Apa itu sistem kendaraan hybrid?

Baru-baru ini, kendaraan listrik semakin populer. Namun, kendaraan listrik yang lengkap memiliki kekurangan yang signifikan - cadangan daya yang kecil tanpa pengisian ulang. Karena itu, banyak pabrikan mobil ternama yang melengkapi beberapa modelnya dengan unit hybrid.

Pada dasarnya mobil hybrid adalah kendaraan yang powertrain utamanya adalah mesin pembakaran dalam, namun digerakkan oleh sistem kelistrikan dengan satu atau lebih motor listrik dan baterai tambahan.

Saat ini, beberapa kategori hibrida digunakan. Beberapa hanya membantu mesin pembakaran internal di awal, yang lain memungkinkan Anda mengemudi menggunakan traksi listrik. Pertimbangkan fitur pembangkit listrik tersebut: apa perbedaannya, cara kerjanya, serta pro dan kontra utama hibrida.

Sejarah mesin hybrid

Ide untuk membuat mobil hybrid (atau persilangan antara mobil klasik dan mobil listrik) disebabkan oleh kenaikan harga bahan bakar, standar emisi mobil yang lebih ketat, dan pemberian kenyamanan yang lebih baik saat mengendarai kendaraan.

Pengembangan pembangkit listrik tenaga campuran pertama kali dilakukan oleh perusahaan Prancis Parisienne de voitures electriques. Namun, mobil hybrid pertama yang bisa diterapkan adalah ciptaan Ferdinand Porsche. Di pembangkit listrik Lohner Electric Chaise, mesin pembakaran internal berfungsi sebagai generator listrik, yang menggerakkan dua motor listrik depan (dipasang langsung di roda).

Kendaraan itu diperkenalkan ke publik pada tahun 1901. Secara total, sekitar 300 eksemplar mobil semacam itu terjual. Modelnya ternyata sangat praktis, tetapi mahal untuk diproduksi, sehingga kendaraan seperti itu tidak terjangkau oleh pengendara biasa. Apalagi saat itu muncul mobil yang lebih murah dan tidak kalah praktisnya, yang dikembangkan oleh desainer Henry Ford.

Mesin bensin klasik memaksa pengembang untuk meninggalkan ide menciptakan hibrida selama beberapa dekade. Minat pada transportasi hijau telah meningkat dengan disahkannya RUU Promosi Transportasi Listrik Amerika Serikat. Itu diadopsi pada tahun 1960.

Secara kebetulan, pada tahun 1973, krisis minyak dunia meletus. Jika undang-undang AS tidak mendorong produsen untuk memikirkan pengembangan mobil ramah lingkungan yang terjangkau, maka krisis memaksa mereka untuk melakukannya.

Sistem hybrid penuh pertama, yang prinsip dasarnya masih digunakan sampai sekarang, dikembangkan oleh TRW pada tahun 1968. Menurut konsepnya, bersama dengan motor listrik, dimungkinkan untuk menggunakan mesin pembakaran internal yang lebih kecil, tetapi pada saat yang sama tenaga mesin tidak hilang, dan pekerjaan menjadi lebih lancar.

Contoh kendaraan hybrid lengkap adalah GM 512 Hybrid. Itu didukung oleh motor listrik yang mempercepat kendaraan hingga 17 km / jam. Pada kecepatan ini, mesin pembakaran internal diaktifkan, meningkatkan kinerja sistem, yang karenanya kecepatan mobil meningkat menjadi 21 km / jam. Jika ada kebutuhan untuk melaju lebih cepat, motor listrik dimatikan, dan mobil dikebut dengan mesin bensin. Batas kecepatannya 65 km / jam.

VW Taxi Hybrid, mobil hybrid sukses lainnya, diperkenalkan ke publik pada tahun 1973.

Hingga saat ini, pembuat mobil mencoba membawa sistem hibrida dan serba listrik ke tingkat yang akan membuatnya kompetitif dibandingkan dengan mesin pembakaran internal klasik. Meskipun ini belum terjadi, banyak perkembangan yang membenarkan miliaran dolar yang dihabiskan untuk pengembangan mereka.

Dengan awal milenium ketiga, umat manusia melihat hal baru yang disebut Toyota Prius. Gagasan pabrikan Jepang itu menjadi identik dengan konsep "mobil hybrid". Banyak perkembangan modern yang dipinjam dari perkembangan ini. Hingga saat ini, sejumlah besar modifikasi instalasi gabungan telah dibuat, yang memungkinkan pembeli untuk memilih opsi terbaik untuk dirinya sendiri.

