Υβριδικό Όχημα - Ορισμοί

Υβριδικό είναι, εξ’ ορισμού, κάτι που έχει δύο διαφορετικούς τύπους συστατικών, τα οποία ουσιαστικά έχουν την ίδια λειτουργία. Στην περίπτωση των υβριδικών οχημάτων υπάρχουν κάποιες συσκευές που βοηθούν στη λειτουργία τους. Η συσκευή συνήθως χρησιμοποιείται για την πρόωση, συνοδευτικά από μία άλλη συσκευή, συμβάλλοντας επίσης με μια προωθητική δύναμη, αλλά χρησιμοποιώντας μια άλλη πηγή ενέργειας και μέθοδο μεταφοράς. 

Οι δύο πηγές ενέργειας ενός υβριδικού οχήματος μπορούν να χωριστούν σε μία πρωτογενή και μία δευτερεύουσα. Η κύρια πηγή ενέργειας είναι η «αρχική» και συνήθως «ξαναγεμίζεται» χειροκίνητα (π.χ. με βενζίνη σε βενζινάδικο). Η δευτερεύουσα πηγή ενέργειας, ωστόσο, είναι συχνά μη οπτική στον οδηγό, γενικά ξαναγεμίζεται και αδειάζει αυτόματα από το ίδιο το όχημα. Συχνότερα, το μέρος της ενέργειας που από την αρχή προέρχεται από την πρωτογενή πηγή και στην ουσία θα χανόταν και δε θα αξιοποιούταν, βοηθάει στη συσσώρευση της ενέργειας της δευτερεύουσας πηγής.

Μέτρηση του βαθμού υβριδισμού

Όταν σχεδιάζεται ένα υβριδικό όχημα, υπάρχουν πολλοί σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Ένας από αυτούς είναι το μέγεθος του κύριου κινητήρα και των δευτερευόντων ηλεκτρικών μηχανών.

Επιπλέον πρέπει να υπολογιστεί ποια θα είναι η συνολική χωρητικότητα ισχύος και πώς πρέπει να διαιρείται η ισχύς μεταξύ των δύο. Αυτό ορίζεται ως «Βαθμός υβριδισμού» και είναι μία από τις πιο δύσκολες σχεδιαστικές μεταβλητές που πρέπει να καθοριστούν, καθώς μπορεί να καταναλώσει μεγάλες προσπάθειες ανάπτυξης (απαιτούνται πολλές προσομοιώσεις μέχρι το τελικό αποτέλεσμα).

Το δεύτερο μεγαλύτερο ζήτημα είναι το πως η ισχύς θα διαχειρίζεται και θα διαιρείται μεταξύ των πηγών που τελικά θα χρησιμοποιηθούν. Η διαχείριση της ισχύος είναι ένας από τους μεγαλύτερους ερευνητικούς τομείς των υβριδικών οχημάτων.

Η συνολική ισχύς του κινητήρα υπολογίζεται ανάλογα των απαιτήσεων για την επιτάχυνση του οχήματος και μπορεί εύκολα να προσομοιωθεί. Το δύσκολο όμως μέρος είναι να διανέμεται η μέγιστη ικανότητα ισχύος μεταξύ των υβριδικών πηγών ισχύος. Το σύστημα μετάδοσης της κίνησης ενός υβριδικού οχήματος θα κυριαρχείται ή από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης, ή  θα κυριαρχείται από μια ηλεκτρική μηχανή ή σε ειδικές περιπτώσεις θα κατανέμεται εξίσου.

Στην πρώτη περίπτωση, η κύρια προωθητική συσκευή θα είναι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης που σημαίνει ότι η ηλεκτρική μηχανή θα είναι πιθανώς πολύ λιγότερο ισχυρή και θα χρησιμοποιεί έναν σχετικά μικρό συσσωρευτή ενέργειας. Στη δεύτερη περίπτωση, η ηλεκτρική μηχανή θα κυριαρχεί και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης θα έχει μειωμένο μέγεθος. Πιθανώς να λειτουργεί ως διακοπτόμενη πηγή ενέργειας και ως φορτιστής της μεγάλης μπαταρίας μαζί με κάποιες δυνατότητες ενίσχυσης κατά τη λειτουργία της μέγιστης ισχύος.

Ένα ήπιο υβριδικό είναι το πρώτο βήμα από ένα συμβατικό όχημα, για να

γίνει ένα υβριδικό όχημα. Η υβριδική λειτουργικότητά του είναι συχνά πολύ περιορισμένη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι κατασκευαστές των αυτοκινήτων χρησιμοποιούν την ίδια έκδοση του αυτοκινήτου όπως θα ήταν πριν (ένα απλό

συμβατικό αυτοκίνητο), αλλά ελαφρώς τροποποιημένη (π.χ. μόνο με λειτουργία Start / Stop). Ως το πρώτο βήμα υβριδισμού στην ουσία είναι ένα συμβατικό όχημα με έναν υπερμεγέθη κινητήρα εκκίνησης. Το αυξημένο μέγεθος του κινητήρα εκκίνησης καθιστά δυνατή τη λειτουργία Start / Stop.

Η υποβοήθηση της ισχύος, είναι το δεύτερο βήμα της υβριδοποίησης που θέτει μεγαλύτερες απαιτήσεις στην απόδοση και τη λειτουργικότητα του αυτοκινήτου. Σε αυτόν τον τύπο υπάρχουν υψηλότερα επίπεδα αποθήκευσης ενέργειας και ισχύος, τα οποία στο τέλος αντιστοιχούν σε αύξηση της τάσης του ηλεκτρικού συστήματος. 

