Miękkie hybrydy (ang. Mild Hybrid Electric Vehicle – MHEV) to jedno z najtańszych i najprostszych rozwiązań zaliczanych do gamy napędów hybrydowych. W poniższym tekście przyjrzymy się cechom tego rozwiązania i przedstawimy praktyczne aspekty serwisowania samochodów w układzie miękkiej hybrydy.
Na początku przedstawimy klasyfikację aut hybrydowych. Powstało bardzo wiele układów hybrydowych, stosowanych w różnych samochodach. Terminem hybryda określa się wiele aut, istotnie różniących się budową i możliwościami.
Tym terminem zwykle określa się pojazdy wyposażone w system start-stop. Termin hybryda jest w tym przypadku naciągany, ponieważ takie auta są napędzane silnikiem spalinowym i nie posiadają silnika elektrycznego. W niektórych układach próbuje się nieznacznie odzyskiwać energię hamowania, ale w przypadku tradycyjnych kwasowo-ołowiowych akumulatorów 12V ta koncepcja się nie sprawdza. Warunkiem, aby do akumulatora mógł trafić większy prąd jest jego częściowe rozładowanie, co na dłuższą metę prowadzi do zasiarczenia. Dodatkowo transfer większej mocy przy napięciu 12V generuje bardzo duże prądy, co jest niepraktyczne.
To napęd, w którym silnik elektryczny nie jest w stanie w pełni napędzać pojazdu, a pełni w czasie jazdy funkcję pomocniczą. Istotą układu jest zastąpienie rozrusznika i alternatora pojedynczą maszyną elektryczną mogącą pełnić obydwie te funkcje (ang. Integrated Starter-Generator – ISG). Jako magazyn energii służą akumulatory 48V, choć niektóre rozwiązania (Mazda) wykorzystują napięcie 24V. Energia odzyskiwana w czasie hamowania jest wykorzystywana do wspomagania silnika spalinowego. Samochód magazynuje jedynie niewielką ilość energii. W stosunku do samego silnika spalinowego można zaoszczędzić ok. 10% paliwa w warunkach rzeczywistych. Pojęcie miękka hybryda dotyczy zatem samochodów spalinowych wyposażonych w pomocniczy silnik elektryczny/generator.
Klasyczny układ hybrydowy, w którym pojazd może być napędzany zarówno silnikiem spalinowym, jak i w ograniczonym zakresie silnikiem elektrycznym bez udziału silnika spalinowego. Wymaga to odpowiedniej konstrukcji układu przeniesienia napędu, która pozwoli na niezależną pracę obydwu rodzajów napędu. W trakcie typowej jazdy główną funkcją napędu elektrycznego jest odzysk energii hamowania i wykorzystanie jej przy ruszaniu, co pozwala na istotną oszczędność paliwa w ruchu miejskim (zużycie paliwa jest niższe niż w przypadku rozwiązań mild hybrid). Energia elektryczna w układzie pełnej hybrydy jest uzyskiwana tylko z generatorów w pojeździe, nie mamy możliwości ładowania z sieci. Samochody hybrydowe tego typu uzyskują bardzo krótki zasięg na silniku elektrycznym, rzędu 2km.
Ten wariant to rozbudowa układu pełnej hybrydy o pakiet akumulatorów pozwalających uzyskać użyteczny zasięg w trybie elektrycznym. Hybrydy plug in możemy ładować z sieci elektrycznej i teoretycznie mogą być użytkowane jako samochody elektryczne na krótkich trasach. Hybrydy plug in budzą wiele kontrowersji ponieważ przy obowiązujących normach uzyskują bardzo dobre wyniki emisji CO2/km dzięki temu, że mogą sporą część testowej trasy przejechać w trybie elektrycznym, zaniżając również średnie spalanie. Kierowcy zwykle eksploatują te samochody na długich trasach korzystając wyłącznie z napędu spalinowego, co przekłada się na dużo mnie korzystne parametry emisji spalin i znacznie większe zużycie paliwa niż deklarowane. Hybryda plug in wiąże się z dużą masą pojazdu, który oprócz pełnego napędu spalinowego zawiera sporej masy baterię akumulatorów, podobnie jak auta elektryczne.
Typowa konfiguracja takiego układu w samochodzie osobowym obejmuje następujące elementy.
Elektryczna turbina – niektóre układy korzystają z elektrycznego wsparcia turbosprężarki. Ciśnienie doładowywania może być uzyskane dzięki mocy pobranej z akumulatora. Może się okazać, że elektryczne wsparcie turbosprężarki pozwoli uzyskać większe przyspieszenie przy ruszaniu niż to, które może zaoferować połączony z wałem korbowym silnik elektryczny.
