Między hybrydą a autem elektrycznym

Między hybrydą a autem elektrycznym

Auta elektryczne mają mnóstwo zalet - nie emitują niepożądanych substancji, mogą korzystać z energii odnawialnej, są ciche, a przy tym dynamiczne. Wciąż jednak mają istotną wadę: niewielki zasięg ze względu na stosunkowo niewielką gęstość energii akumulatorów.
Problem ten jest tak stary, jak historia motoryzacji w istocie pierwszy seryjny samochód elektryczny zbudował w Londynie Thomas Parker w roku 1884, rok przed powstaniem spalinowego trójkołowca Karla Benza.

Rozwiązanie problemu także pochodzi z XIX wieku. W 1898 roku młody Ferdinand Porsche skonstruował dla fabrykanta powozów Jacoba Lohnera elektryczny samochód z silnikami w piastach kół, zasilanymi z zestawu akumulatorów. Doskonaląc konstrukcję, aby zwiększyć zasięg pojazdu, Porsche uzupełnił układ o generator napędzany silnikiem spalinowym. Tak powstała pierwsza w świecie hybryda plug-in - Lohner-Porsche Mixte Hybrid.
Rozwój silników spalinowych i wygoda ich eksploatacji, niewymagającej długotrwałego ładowania akumulatorów, sprawiły, że świat na długo zapomniał o samochodach elektrycznych. Jednak historia właśnie zatacza koło w trosce o czystość powietrza przypominamy sobie o napędzie elektrycznym i na nowo odkrywamy jego zalety.

Pomysł na Priusa ładowanego z gniazdka

Na początku XXI wieku Felix Kramer z kalifornijskiej organizacji CalCars, promującej rozwój i upowszechnienie samochodów elektrycznych, zdał sobie sprawę, że przy obecnym stanie technologii w pełni funkcjonalne auto, mające wszelkie zalety samochodu elektrycznego, można uzyskać, modyfikując seryjny samochód hybrydowy.

We wrześniu 2004 roku konstruktorzy CalCars przebudowali Toyotę Prius drugiej generacji na prototyp hybrydy plug-in, który nazwali PRIUS+. Zainstalowanie dodatkowych akumulatorów ołowiowo-kwasowych o masie 130 kg umożliwiło pokonywanie w trybie elektrycznym odległości 15 km, a odpowiedni układ zapewniał możliwość ładowania akumulatorów z domowego gniazdka elektrycznego. Taki zasięg może się wydawać niewielki, ale w bardzo wielu przypadkach wystarcza np. na codzienne dojazdy do pracy i z powrotem bez zużywania ani kropli benzyny, zaś po rozładowaniu akumulatorów auto zachowuje się jak każdy pojazd hybrydowy, wykorzystując współpracę silnika spalinowego i elektrycznego całkowity zasięg jest ograniczony jedynie pojemnością baku i obecnością stacji benzynowych.

Toyota odpowiada na zapotrzebowanie

Samochód spotkał się z ogromnym zainteresowaniem, a gdy organizacja CalCars upubliczniła opis modyfikacji, na drogach zaczęło się pojawiać coraz więcej Priusów z plusem. Widząc nieoczekiwanie duży popyt, w 2006 roku Toyota zapowiedziała stworzenie seryjnego Priusa Plug-in Hybrid. W roku 2009 w Japonii, USA, Kanadzie, Chinach, Australii, Nowej Zelandii i krajach Europy rozpoczęto testy 600 samochodów przedseryjnych. Ostatecznie Prius Plug-in Hybrid, opracowany w oparciu o Priusa III generacji, trafił na rynek w roku 2012. Litowo-jonowy akumulator o pojemności 4,4 kWh pozwalał przejechać w trybie elektrycznym 25 km.

Samochód elektryczny bez niepokoju o zasięg

Rok temu Toyota przedstawiła drugą generację Priusa Plug-in Hybrid, zbudowaną na bazie najnowszego hybrydowego Priusa IV generacji. Samochód wyposażono w nowy akumulator o dwukrotnie większej pojemności (8,8 kWh), zapewniający w trybie elektrycznym zasięg 50 km, dwukrotnie większy, niż w poprzedniej wersji modelu. Odznacza się on przy tym większą gęstością energii - mimo dwa razy większej pojemności jest od poprzedniego cięższy tylko o o 59 % i ma 78 % większą objętość.
Zastosowanie w przekładni dodatkowego, niewielkiego sprzęgła jednokierunkowego umożliwiło jednoczesną pracę dwóch silników elektrycznych, przez co efektywna łączna moc silników elektrycznych wzrosła o ok. 83 %, do 68 kW. Dzięki temu prędkość bez uruchamiania silnika spalinowego zwiększono z 85 do 135 km/h i uzyskano lepszą dynamikę. W trybie hybrydowym napęd ma moc 122 KM i zapewnia przyspieszenie od 0 do 100 km/h w 11,1 s oraz prędkość maksymalną 162 km/h. Średnie zużycie paliwa przez nowego Priusa Plug-in Hybrid to zaledwie 1 litr (!) na 100 km.

Energia odnawialna i inne technologie

Dużemu zasięgowi sprzyja zastosowanie wielu energooszczędnych rozwiązań. Należy do nich nowatorski układ klimatyzacyjny z pompą ciepła, która wykorzystuje zewnętrzne powietrze jako źródło ciepła i może ogrzewać kabinę bez włączania silnika benzynowego nawet w temperaturze -10 °C. Zużycie prądu zmniejszono ponadto przez zastąpienie wszystkich żarówek, również w reflektorach, diodami LED. Nadwozie nowego Priusa Plug-in Hybrid ma mniejszy współczynnik oporu aerodynamicznego Cx równy 0,24, a dla zmniejszenia masy pojazdu, która także wpływa na zużycie energii, pokrywę bagażnika wykonano z bardzo lekkich kompozytów zbrojonych włóknem węglowym.
Nowy układ ładowania akumulatora ma moc 3,3 kW, dzięki czemu czas ładowania skrócono o 65 % - przy zastosowaniu złącza Mennekes Type II Mode III trwa ono 2 godziny, a przy użyciu zwykłego gniazdka 3 godziny 10 minut. Proces ładowania można zaprogramować na poszczególne dni tygodnia, również z możliwością jednoczesnego ładowania i wstępnego chłodzenia lub ogrzewania kabiny.
Na dachu nowego Priusa Plug-in Hybrid zainstalowano duży panel fotowoltaiczny. Na postoju umożliwia on ładowanie akumulatora trakcyjnego, a podczas jazdy ładuje pomocniczy akumulator 12 V, służący do zasilania elektroniki i dodatkowych urządzeń, odciążając główny układ elektryczny. Wykorzystanie energii słonecznej może zwiększyć zasięg auta w trybie elektrycznym nawet o 5 km dziennie, co oznacza ponad 1000 km rocznie.
W ten sposób uzyskano samochód, który w codziennej eksploatacji w mieście ma wszelkie zalety auta elektrycznego jest cichy i nie emituje żadnych niepożądanych substancji - a jednocześnie nie narzuca kierowcy ograniczeń związanych z pojemnością akumulatora.