Co to jest i jak działa miękka hybryda (mild hybrid – MHEV)?

Miękka hybryda określana również z angielskiego mild hybrid (MHEV – Mild Hybrid Electric Vehicle) jest jednym z kilku rodzajów hybryd stosowanych w samochodach. Nie może jeździć wyłącznie z użyciem energii elektrycznej, przez co jest najmniej wydajną hybrydą. Napęd ten jednak ma potencjał do oszczędzania paliwa. Ponadto układ miękkiej hybrydy ma nieskomplikowaną konstrukcję i jest relatywnie tani.

Dlaczego powstała miękka hybryda (mild hybrid)?

Układ miękkiej hybrydy (mild hybrid – MHEV) został skonstruowany po to, żeby obniżyć zużycie paliwa, a tym samym emisję CO2, o której zmniejszenie nieustannie zabiegają różne lobby. Niestety unijni decydenci przystają na to, w efekcie czego ciągle słyszymy o coraz bardziej restrykcyjnych normach emisji spalin.

Producenci samochodów, aby spełnić normy i nie płacić związanych z tym kar wprowadzają różnego rodzaju napędy hybrydowe do swoich modeli. Jednym z nich jest układ mild hybrid, czyli miękka hybryda. Jest to niedrogi, dosyć prosty i niewymagający wielkich zmian konstrukcyjnych zestaw komponentów, powodujących zmniejszenie zużycia paliwa. Stosowany jest obecnie zarówno z silnikami benzynowymi i diesla. 

Miękka hybryda powstała zatem dokładnie z tego samego powodu co hybryda plug-in oraz pełna hybryda. Mild hybrid jest jednak spośród tych trzech najmniej wydajna jeżeli chodzi o redukcję zużycia paliwa. Ma jednocześnie wiele innych zalet.

Co to jest miękka hybryda (mild hybrid)?

W najprostszym ujęciu samochód hybrydowy to taki, który wykorzystuje dwa różne źródła napędu (silniki), aby zmaksymalizować wydajność. Zwykle oznacza to łączenie energii elektrycznej zmagazynowanej w akumulatorach z energią spalania benzyny lub oleju napędowego.

Miękkie hybrydy, zwane również 48-woltowymi systemami mild-hybrid (MHEV), są najmniej zelektryfikowaną wersją hybrydowych układów napędowych. Możemy spotkać różne rozwiązania miękkiej hybrydy, ale podstawowa koncepcja jest zawsze taka sama.

Najważniejszymi elementami miękkiej hybrydy jest mały generator elektryczny, który zastępuje tradycyjny rozrusznik i alternator oraz akumulatora litowo-jonowego o niewielkiej pojemności. Jak każda hybryda tak i MHEV może automatycznie przełączać się między napędem spalinowym i elektrycznym na krótkich dystansach. W miękkiej hybrydzie akumulatory ładowane są przez rekuperację, czyli odzyskiwanie energii elektrycznej podczas hamowania.

Może Cię zainteresuje: Rodzinny i hybrydowy SUV – najciekawsze propozycje

Jak działa miękka hybryda (mild hybrid)?

Miękka hybryda pomaga w sytuacjach kiedy silnik spalinowy nie jest zbyt wydajny. Niewielki elektryczny moment obrotowy zmniejsza obciążenie tradycyjnego silnika, a tym samym oszczędza paliwo. To, ile ostatecznie zaoszczędzisz, zależy od wielu czynników. Styl jazdy pozostaje decydujący, podobnie jak rodzaj systemu mild hybrid. Na przykład Audi donosi o zmniejszeniu zużycia paliwa nawet o 0,7 litra na 100 kilometrów w codziennym użytkowaniu.

W układzie mild-hybrid sam silnik elektryczny (generator) nie jest w stanie samodzielnie napędzać samochodu. Zamiast tego 48-woltowy system i generator działają jako wspomaganie silnika spalinowego przy niskich prędkościach – przy przyspieszaniu i uruchamianiu. W pojazdach takich jak Mercedes-Benz Klasy C silnik elektryczny jest umieszczony pomiędzy silnikiem a skrzynią biegów i zapewnia dodatkowe 20 koni mechanicznych. W miękkiej hybrydzie nie ilość koni mechanicznych jest najważniejsza, a moment obrotowy. W przypadku miękkiej hybrydy Mercedesa ISG dostarcza 180 Nm.

Podobnie jak pełne hybrydy i hybrydowy typu plug-in, systemy mild-hybrid jest w stanie uzupełniać zapasy energii poprzez hamowanie regeneracyjne i inne metody. W większości przypadków odzyskiwanie energii ma miejsce, gdy pojazd toczy się lub hamuje. 

• W trybie przyspieszania akumulator oddaje energię elektryczną i wspomaga układ napędowy, zapewniając dodatkowy moment obrotowy.

