1

Zašto hibridna vozila? Ivan Mahalec, 2006.03.

1. Nafta CO2 Temperatura Zemlje

Slika 1. Lijevo: Svjetska proizvodnja nafte i plina te prognoze o trajanju zaliha izračunate na osnovi potrošnje u 2005. godini (Gboe = Giga billion barrels oil equivalent). Desno: Porast koncentracije CO2 u atmosferi i srednje temperature Zemlje.

Fosilna goriva imaju dva nedostatka:

• zalihe su im končne i približavaju se svom relativno bliskom kraju,

• izvlačenjem ugljika na površinu Zmlje i njegovim izgaranjem povećava se sadržaj CO2 u atmosferi, time se pojačava efekt staklenika i doprinosi globalnom zatopljenju.

Potaknuto Kyoto protokolom, udruženje europskih proizvođača automobila ACEA postavilo je cilj dostizanje emisije CO2 na razini flote putničkih automobila od 140 g/km u 2008. godini. Zbog relativno velikih snaga motora taj se cilj ne može dostići čak ni ako bi su u sva vozila ugrađivali štedljiviji Dieselovi motori. Međutim, hibridna vozila s lakoćom ostvaruju ovu emisiju i zbog toga će ona u predstojećim godinama sve više dobivati na značaju.

Slika 2. Lijevo: cilj grupacije ACEA: smanjiti emisiju CO2 na 140 g/km do 2008. godine za cijelu flotu

europskih proizvođača vozila. Desno: očekivani porast alternativnih pogona vozila u budućnosti.

2

2. Hibridni pogonski sustavi Hibridni pogonski sustavi se mogu podijeliti, s obzirom na vezu mehaničkog i električnog dijela u tri skupine:

• serijski,

• paralelni i

• serijsko-paralelni hibridi.

S druge strane, s obzirom na autonomnost električnoga pogona, hibridi se dijele na:

• djelomične (engl. mild hybrid) i

• potpune (engl. full hybrid).

Gen

Aku

Inv

EM

MSUI

Kotači

Serijski

EM

MSUI

Inv

Kotači

Aku

Inv

Paralelni

Raz MSUI

Aku

Gen

Serijsko- paralelni

EM

Inv

Slika 3. Sheme hibridnih pogona. Oznake: Aku - elektr. baterija; EM - elektromotor; Gen – elektr. generator; Inv – elektr. pretvarač; MSUI - motor s un. izg.; Raz - razdjelnik snage; objavljeno u [5.].

240

246

250

260

300

400

1000 2000 3000 4000 5000 6000 Brzina, vrtnje, min-1

Mom

ent m

otor

a M

e ,

(Nm

)

120

100

80

60

40

20

∞ 800 g/kWh

EG

V

vmax

Otpori vožnje v = konst., uspon = 0

η = max HIBRID

EG - za pogon električnog generatora V - za vožnju

Slika 4. Usporedba rada motora s unutarnjim izgaranjem kod konvencionalnog i kod hibridnog vozila u

topografskom dijagramu specifične efektivne potrošnje goriva

U hibridnom vozilu motor s unutarnjim izgaranjem radi većinom u području minimalne specifične potrošnje goriva, pri čemu se višak snage iznad iznosa potrebnog za vožnju usmjerava na pogon električnog generatora koji puni bateriju. Kod Priusa generator također pogoni i elektromotor koji pomaže motoru s unutarnjim izgaranjem pogoniti kotače.

Put mehaničke energije Put električne energije

3

3. Potrošnja goriva i štetna emisija

Slika 5. Potrošnja goriva (l/100km) triju generacija hibrida Prius i sličnog konvencionalnog automobila.

Potrošnja goriva

g CO2/km (dizel)

g CO2/km (benzin)

6789

1011121314

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

l/100km

130

170

210

250

290g CO2/km

Slika 6. Potrošnja goriva za njemačku flotu vozila u novom europskom ispitnom ciklusu prema podacima VDA

i na temelju nje izračunata emisija CO2.

Slika 7. Ukupna učinkovitost Priusa i njegovih takmaca prema Well-to-Wheel analizi.

Slika 8. Štetna emisija Priusa.

4

4. Toyota Prius – svjetska uspješnica broj 1

Slika 9. Shema pogonskog sustava hibridnog automobila Toyota Prius THS II. Podaci: motor s unutarnjim izgaranjem: 1.5 dm3, proces 4-taktni Otto/Atkinson, smanjeno trenje u motoru, PMSUI,max = 57 kW kod 500 min-1, 115 NM kod 4200 min-1, ge,min = 225 g/kWh (ηe,max = 37 %); elektromotor: PEM,max = 50 kW; ukupna najveća snaga za vožnju vozila 82 kW iznad 85 km/h (Pmax = PMSUI,max + 50 % (PEM,max)); 1300 kg; 0-100 km/h za 10,9 s; 170 km/h; 104 g CO2/km.

Prius THS II

Regulator snage

Generator

Akumulator

Visokonap. dio

Inverter

Elektromotor Motor s unut. izgar.

Razdjelniksnage

Kotači

Prijenosnik snage

Put mehaničke energije Put električne energije

5

Slika 10. Shema pogonskog sustava i prijenosnika snage.

6

Slika 11. Toyota Prius: shema djelovanja

Slika 12. Dolje - lijevo: kod kočenja Priusov elektromotor postaje generator.

Slika 13. Značajke motora s unutarnjim izgaranjem (lijevo) i elektromotor (desno)

7

Slika 14. Zajedničko djelovanje motora s unutarnjim izgaranjem i elektromotora.

Slika 15. Lijevo: zajedničko djelovanje motora s unutarnjim izgaranjem i elektromotora. Desno: usporedba ubrzanja Priusa i klasičnog vozila s benzinskim motorom od 2.4. litre.

Slika 16. Usporedba ubrzanja Priusa i klasičnog vozila s podjednako snažnim Diesleovim motorom.

8

Slika 17. Električni pogonski sustav i prijenosnik snage.

Slika 18. Ni-MH baterija: 28 serijski vezanih paketa po 7,2 V = 202 V; 6,5 Ah; 30 kg; trajnost 300.000 km.