Bagaimana kendaraan hybrid bekerja

Jangan bingung antara motor hybrid dengan kendaraan listrik penuh. Instalasi listrik terlibat dalam beberapa kasus. Misalnya, dalam mode perkotaan, saat mobil berada dalam kemacetan lalu lintas, penggunaan mesin pembakaran dalam menyebabkan mesin terlalu panas, serta peningkatan polusi udara. Untuk situasi seperti itu, instalasi listrik diaktifkan.

Secara desain, hibrida terdiri dari:

• Unit daya utama. Itu adalah mesin bensin atau diesel.
• Motor listrik. Mungkin ada beberapa di antaranya tergantung pada modifikasinya. Berdasarkan prinsip operasi, mereka juga bisa berbeda. Misalnya, beberapa dapat digunakan sebagai penggerak tambahan untuk roda, sementara yang lain - sebagai asisten mesin saat menghidupkan mobil dari posisi diam.
• Baterai ekstra. Pada beberapa mobil, kapasitasnya kecil, pasokan energinya cukup untuk mengaktifkan instalasi listrik dalam waktu singkat. Di sisi lain, baterai ini memiliki kapasitas yang besar sehingga kendaraan dapat leluasa bergerak dari aliran listrik.
• Sistem kendali elektronik. Sensor yang canggih memantau operasi mesin pembakaran internal dan menganalisis perilaku mesin, yang menjadi dasar motor listrik diaktifkan / dinonaktifkan.
• Inverter. Ini adalah pengubah energi yang dibutuhkan yang berasal dari baterai menjadi motor listrik tiga fase. Elemen ini juga mendistribusikan beban ke node yang berbeda, bergantung pada modifikasi instalasi.
• Generator. Tanpa mekanisme ini, tidak mungkin untuk mengisi ulang baterai utama atau tambahan. Seperti pada mobil konvensional, generator digerakkan oleh mesin pembakaran internal.
• Sistem pemulihan panas. Kebanyakan hibrida modern dilengkapi dengan sistem seperti itu. Ini "mengumpulkan" energi tambahan dari komponen mobil seperti sistem pengereman dan sasis (saat mobil meluncur, misalnya, dari bukit, konverter mengumpulkan energi yang dilepaskan ke dalam baterai).

Powertrain hybrid dapat dioperasikan secara individual atau berpasangan.

Skema kerja

Ada beberapa hibrida yang berhasil. Ada tiga yang utama:

• konsisten;
• paralel;
• serial-paralel.

Sirkuit serial

Dalam hal ini mesin pembakaran dalam digunakan sebagai pembangkit listrik untuk pengoperasian motor listrik. Faktanya, mesin bensin atau diesel tidak memiliki hubungan langsung dengan transmisi mobil.

Sistem ini memungkinkan pemasangan mesin berdaya rendah dengan volume kecil di kompartemen mesin. Tugas utama mereka adalah menggerakkan generator tegangan.

Kendaraan ini sering kali dilengkapi dengan sistem pemulihan, di mana energi mekanik dan kinetik diubah menjadi arus listrik untuk mengisi ulang baterai. Bergantung pada ukuran baterainya, mobil dapat menempuh jarak tertentu secara eksklusif dengan traksi listrik tanpa menggunakan mesin pembakaran internal.

Contoh paling terkenal dari kategori hibrida ini adalah Chevrolet Volt. Itu dapat diisi seperti mobil listrik biasa, tetapi berkat mesin bensin, jangkauannya meningkat secara signifikan.

Sirkuit Paralel

Dalam pemasangan paralel, mesin pembakaran internal dan motor listrik bekerja bersama-sama. Tugas motor listrik adalah mengurangi beban pada unit utama, yang mengarah pada penghematan bahan bakar yang signifikan.

Jika mesin pembakaran internal terputus dari transmisi, mobil mampu menempuh jarak tertentu dari traksi listrik. Namun tugas utama bagian kelistrikan adalah memastikan kelancaran akselerasi kendaraan. Unit tenaga utama dalam modifikasi tersebut adalah mesin bensin (atau solar).

Saat mobil melambat atau bergerak dari pengoperasian mesin pembakaran internal, motor listrik bertindak sebagai generator untuk mengisi ulang baterai. Berkat mesin bakar, kendaraan ini tidak membutuhkan baterai bertegangan tinggi.

Tidak seperti hibrida sekuensial, unit ini memiliki konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi, karena motor listrik tidak digunakan sebagai unit daya yang terpisah. Pada beberapa model, seperti BMW 350E iPerformance, motor listrik terintegrasi ke dalam gearbox.

Fitur dari skema kerja ini adalah torsi tinggi pada kecepatan poros engkol rendah.