W przeciwieństwie do klasycznych hybryd oraz hybryd typu plug in, serwisowanie miękkich hybryd nie wymaga dodatkowych uprawień elektrycznych. Napięcia występujące w układzie są uznawane za bezpieczne. Oczywiście nie oznacza to, że każdy mechanik będzie od razu gotów serwisować takie pojazdy. Jak w przypadku każdej nowej technologii warto zacząć od szkoleń i zdobycia niezbędnej wiedzy, aby bezpiecznie stawiać pierwsze kroki w obsłudze hybryd tego typu.
Do najbardziej awaryjnych elementów układu zaliczymy z pewnością moduł akumulatora, który ulega naturalnemu zużyciu, a który również może ucierpieć w wyniku błędów eksploatacji samochodu. Ogniwa litowe nie wymagają co prawda ładowania do pełna jak kwasowo-ołowiowe – stan częściowego naładowania jest dla nich nawet korzystny, ponieważ w tym stanie wolniej ulegają degradacji. Jednak należy uważać na rozładowanie – akumulator głęboko rozładowany może ulec uszkodzeniu. W wielu przypadkach zintegrowana z akumulatorem elektronika może uniemożliwić ponowne naładowanie głęboko rozładowanego akumulatora. Dlatego zgodnie z zaleceniami producentów należy zapobiegać rozładowaniu akumulatora, uruchamiając auto przynajmniej raz w miesiącu. Należy również uważać na akumulatory obecne na rynku wtórnym. Jeśli zbyt długo czasu spędziły w stanie rozładowania (np. samochody powypadkowe) mogą okazać się bezwartościowe nawet mimo niedużego wieku czy przebiegu. Mówiąc o akumulatorze mamy na myśli nie tylko baterię ogniw litowych, ale także zintegrowaną elektronikę, zwykle wyposażoną w dodatkowe złącze do komunikacji ze sterownikiem.
Drugim problematycznym podzespołem jest przetwornica. Jest to element obciążony dużymi prądami, który odpowiada za transfer mocy w układzie. Jednocześnie istnieje potrzeba miniaturyzacji tych elementów przy optymalizacji kosztów. W wielu przypadkach awaryjność przetwornic wynika prawdopodobnie ze stosunkowo krótkiego okresu ich eksploatacji i należy się spodziewać, że problemy zostaną wyeliminowane w kolejnych generacjach układów.
Trzeci, najmniej awaryjny element samochodów hybrydowych omawianego typu stanowi maszyna elektryczna. Nowoczesne silniki tego typu, pozbawione szczotek i komutatora, są trwałe i nie powinny sprawiać problemów o ile zostały zaprojektowane i wyprodukowane w sposób właściwy.
Przykładowym pomiarem, który stosunkowo prosto można przeprowadzić, aby zobaczyć w praktyce jak działają auta z układem miękkiej hybrydy jest pomiar oscyloskopowy z użyciem cęg prądowych. Jeśli chcemy równocześnie zmierzyć napięcie to ważne aby zapewnić sobie urządzenie do którego bezpiecznie możemy dołączyć napięcie 48V. W przypadku wielu urządzeń musimy zastosować odpowiednie cęgi z dzielnikiem. Korzystając z oscyloskopu warsztatowego Scope DT nie musimy się o to martwić, gdyż takie napięcie możemy podłączyć do każdego z wejść. Dodatkowo konstrukcja wejść zabezpiecza przed możliwością zrobienia zwarcia. Dobierając cęgi musimy użyć elementu o odpowiednim zakresie prądowym, np. 400A. Cęgami obejmujemy jeden z przewodów prądowych prowadzących do akumulatora. Wykonując test w warunkach hamowni jesteśmy w stanie zobaczyć kiedy prąd przepływa do akumulatora, ładując go, a kiedy dodatkowa moc jest transferowana do silnika elektrycznego, który wspomaga silnik spalinowy.
Konkretny sposób serwisowania danego samochodu z napędem hybrydowym typu miękka hybryda zależy od wersji systemu. Tych na rynku nie brakuje, a producenci opracowują nowe generacje układów różniące się technologią i możliwościami. Rozpatrując układy typu 48V zawsze należy odnosić się do procedur serwisowych konkretnych samochodów.
DeltaTech Electronics to polski producent i ekspert w branży automotive, który na bazie ponad 25 lat doświadczenia wyznacza trendy w innowacyjnej diagnostyce samochodowej.
To, co nadaje rytm naszej pracy, to wsłuchiwanie się w potrzeby klientów oraz śledzenie aktualnych problemów, z którymi mierzą się warsztaty samochodowe. Owocem tego jest oferta skrojona idealnie „na miarę” ich oczekiwań.
Cały cykl życia produktów od momentu projektowania rozwiązań, poprzez produkcję, kontrolę jakości i opiekę posprzedażową odbywa się w Firmie. Jakość tego procesu dokumentują liczne nagrody branżowe.
Naszą dumą jest szybkie wsparcie techniczne, polska jakość oraz setki zadowolonych klientów. Firma współpracuje z kluczowymi dystrybutorami w branży motoryzacyjnej.