Το υβριδικό με τη λειτουργία της υποβοήθησης της ισχύος έχει την ίδια λειτουργικότητα με τα πιο προηγμένα ήπια υβριδικά, αλλά με υψηλότερη ικανότητα ισχύος. Ο ηλεκτρικός κινητήρας τοποθετείται συχνότερα μεταξύ του κινητήρα εσωτερικής καύσης και του κιβωτίου ταχυτήτων όπου και οι δύο μπορούν να θέσουν σε λειτουργία το αυτοκίνητο και να παρέχουν ροπή στους τροχούς αναλόγως (π.χ. λειτουργία συμπλέκτη). Τα πρώτα υβριδικά υποβοήθησης ισχύος στην αγορά δεν μπορούσαν να προωθήσουν το όχημα, χρησιμοποιώντας μόνο ηλεκτρική κίνηση, όπως η πρώτη έκδοση του Honda Insight. Από την άλλη πλευρά, λίγο αργότερα, τα υβριδικά με λειτουργίες πιο σύγχρονης υποβοήθησης, όπως το Honda Civic Hybrid 2006 πλησίαζε στο να είναι ένα πλήρες υβρίδιο. 

Η ικανότητα εξοικονόμησης καυσίμου ενός υβριδικού συστήματος υποβοήθησης ισχύος είναι υψηλότερη από τα ήπια υβριδικά συστήματα, λόγω της μεγαλύτερης ικανότητας ισχύος και της αυξημένης ευελιξίας. Επιπλέον, το ηλεκτρικό σύστημα ενός υβριδικού υποβοήθησης ισχύος έχει πιθανότατα χωρητικότητα ισχύος της μπαταρίας του πολύ μεγαλύτερη από αυτήν που χρησιμοποιείται στα ήπια υβρίδια.

Πλήρως υβριδικό αναφέρεται ως το αυτοκίνητο το οποίο περιλαμβάνει το τελευταίο βήμα της διαδικασίας υβριδοποίησης (επομένως και σχεδόν παρέχει λειτουργία μηδενικής εκπομπής ρύπων). Ένα πλήρες υβριδικό θα πρέπει να μπορεί να λειτουργεί αποκλειστικά με ηλεκτρική ισχύ, ισχύ μέσω του κινητήρα εσωτερικής καύσης ή συνδυασμό και των δύο. Συνήθως η λειτουργία αυτή βοηθά στην απόδοση (σε συνδυασμό με το περιβάλλον) της αστικής οδήγησης. 

Το Toyota Prius είναι ένα από τα παλιότερα και δημοφιλή παραδείγματα ενός πλήρους υβριδικού και η μπαταρία υψηλής τάσης του επιτρέπει να χρησιμοποιεί την ηλεκτρική του ενέργεια κατά την οδήγηση στην πόλη. Ένα πλήρες υβριδικό αυτοκίνητο θα πρέπει να έχει υψηλή ευελιξία στο υβριδικό σύστημα μετάδοσης κίνησης του καθώς και να υποστηρίζει πλήρως:

Όλες τις ηλεκτρικές λειτουργίες
Λειτουργία «αυτόματου πιλότου» όπως συνηθίζεται να αναφέρεται
ή «cruise mode» 2
Λειτουργία φόρτισης μπαταρίας (χωρίς πρόωση, δηλαδή σε
λειτουργία ρελαντί)
Λειτουργία υποβοήθησης της ισχύος (κατά την επιτάχυνση)

Τα «plug-in» υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (PHEV) προσφέρουν μια άμεση

λύση για τη μείωση των εκπομπών και τη χρήση καυσίμων εντός της τρέχουσας υποδομής των αυτοκινήτων. Στοχεύοντας τη βελτιστοποίηση των κινητήρων των «PHEV», έχει προταθεί μια πληθώρα στρατηγικών διαχείρισης της ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια έχει επεκταθεί αρκετά η παραγωγή τέτοιου είδους αυτοκινήτων από μια πληθώρα εταιρειών.

Ο ορισμός του «PHEV» είναι ένα πλήρες υβριδικό αυτοκίνητο με την πρόσθετη λειτουργικότητα της προφόρτισης μέσω μιας πρίζας σε συνδυασμό με μια αυξημένη χωρητικότητα της μπαταρίας. Ως αποτέλεσμα, η λειτουργία του «όλα ηλεκτρικά» είναι απαραίτητη και ένα τέτοιο αυτοκίνητο θέτει πολύ υψηλότερες απαιτήσεις στην ηλεκτρική απόδοση. 

Ένα «PHEV» μοιράζεται τα χαρακτηριστικά ενός συμβατικού υβριδικού αυτοκινήτου, που διαθέτει έναν ηλεκτροκινητήρα και συνήθως έναν εφεδρικό κινητήρα εσωτερικής καύσης. 

Τα PHEV έχουν το πλεονέκτημα μιας μεγάλης εμβέλειας οδήγησης, καθώς το καύσιμο παρέχει έναν δευτερεύων πόρο. Η σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο επιτρέπει ευκαιρίες όπως βοηθητικές υπηρεσίες, υποστήριξη ισχύος, παρακολούθηση της παραγωγής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και την ισορροπία φορτίου.