Sirkuit paralel-serial

Sirkuit ini dikembangkan oleh para insinyur Jepang. Ini disebut HSD (Hybrid Synergy Drive). Sebenarnya, ini menggabungkan fungsi dari dua jenis operasi pembangkit listrik yang pertama.

Saat mobil perlu dihidupkan atau melaju perlahan dalam kemacetan lalu lintas, motor listrik diaktifkan. Untuk menghemat energi pada kecepatan tinggi, mesin bensin atau diesel (tergantung pada model kendaraan) dihubungkan.

Jika Anda perlu berakselerasi dengan tajam (misalnya, saat menyalip) atau mobil akan menanjak, pembangkit listrik bekerja dalam mode paralel - motor listrik membantu mesin pembakaran internal, yang mengurangi beban di atasnya, dan sebagai hasilnya, menghemat konsumsi bahan bakar.

Sambungan planet dari mesin pembakaran internal mobil mentransfer sebagian daya ke roda gigi utama transmisi, dan sebagian lagi ke generator untuk mengisi ulang baterai atau penggerak listrik. Dalam skema seperti itu, elektronik kompleks dipasang yang mendistribusikan energi sesuai dengan situasi.

Contoh paling menonjol dari hibrida dengan powertrain seri-paralel adalah Toyota Prius. Namun, beberapa modifikasi model buatan Jepang yang terkenal telah menerima instalasi seperti itu. Contohnya adalah Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Teknologi ini juga dibeli oleh beberapa kekhawatiran Amerika. Misalnya, pengembangan telah menemukan jalannya ke Ford Escape Hybrid.

Jenis agregat hibrida

Semua powertrains hybrid diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

• hibrida lembut;
• hibrida sedang;
• hibrida penuh.

Masing-masing memiliki fungsi dan karakteristik yang unik.

Powertrain hybrid mikro

Pembangkit listrik semacam itu seringkali dilengkapi dengan sistem pemulihan sehingga energi kinetik diubah menjadi energi listrik dan dikembalikan ke baterai.

Mekanisme penggerak di dalamnya adalah starter (bisa juga bertindak sebagai generator). Tidak ada penggerak roda listrik pada instalasi seperti itu. Skema ini digunakan dengan seringnya start dari mesin pembakaran internal.

Powertrain mid-hybrid

Mobil semacam itu juga tidak bergerak akibat adanya motor listrik. Motor listrik dalam hal ini berfungsi sebagai asisten unit daya utama saat beban bertambah.

Sistem semacam itu juga dilengkapi dengan sistem pemulihan, mengumpulkan kembali energi bebas ke dalam baterai. Unit hybrid menengah memberikan mesin panas yang lebih efisien.

Powertrain hybrid penuh

Pada instalasi seperti itu, terdapat generator berdaya tinggi, yang digerakkan oleh mesin pembakaran dalam. Sistem diaktifkan pada kecepatan kendaraan rendah.

Efektivitas sistem ini diwujudkan dengan adanya fungsi "Start / Stop", saat mobil bergerak perlahan di tengah kemacetan lalu lintas, namun di lampu lalu lintas Anda perlu berakselerasi dengan tajam. Fitur dari instalasi hybrid penuh adalah kemampuan untuk mematikan mesin pembakaran internal (kopling dilepas) dan menggerakkan motor listrik.

Klasifikasi menurut derajat elektrifikasi

Dalam dokumentasi teknis atau atas nama model mobil, istilah berikut mungkin ada:

• microhybrid;
• hibrida ringan;
• hibrida lengkap;
• plug-in hybrid.

Microhybrid

Di mobil seperti itu, mesin konvensional dipasang. Mereka tidak digerakkan secara elektrik. Sistem ini dilengkapi dengan fungsi start / stop, atau dilengkapi dengan sistem pengereman regeneratif (saat pengereman, baterai akan diisi ulang).

Beberapa model dilengkapi dengan kedua sistem. Beberapa ahli percaya bahwa kendaraan semacam itu tidak termasuk kendaraan hybrid, karena mereka hanya menggunakan unit tenaga bensin atau solar tanpa integrasi ke dalam sistem penggerak listrik.

Hibrida ringan

Mobil semacam itu juga tidak bergerak karena listrik. Mereka juga menggunakan mesin kalor, seperti pada kategori sebelumnya. Dengan satu pengecualian - mesin pembakaran internal didukung oleh instalasi listrik.

Model ini tidak memiliki roda gila. Fungsinya dilakukan oleh generator-starter listrik. Sistem kelistrikan meningkatkan rekoil motor berdaya rendah selama akselerasi keras.

