Hibridni pogoni: najprej teorija Hibridni pogoni: najprej teorija
Osnovna ideja hibridnega pogona je shranjevanje kinetične energije vozila, pridobljene pri zaviranju in/ali vztrajnostnem teku, in jo ob primernem trenutku izkoristiti za pogon vozila... Hibridni pogoni: najprej teorija
Hidravlični hibrid, risba pogona; vir: Valentin Technologies

Hidravlični hibrid, risba pogona; vir: Valentin Technologies

Osnovna ideja hibridnega pogona je shranjevanje kinetične energije vozila, pridobljene pri zaviranju in/ali vztrajnostnem teku, in jo ob primernem trenutku izkoristiti za pogon vozila s ciljem zmanjšati porabo goriva pri motorju z notranjim zgorevanjem (MNZ).

Hranilniki energije pri hibridnem pogonu. (Vir: Kyle Bradbury, Energy Storage Technology Review)

Hranilniki energije pri hibridnem pogonu. (Vir: Kyle Bradbury, Energy Storage Technology Review)

Teoretična izhodišča

Nižja poraba goriva se doseže, ko se shranjena energija sprosti in se uporabi za pogon elektromotorja (EM) ali pa pri hkratnem delovanju EM in MNZ (pospeševanje, speljevanje …). Če dodamo še spremembe na MNZ, kot je zmanjšanje prostornine in zmanjšanje vrtilne hitrosti, lahko v celoti pričakujemo za 20 do 30 odstotkov manjšo normno porabo goriva. Če upoštevamo še ostale možnosti, ki niso tako izdatne pri znižanju porabe goriva, kot so ustavljanje motorja, električen pogon pomožnih naprav, dušenje nihanj pri ustavljanju in zagonu motorja in strategija delovanja klimatske naprave, lahko s temi ukrepi lahko pričakujemo še dodatno zmanjšanje realne porabe. Iz tega sledi, da celotna filozofija hibridnega pogona sloni na treh predpostavkah:

  1. Prednost ima pogon z EM;
  2. MNZ deluje samo po potrebi;
  3. MNZ naj deluje v optimalnem področju, kjer je poraba goriva najmanjša.

Idealistični pogled na hibridna vozila pravi, da pri regenerativnem zaviranju lahko trajajo zavore neskončno dolgo. Drugo pravilo pa pravi, da je mogoče porabiti najmanjšo količino goriva, če vozimo stalno poklancu navzdol in z vetrom v hrbet, izogibamo pa se nasprotni situaciji.

Stopnja hibridizacije (H [%]), ki predstavlja oceno o lastnostih vozila oziroma pogona, se meri z razmerjem med skupno močjo vseh pogonskih EM in celotno močjo pogonskih motorjev, torej MNZ in EM. Na osnovi tega razmerja govorimo v primeru  H = 0 % o nehibridnem vozilu, H = 5 % o mikro hibridu … in na drugi strani pri H = 100 % o »čistem« električnem vozilu (EV). Na primer če je PMNZ = 110 kW in PEM = 23 kW potem je H = 17 %, kar smatramo kot srednji hibrid.

Električni hibrid; vir: Toyota

Električni hibrid; vir: Toyota

Delitev hibridov glede na način shranjevanja energije

  1. Pri električnem hibridu se kinetična energija pretvarja v električno pri zaviranju in v nasprotni smeri pri pospeševanju. Prednosti so neposredno prilagajanje toka in napetosti glede in količina shranjene energije, ki je na razpolago v zahtevanem trenutku. Slaša stran je dvojna pretvorba energije, razmeroma počasno polnjenje in nevarnost kratkega stika.
  2. Ultra oziroma super kondenzatorji se lahko uporabijo kot dodatek k bateriji ali samostojno. Kondenzator se lahko zelo hitro napolni in izprazni in lahko sprejme veliko moč pri zaviranju. Ima daljšo dobo trajanja od baterije je drag, energijska gostota je razmeroma nizka, kar pomeni, da potrebujemo veliko prostornino, ne rabi pa vzdrževanja v njegovi dobi trajanja in ima dober izkoristek.
  3. Mehanski hibrid uporablja za shranjevanje energije vztrajnik, ki se mora razmeroma hitro vrteti. V tem primeru ni pretvorbe oblike energije zato ima dober izkoristek, moč polnjenja je lahko velika, medtem ko je shranjena energija majša in je primerljiva z baterijo. Shranjevanje in oddajanje energije je hitro, kar je prednost pri regenerativnem zaviranju saj pri tem nimamo opravka z električno energijo kar je dobro, slabo pa je možnost (mehanskega) razpada vztrajnika.
  4. Hidravlično-pnevmatski hibrid uporablja črpalko za stiskanje in shranjevajna fluida v hranilnik, ki mora vzdržati visoke tlake. Količina shranjene energije je razmeroma mala, vendar se pretvorba iz kinetične v tlačno energijo in nasprotno dogaja zelo hitro, zato je tak sistem primeren za hitro speljevanje vozila. Hibrid na stisnjen zrak je manj preizkušena varianta hranjenja energije, pri kateri se predpostavlja, da bi imel doseg 200 kilometrov.
  5. Obstajajo še ideje o hibridu na spiralno vzmet in gumasto vzvojno vzmet, kar pa še ni bilo izvedeno, saj se pričakuje, da je v teh primerih shranjena energija zelo majhna.
Hidravlični hibrid, shema; vir: Valentin Technologies

Hidravlični hibrid, shema; vir: Valentin Technologies

Lastnosti hibridnih pogonov

Bencin/elektrika:

  1. primerno za lahka vozila;
  2. v povprečju manjša emisija ogljikovega dioksida;
  3. lastnosti vozil so ohranjene;
  4. stroški so odvisni od konstrukcije vozila.
Električni hibrid; vir: PSA

Električni hibrid; vir: PSA

Plinsko olje/elektrika:

  1. dober potek navora v primeru nadtlačnega polnjenja;
  2. dizelski motor je drag;
  3. hibridne komponente so drage;
  4. zanimiv pogon za dražja vozila;
  5. primeren za srednje in težka vozila.

Hidravlični/pnevmatski:

  1. sestavljen iz črpalke/motorja, hranilnika in medija;
  2. medij se stiska pri pojemkih in širi pri pogonu vozila;
  3. energija se zelo hitro sprošča;
  4. primeren za agresivne pospeške pri speljevanju.
Hidravlično-pnevmatski hibrid; vir: PSA

Hidravlično-pnevmatski hibrid; vir: PSA

Mehanski (KERS):

  1. poznana tehnologija;
  2. ni pretvorb oblike energije;
  3. energija se zelo hitro sprošča;
  4. problemi z varnostjo.

Teoretičnih izhodišč za hibridizacijo je torej več, a se danes v širšem smislu v serijski proizvodnji uporabljajo zgolj bencinsko- oziroma dizelsko-električni. To pa še ni zagotovilo, da bo tako tudi ostalo, saj še vedno ne kaže na zadosten razcvet čistega elektromobila in povsem mogoče je, da se bodo pojavili tudi hibridi na drugačnih tehničnih osnovah.

Aci Bizjan

Primer pogona na gumasto vzvojno vzmet; vir: www

Primer pogona na gumasto vzvojno vzmet; vir: www

Hibrid na nožni pogon in spiralno vzmet; vir: Albert Struna, Avtomobil

Hibrid na nožni pogon in spiralno vzmet; vir: Albert Struna, Avtomobil