Sériové hybridy: Jak fungují a v čem se liší třeba od Toyoty Prius?

Většina hybridních automobilů, které se v současnosti prodávají, je takzvaně paralelní koncepce. Sériové uspořádání zatím zůstává stranou. Ale proč?

Paralelní hybrid, jejž reprezentuje například Toyota Prius, ale i většina ostatních hybridů, má možnost pohánět kola buď spalovacím motorem, nebo elektromotorem, popřípadě kombinací obou. Tzv. sériový hybrid (jinak také hybrid s prodlužovačem dojezdu) je jiný v tom, že kola pohání výhradně elektromotor a spalovací motor se v autě nachází pouze jako generátor elektrické energie. V sériovém hybridu tedy spalovací motor není vůbec mechanicky spojen s koly. K čemu je to dobré?

Mezi zadními koly BMW i3: vlevo trakční elektromotor, vpravo řez dvouválcem. V pozadí akumulátory

Toto řešení má hned několik výhod. Tak například spalovací motor může být umístěn kdekoliv ve vozidle, nemusí být totiž napojen na převodovku ani hnací hřídel. Tvoří tak kompaktní celek s elektrickým generátorem. Dále je spalovací motor konstruktéry optimalizován pro zcela jiný provoz než v klasickém autě. Nemusí totiž umět dobře pracovat v celém spektru otáček, ale je zaměřen na optimální efektivitu v jednom pracovním bodě. Nikdy se tak nestane, že by se motor „flákal“ pod nízkým zatížením, kdy je jeho provoz nejméně účinný. Také není potřeba, aby byl spalovací agregát moc výkonný, protože v momentě potřeby elektromotor použije energii uskladněnou v bateriích. V praxi tak mívají prodlužovače dojezdu maximální výkon jen okolo 35 kW.

Modelový příklad: prodloužení dojezdu o 250 km

Studie ukazují, že 85 % aut v Evropě denně nenajede více než 80 km. Jako výchozí model, výhodný z hlediska ekologie i ekonomie provozu, tedy zvolíme elektromobil schopný ujet na elektřinu 80 km. Ten tak pokryje většinu denních jízd. Co když je ale potřeba výjimečně dojet dál?

Má-li vůz zůstat elektromobilem, má konstruktér v podstatě jedinou reálnou možnost – zvětšit baterie. To s sebou nese nejen přidanou hmotnost, ale též výrazné zdražení z důvodu vysoké ceny akumulátorů, kdy se v současné době platí přibližně 7000 Kč/kWh. S přidanou hmotností též roste spotřeba energie, a tak dojezd přibývá pomaleji než kilogramy přidaných baterií. Pro náš modelový příklad by tedy prodloužení dojezdu o 250 kilometrů pomocí zvětšení kapacity baterií zdražilo vůz o 240 000 Kč.

Alternativou je přidání spalovacího motoru pro prodloužení dojezdu. Při jednorázovém navýšení hmotnosti o přibližně 150 kg a ceny vozu asi o 100 000 Kč pak maximální dojezd závisí už pouze na velikosti nádrže. Výhoda bezemisního provozu na většině tras tedy zůstává a k ní se přidává možnost cestovat bez obav na větší vzdálenosti s využitím stávající infrastruktury čerpacích stanic.

Sériové uspořádání má ale také řadu nevýhod. Zejména jsou to ztráty vlivem několikanásobné přeměny energie. Z toho vyplývá, že tato technologie se nehodí pro vozy často jezdící dlouhé mimoměstské úseky. Naopak pro použití ve městě s občasnými výlety na delší vzdálenost mohou být velmi zajímavé. V praxi je obecně sériový hybrid vlastně elektromobil zbavený nejistoty z vybití baterií. Podívejme se nyní na několik zástupců této kategorie podrobněji:

BMW i3 REx

BMW i3 pohání elektromotor o výkonu 125 kW, v nejnovější sportovní verzi i3s až 135 kW. V současnosti je v prodeji verze s 94Ah kapacitou, což odpovídá 27,2 kWh. Dojezd elektrické verze se v reálných podmínkách pohybuje okolo 200 km při průměrné spotřebě přibližně 13 kWh/100 km. Hlavním rozdílem verze s prodlužovačem dojezdu je přidání dvouválcového benzinového motoru o objemu 647 cm³ s výkonem 25 kW a točivým momentem 55 Nm při 4300 otáčkách za minutu. Díky nádrži na devět litrů paliva je schopný prodloužit dojezd vozu přibližně o 150 kilometrů. Dohromady spalovací motor, nádrž a generátor váží přibližně 120 kilogramů, zatímco elektromotor s bateriemi 285 kilogramů.

LEVC TX

Také nové londýnské taxi LEVC TX je sériový hybrid. Původní čistě britská firma LTI je nyní ve vlastnictví čínského Geely, a vývoj tohoto vozu proto probíhal v součinnosti s Volvem, jež patří do téhož koncernu. TX pohání elektromotor o výkonu 110 kW z baterie a prodlužovač dojezdu je 1,5litrový tříválcový benzinový turbomotor o výkonu 63 kW. Elektrický dojezd se má pohybovat okolo 100 km v reálném provozu a kombinovaný až kolem 600 km.

Přečtěte si také:

Nová generace Škody Octavia RS bude hybrid. Dočkáme se i elektrického eRS

Lotus Evora 414E

Evora 414E je sportovní sériový hybrid. Jde o koncept vyrobený především pro představení nově vyvinutého prodlužovače dojezdu. Jedná se o 1,2litrový zážehový tříválec o výkonu 37 kW při 3500/min, jenž vyniká vysokou tepelnou účinností. Celkově 414E disponuje kombinovaným dojezdem 480 kilometrů  a možností ujet čistě na elektřinu přes 50 km.

Nissan e-Power

Nissan spojil zážehový tříválec (vlevo) do jednoho celku s generátorem a trakčním elektromotorem (vpravo).

Nissan zvolil poněkud odlišný přístup ke konstrukci sériového hybridu. Jeho e-Power používá pouze malý akumulátor o skromné kapacitě 1,5 kWh, který vydrží maximálně na několik stovek metrů. Energii dodává trakčnímu elektromotoru o výkonu 80 kW benzinový tříválec s objemem 1,2 litru a výkonem 58 kW. Také se nenabíjí ze zásuvky, nýbrž výhradně spalováním benzinu. Přesto však dle tvrzení automobilky díky optimálnímu řízení spalovacího motoru poskytuje v městském provozu lepší efektivitu než čistě spalovací verze. Zatím je e-Power v prodeji jen v Japonsku, proto si na ověření slov automobilky budeme muset počkat.

Text: David Štěpán