Samochody hybrydowe zyskują coraz większą popularność dzięki połączeniu silnika spalinowego z elektrycznym, co pozwala na zmniejszenie zużycia paliwa i emisji CO₂. W tych pojazdach kluczową rolę odgrywają akumulatory, które magazynują energię elektryczną i zasilają silnik elektryczny. Różne typy hybryd wykorzystują różne technologie akumulatorów, dostosowane do ich potrzeb i specyfiki pracy. W tym artykule omawiamy, jakie akumulatory są stosowane w samochodach hybrydowych oraz ich cechy i zalety.
1. Rodzaje akumulatorów w samochodach hybrydowych
W samochodach hybrydowych stosuje się głównie trzy rodzaje akumulatorów:
a) Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH)
Akumulatory NiMH były jednymi z pierwszych stosowanych w samochodach hybrydowych. Są cenione za swoją niezawodność i wytrzymałość.
Cechy akumulatorów NiMH:
- Wysoka odporność na cykle ładowania i rozładowania.
- Bezpieczne użytkowanie dzięki stabilnej chemii ogniw.
- Większa waga i mniejsza gęstość energii w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi.
Zastosowanie:
- Powszechne w starszych modelach hybryd, takich jak Toyota Prius pierwszych generacji.
b) Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)
Akumulatory Li-ion to obecnie najczęściej stosowana technologia w nowych samochodach hybrydowych. Dzięki wysokiej gęstości energii i lekkości pozwalają na lepsze osiągi i większą wydajność.
Cechy akumulatorów Li-ion:
- Wysoka gęstość energii, co pozwala na mniejsze i lżejsze akumulatory.
- Szybsze ładowanie i wyższa wydajność w porównaniu z akumulatorami NiMH.
- Większa wrażliwość na ekstremalne temperatury, wymagająca zaawansowanego systemu zarządzania termicznego.
Zastosowanie:
- Nowoczesne hybrydy plug-in (PHEV) oraz standardowe hybrydy (HEV).
- Popularne w modelach takich jak Hyundai Ioniq, Toyota RAV4 Hybrid czy Honda CR-V Hybrid.
c) Akumulatory litowo-polimerowe (LiPo)
Litowo-polimerowe akumulatory to odmiana akumulatorów litowo-jonowych, ale z zastosowaniem polimerowego elektrolitu, co pozwala na bardziej elastyczne kształty ogniw.
Cechy akumulatorów LiPo:
- Lekkość i możliwość dostosowania kształtu akumulatora do przestrzeni w pojeździe.
- Podobna wydajność do akumulatorów Li-ion.
- Większa podatność na uszkodzenia mechaniczne i przegrzewanie.
Zastosowanie:
- Głównie w pojazdach, gdzie liczy się optymalizacja przestrzeni i masa.
2. Dwa typy akumulatorów w samochodach hybrydowych
Samochody hybrydowe wykorzystują dwa rodzaje akumulatorów:
a) Akumulatory wysokonapięciowe (trakcyjne)
To główne źródło energii dla silnika elektrycznego. Magazynują energię odzyskiwaną podczas hamowania rekuperacyjnego i dostarczają ją podczas jazdy.
Cechy:
- Wysokie napięcie, od 100 V do ponad 400 V, w zależności od modelu pojazdu.
- Wykonane z ogniw NiMH, Li-ion lub LiPo.
b) Akumulatory 12-woltowe (niskonapięciowe)
Służą do zasilania standardowych systemów elektrycznych w pojeździe, takich jak oświetlenie, radio czy komputer pokładowy.
Cechy:
- Tradycyjny akumulator kwasowo-ołowiowy lub AGM.
- Kompatybilny z systemami hybrydowymi, ale działa niezależnie od akumulatora trakcyjnego.
3. Rola akumulatorów w różnych typach hybryd
a) Hybrydy równoległe (HEV)
W tych pojazdach akumulatory wspierają silnik spalinowy podczas jazdy, ale nie pozwalają na jazdę wyłącznie na energii elektrycznej przez dłuższy czas.
Zastosowanie akumulatorów:
- Wspomaganie przyspieszania.
- Magazynowanie energii z hamowania rekuperacyjnego.
b) Hybrydy plug-in (PHEV)
Hybrydy plug-in mają większe akumulatory trakcyjne, które umożliwiają jazdę wyłącznie na energii elektrycznej przez dystans od 30 do 100 km.
Zastosowanie akumulatorów:
- Magazynowanie energii z sieci elektrycznej i jazda na trybie EV.
- Współpraca z silnikiem spalinowym przy wyczerpaniu energii.
c) Hybrydy szeregowe
Silnik spalinowy w tych pojazdach działa jako generator energii dla akumulatora, który zasila wyłącznie silnik elektryczny.
Zastosowanie akumulatorów:
- Główne źródło energii dla napędu.
4. Jakie cechy powinien mieć akumulator do samochodu hybrydowego?
- Wysoka liczba cykli ładowania i rozładowania
Akumulatory w hybrydach pracują intensywnie, dlatego muszą być trwałe i odporne na wielokrotne cykle. - Lekkość i kompaktowe wymiary
Hybrydy wymagają akumulatorów o niewielkich rozmiarach, które nie obciążają zbytnio pojazdu. - Efektywność energetyczna
Wysoka wydajność jest kluczowa dla maksymalizacji zasięgu i oszczędności paliwa. - System zarządzania termicznego
Wbudowane systemy chłodzenia i ogrzewania zapewniają optymalną pracę akumulatora w różnych warunkach atmosferycznych.
5. Przykłady zastosowań technologii akumulatorów w hybrydach
- Toyota Prius: Stosuje akumulatory NiMH w starszych modelach i Li-ion w nowszych.
- Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid: Wykorzystuje zaawansowane akumulatory Li-ion o wysokiej wydajności.
- BMW i3 (REx): Stosuje akumulatory Li-ion w połączeniu z generatorem spalinowym w wersji hybrydowej.
Podsumowanie
Samochody hybrydowe wykorzystują głównie akumulatory NiMH i Li-ion, a wybór technologii zależy od typu hybrydy i jej zastosowania. Nowoczesne hybrydy coraz częściej sięgają po akumulatory litowo-jonowe ze względu na ich lekkość, wysoką gęstość energii i wydajność. Przy wyborze pojazdu hybrydowego warto zwrócić uwagę na rodzaj akumulatora, ponieważ wpływa on na zasięg, wydajność i całkowity koszt eksploatacji.