Elektromobilność

Serwis niezależny, aby sprostać wymogom obsługi pojazdów hybrydowych, musi posiadać przeszkolony personel oraz dysponować wiedzą obejmującą zasady działania tego rodzaju źródła napędu. Inwestycja w ten specyficzny obszar usług może być jednym ze sposobów zwiększenia rentowności warsztatu, zważywszy iż praktycznie każdy producent samochodów posiada modele z napędem hybrydowym.

Generalnie termin „napęd hybrydowy” odnosi się do wykorzystania dwóch źródeł napędu pojazdu, charakteryzujących się zróżnicowanym działaniem. Praktycznie jest on realizowany poprzez zastosowanie silnika spalinowego współpracującego z silnikiem elektrycznym. Sam silnik elektryczny, nazywany też maszyną elektryczną, może pełnić funkcję rozrusznika, alternatora i silnika potrzebnego do napędu pojazdu. Dodatkowo w zależności od trybu jazdy samochód może być napędzany indywidualnie przez silnik spalinowy lub silnik elektryczny czy przez oba napędy czyli silnik spalinowy wraz z silnikiem elektrycznym. Z konstrukcyjnego punktu widzenia rozróżnia się następujące konfiguracje napędów hybrydowych:
Układ mikrohybrydowy, w którym nie realizuje się jazdy z napędem elektrycznym, a zespół elektryczny, czyli alternator i rozrusznik, wykonuje funkcję start-stop. Odzyskiwanie energii (tzw. rekuperacja) dokonywane jest w trakcie hamowania pojazdu. Odpowiednio skonstruowany akumulator o napięciu 12 V jest przystosowany do wielokrotnego uruchamiania i rozruchu silnika spalinowego.

Układ pełnej hybrydy pozwala na jazdę wykorzystującą sam napęd elektryczny lub spalinowy oraz oba rodzaje napędu równocześnie. Stosowanie takiego rozwiązania wymaga użycia silnika elektrycznego o znacznej mocy, który pracuje w różnych trybach zależnych od parametrów układu. Możliwe są wspomaganie silnika spalinowego i jazda z napędem elektrycznym przy założeniu ograniczenia zasięgu i prędkości jazdy.

Silnik spalinowy uruchamiany jest w momencie, gdy rozpoznane zostaną następujące stany: akumulator wysokowoltowy będzie zbytnio rozładowany, nastąpi nagłe przyspieszenie pojazdu, pojazd osiągnie dużą prędkości czy napęd elektryczny będzie podlegać większemu obciążeniu. Zastosowanie sprzęgła pozwala rozłączyć zarówno napęd elektryczny, jak i spalinowy. 
Dodatkowo pojazd wyposażony jest w funkcję start-stop oraz układ rekuperacji energii, która magazynowana jest w akumulatorze wysokowoltowym. W niektórych samochodach kierowca ma możliwość skorzystania z systemu zwiększenia mocy, tzw. E-Boost, gdzie układ pozwala na chwilowe wykorzystanie maksymalnej dostępnej mocy generowanej wspólnie przez silniki spalinowy i elektryczny.
Oświetlenie pojazdu oraz układ sterownia pracą jednostki napędowej zasilane są z 12-voltowego akumulatora, wyjątek stanowi kompresor klimatyzacji, który może wymagać źródła o napięciu 48 V.
Ponadto napędy w pełni hybrydowe możemy podzielić na trzy zasadnicze typy: równoległe, szeregowe i szeregowo-równoległe.

W napędzie hybrydowym równoległym silnik spalinowy, silnik elektryczny i automatyczna skrzynia biegów (zdjęcie poniżej) działają na wspólnym wale napędowym. Taka konfiguracja pozwala na wygodną adaptacje układu hybrydowego do istniejącej koncepcji napędu, wykorzystując podzespoły z napędu klasycznego. Moc całkowita układu stanowi sumę mocy silników spalinowego i elektrycznego.

W układzie napędu hybrydowego typu szeregowego napęd pojazdu realizowany jest za pośrednictwem silnika/generatora elektrycznego. Silnik spalinowy nie może bezpośrednio napędzać pojazdu, gdyż jego rolą jest transfer momentu obrotowego do alternatora, który ładuje akumulator wysokowoltowy. W sytuacji gdy akumulator wysokowoltowy zaczyna być nadmiernie rozładowywany, elektronika układów sterowania mocą włącza silnik spalinowy, który zapewnia napęd alternatora, dzięki czemu rozpoczyna się proces ładowania akumulatora wysokowoltowego, co umożliwia jazdę za pośrednictwem silnika elektrycznego.
Konstrukcja napędu hybrydowego w układzie szeregowo-równoległym pozwala na transfer momentu obrotowego z silnika spalinowego oraz silnika/generatora elektrycznego do przekładni planetarnej, a następnie do skrzyni biegów. Moc generowana z tych źródeł napędu jest wykorzystywana do napędu pojazdu oraz pozwala naładować akumulator wysokowoltowy. Silniki elektryczny i spalinowy zabudowane są na przedniej osi pojazdu.
Zastosowanie silnika/generatora elektrycznego w wymienionych układach pozwoliło na zrezygnowanie z takich podzespołów pojazdu, jak alternator i rozrusznik, oraz dodatkowo na wyeliminowanie zespołu przekładni pasowej niezbędnej do napędu klasycznego alternatora. Pomimo to napęd hybrydowy to skomplikowany układ zawierający zaawansowane systemy elektroniczne współpracujące z podzespołami mechanicznymi. Napięcie generowane przez silnik elektryczny, wykorzystywany do napędu hybryd w układzie równoległym, osiąga zwykle wartość 288 V, co stanowi realne zagrożenie dla zdrowia i życia personelu, który będzie serwisował tego typu pojazdy. Należy zdać sobie sprawę, iż wartości napięcia, które są uznawane za niebezpieczne dla ludzkiego zdrowia, określone są na pułapie już 60 V przy prądzie stałym oraz 25 V dla prądu przemiennego. Właśnie dlatego bardzo ważne jest odpowiednie przeszkolenie pod kątem prac związanych z układami elektronicznymi w zakresie do 1 kV.
Oczywiście napędy hybrydowe są konstruowane z uwzględnieniem zasad bezpieczeństwa, które chronią zarówno kierującego, pasażerów, jak i personel obsługi serwisowej. Przewody instalacji wysokonapięciowej standardowo oznaczane są kolorem pomarańczowym (zdjęcie powyżej), co ma jednoznacznie odróżniać je od przewodów zwykłej instalacji elektrycznej.
Dodatkowo przewody instalacji wysokiego napięcia zabezpieczone są przed przypadkową zmianą biegunowości i nieprawidłowym wpięciem do złącz. Specjalny system nadzoru ciągłości obwodów wysokiego napięcia monitoruje instalację i w przypadku gdy jakikolwiek z podzespołów instalacji wysokowoltowej zostanie odłączony, to następuje natychmiastowe wyłączenia napięcia tej sieci. Sercem systemu jest elektroniczny moduł mocy zawierający w swojej obudowie szereg elementów sterujących napędem elektrycznym oraz podzespoły instalacji wysokowoltowej (zdjęcie powyżej)
Moduł pełni również rolę przetwornika energii napędu elektrycznego, realizując liczne funkcje mające na celu sterownie, monitorowanie i zabezpieczenie napędu hybrydowego pojazdu.

Tekst i fot. Mariusz Leśniewski
Artykuł pochodzi z Nowoczesnego Warsztatu