-in Hybrid vs. Mild Hybrid
• Hybrids vs. Plug-In Hybrids: Pros and Cons
• Hybrid vs. mild hybrid vs. plug-in – what's the difference?
• Here's How a "Mild Hybrid" System Works
• Plug-In Hybrid Electric Vehicles
• Is a Plug-In Hybrid the Right Car for You?
• Plug-in Hybrid Car Range: What to Expect
• Plug-In Hybrid Car Range: What to Expect
• Are Hybrid Cars More Expensive to Maintain or Repair?
• Hybrydowy czy spalinowy: kiedy lepsze spalanie zaczyna się zwracać