Hibrida lengkap

Kendaraan ini dipahami sebagai kendaraan yang mampu menempuh jarak tertentu dengan traksi listrik. Dalam model seperti itu, skema koneksi apa pun yang disebutkan di atas dapat digunakan.

Hibrida semacam itu tidak diisi daya dari listrik. Baterai diisi ulang dengan energi dari sistem pengereman regeneratif dan generator. Jarak yang dapat ditempuh dengan sekali pengisian daya tergantung pada kapasitas baterai.

Plugin hybrid

Mobil semacam itu dapat berfungsi sebagai kendaraan listrik atau dijalankan dengan mesin pembakaran internal. Berkat kombinasi kedua pembangkit listrik, penghematan bahan bakar yang layak tersedia.

Karena secara fisik tidak mungkin untuk memasang baterai yang banyak (pada kendaraan listrik ini menggantikan tangki bensin), hibrida semacam itu dapat menempuh jarak hingga 50 km dengan sekali pengisian daya tanpa mengisi ulang.

Kelebihan dan kekurangan mobil hybrid

Saat ini, hibrida dapat dianggap sebagai penghubung transisi dari mesin panas ke analog listrik yang ramah lingkungan. Meski tujuan akhirnya belum tercapai, berkat diperkenalkannya perkembangan inovatif modern, ada tren positif dalam perkembangan transportasi listrik.

Karena hibrida adalah pilihan transisi, keduanya memiliki poin positif dan negatif. Kelebihannya meliputi:

• Penghematan bahan bakar. Bergantung pada pengoperasian pasangan daya, indikator ini dapat meningkat hingga 30% atau lebih.
• Mengisi daya tanpa menggunakan listrik. Ini menjadi mungkin berkat sistem pemulihan energi kinetik. Meskipun pengisian daya penuh tidak terjadi, jika insinyur dapat meningkatkan konversi, maka kendaraan listrik tidak membutuhkan stopkontak sama sekali.
• Kemampuan untuk memasang motor dengan volume dan daya yang lebih kecil.
• Elektronik jauh lebih ekonomis daripada mekanik, mereka mendistribusikan bahan bakar.
• Mesin tidak terlalu panas, dan bahan bakar dikonsumsi saat mengemudi di kemacetan lalu lintas.
• Kombinasi mesin bensin / diesel dan listrik memungkinkan Anda terus berkendara jika baterai berdaya tinggi sudah mati.
• Berkat pengoperasian motor listrik, mesin pembakaran internal dapat bekerja lebih stabil dan mengurangi kebisingan.

Instalasi hybrid juga memiliki daftar kerugian yang layak:

• Baterai menjadi tidak dapat digunakan lebih cepat karena banyaknya siklus pengisian / pengosongan (bahkan dalam sistem hybrid ringan);
• Baterai seringkali benar-benar habis;
• Suku cadang untuk mobil semacam itu cukup mahal;
• Perbaikan sendiri hampir tidak mungkin, karena ini membutuhkan peralatan elektronik yang canggih;
• Dibandingkan model bensin atau diesel, hibrida harganya beberapa ribu dolar lebih;
• Perawatan rutin lebih mahal;
• Elektronik yang kompleks membutuhkan penanganan yang hati-hati, dan kesalahan yang terjadi terkadang dapat mengganggu perjalanan jauh;
• Sulit untuk menemukan seorang spesialis yang dapat menyesuaikan pengoperasian pembangkit listrik dengan benar. Karena itu, Anda harus menggunakan layanan atelier profesional yang mahal;
• Baterai tidak mentolerir fluktuasi suhu yang signifikan dan habis dengan sendirinya.
• Terlepas dari keramahan lingkungan selama pengoperasian motor listrik, produksi dan pembuangan baterai sangat mencemari.

Agar kendaraan hibrida dan listrik menjadi pesaing sejati mesin pembakaran internal, diperlukan perbaikan dalam pasokan listrik (sehingga mereka menyimpan lebih banyak energi, tetapi pada saat yang sama tidak terlalu banyak), serta sistem pengisian cepat tanpa merusak baterai.

Pertanyaan dan Jawaban:

Apa itu kendaraan hibrida? Ini adalah kendaraan di mana lebih dari satu unit daya terlibat dalam pergerakannya. Pada dasarnya itu adalah campuran mobil listrik dan mobil dengan mesin pembakaran internal klasik.

Apa perbedaan antara mobil hybrid dan mobil konvensional? Mobil hybrid memiliki keunggulan seperti mobil listrik (operasi mesin senyap dan mengemudi tanpa menggunakan bahan bakar), tetapi ketika daya baterai turun, unit daya utama (bensin) diaktifkan.