• W trybie hamowania z użyciem hamulców i silnika układ przełącza się w generator i odzyskuje energię, która skumulowana jest w baterii. 

Budowa miękkiej hybrydy

Silnik elektryczny (generator): rozruszniko-alternator

Silnik elektryczny o niewielkiej mocy, który tak naprawdę jest zintegrowanym rozruszniko-alternatorem (ISG). Podłączony jest on do silnika spalinowego, aby zapewnić dodatkową moc do przyspieszania. Wspomaga on pracę silnika spalinowego i może na krótki czas dostarczyć trochę mocy, uruchomić silnik i wytworzyć prąd. We wszystkich przypadkach przejmuje całkowicie rolę alternatora, a przynajmniej częściowo rozrusznika.

Rozrusznik-alternator umieszczony jest w różnych miejscach. Na przykład Audi wykorzystuje przestrzeń, która pozostała wolna po alternatorze. Rozrusznik-alternator połączony jest z wałem korbowym za pomocą paska. Podobne rozwiązanie stosuje np. Kia i Hyundai. Z kolei Mercedes umieszcza ISG pomiędzy silnikiem a skrzynią biegów.

Bateria litowo-jonowa 48V

Akumulator magazynuje energię elektryczną odzyskaną podczas hamowania. Prąd pobierany jest z baterii nie tylko w momencie zapotrzebowania na energię przy przyspieszeniu, ale również kiedy działa system start stop silnik spalinowy nie pracuje, podtrzymane są wszystkie systemy w samochodzie.

Akumulator w układzie miękkiej hybrydy ma zazwyczaj pojemność około 0,5 kWh.

Falownik DC/AC

W trybie zasilania silnik elektrycznego falownik przekształca prąd stały (DC) z akumulatora 48V w prąd zmienny (AC). W trybie generatora zmienia prąd zmienny w prąd stały.

Zalety miękkiej hybrydy (mild hybrid)

Jedną z kluczowych korzyści, jakie oferuje układ mild-hybrid jest lepsza wydajność paliwowa, czyli niższe zużycie paliwa, a tym samym mniejsza emisja CO2. Delphi – jedna z firm, która opracowała 48-woltową miękką hybrydę, zapewnia, że system daje nawet 25% więcej momentu obrotowego w dolnym zakresie obrotów. Trudno się z tym nie zgodzić, ponieważ silnik elektryczny oddaje pełną moc już od pierwszego obrotu. Kolejną zaletą jest 10 – 15% wzrost efektywności paliwowej.

Silniki diesla również pracują w technologii miękkiej hybrydy, a jak wiadomo, tempo nagrzewania tej jednostki jest powolne. Firma Continental rozwiązała ten problem, opracowując system oparty o instalację 48-woltową do obniżenia emisji tlenków azotu nawet do 60%. Było to możliwe dzięki zastosowaniu elektrycznego podgrzewacza katalizatora i DPF-u. W normalnym przypadku nagrzanie tych elementów następuje poprzez spaliny i trwa dłużej niż kiedy robi to elektryczny podgrzewacz. Nie dość, że spalanie jest niższe, to DPF wydłuży swoją żywotność.

Oprócz zalet czysto ekologicznych instalacja 48-woltowa otwiera nowe możliwości. Na przykład Audi stosuje w miękkich hybrydach sprężarkę elektryczną, która wspomaga układ napędowy, zanim gazy spalinowe osiągną wystarczającą energię do poruszenia klasycznej turbiny. Samochód reaguje na gaz bardziej spontanicznie, a przy okazji redukuje emisję spalin.

Niektórzy producenci używają instalacji 48-woltowej do zasilania systemu kompensacji przechyłów. Elektromechaniczne stabilizatory w zależności od sytuacji działają z siłą przeciwną do pokonywanego łuku. Najczęściej rozwiązanie to stosuje się w dużych SUV-ach.

Dlaczego warto rozważyć samochód z miękką hybrydą?

Rozważając zakup samochodu z napędem mild-hybrid względem pełnej hybrydy, pierwszy aspekt, jaki się nasuwa to cena. Miękka hybryda jest znacznie tańsza od pełnej hybrydy i tylko o kilka procent droższa niż standardowy napęd. W przypadku hybrydy-plug-in różnica w cenie sięga kilkunastu tysięcy złotych.

Miękka hybryda jest łatwiejsza i przyjaźniejsza w użytkowaniu od hybrydy plug-in, które należy regularnie ładować, aby wykorzystać w pełni ich potencjał. Mild hybrid nie różnią się również od modeli konwencjonalnych i współpracują z samochodami z manualnymi skrzyniami biegów, więc są dobrą opcją dla tych, którzy chcą pozostać przy bardziej tradycyjnym napędzie.