TOYOTA: CZTERY RODZAJE ZELEKTRYFIKOWANYCH NAPĘDÓW

By
Redakcja
– 17 września 2022Opublikowany w: ECO

Do czego służy bateria w każdym z czterech rodzajów zelektryfikowanych napędów?

Bateria trakcyjna to podstawa każdego zelektryfikowanego napędu. Znajduje się w klasycznych hybrydach, hybrydach plug-in i autach elektrycznych, a nawet w samochodach wodorowych zasilanych ogniwami paliwowymi, ale jej rola w każdej z tych konstrukcji jest nieco inna.

Zobacz także:

PEUGEOT: OD 2023 R. MODELE 308 I 308 SW BĘDĄ TAKŻE W 100% ELEKTRYCZNE

ROZMAITOŚCI

 

Historia baterii trakcyjnych i silników elektrycznych w seryjnych samochodach zaczęła się w 1997 roku wraz z debiutem hybrydowego Priusa. Od samego początku był to bardzo zaawansowany układ napędowy, oparty na współpracy silnika benzynowego z elektrycznym i z drugim motorem elektrycznym pełniącym głównie rolę generatora. Ich pracą zarządza jednostka sterująca PCU za pomocą jedynej w swoim rodzaju przekładni planetarnej. Energia produkowana przez generator, która nie jest od razu wykorzystywana, trafia do baterii.

Współczesne hybrydy czwartej i piątej generacji działają na tej samej zasadzie, choć każdy element układu jest znacznie mniejszy, lżejszy i bardziej wydajny, a oprogramowanie tak steruje całością, aby jak najczęściej korzystać wyłącznie z bezemisyjnego silnika elektrycznego.

Hybrydy piątej generacji – tu postawiono na moc i radość z jazdy

Piąta generacja napędu hybrydowego została zaprojektowana pod kątem większej mocy, dynamiki i radości z jazdy. Moc układu 1.8 wzrosła ze 122 KM do 140 KM, a układ z silnikiem 2.0 zamiast 184 KM ma teraz 196 KM mocy. Dzięki temu Corolla 2023 z nowym układem hybrydowym 1.8 rozpędzi się do setki w 9,2 s, czyli o 1,7 s szybciej niż model z 2022 roku. Mocniejszej wersji Corolli sprint do setki zajmie 7,5 s. Lepsze osiągi to m.in. zasługa udoskonalonej baterii litowo-jonowej, która jest nie tylko mniejsza i lżejsza (nawet o 18 kg), ale także mocniejsza i bardziej wydajna.

Hybrydy – auta z baterią trakcyjną, ale bez wtyczki

W latach 90. ani baterie ani systemy ładowania nie były tak wydajne jak dzisiaj, zatem samochód ładowany z gniazdka nie był praktyczną opcją. Mimo to Toyota zdecydowała, że wprowadzi na rynek zelektryfikowane auto, jednak zaproponowała zupełnie inne rozwiązanie – samochód spalinowo-elektryczny zdolny do jazdy w bezemisyjnym trybie elektrycznym, który ładował baterię trakcyjną podczas jazdy, odzyskując energię z hamowania. W konwencjonalnych samochodach energia kinetyczna pojazdu jest marnowana podczas wytracania prędkości, dlatego jej zmagazynowanie i ponowne wykorzystanie obniża zużycie paliwa.

Dodatkowym źródłem energii w samochodzie hybrydowym Toyoty jest system optymalizacji pracy silnika spalinowego, który utrzymuje go w najkorzystniejszym zakresie obrotów. Silnik spalinowy napędza koła, ale nadmiar energii jest gromadzony w baterii. To wpływa na obniżenie spalania i mniejsze zużycie silnika.

Dostarczanie energii do silnika elektrycznego napędzającego samochód to podstawowa, ale nie jedyna funkcja baterii. Czerpią z niej energię również wszystkie urządzenia pokładowe – od elektrycznej regulacji szyb i lusterek po multimedia, klimatyzację i systemy bezpieczeństwa czynnego. Dzięki temu kierowca może korzystać z klimatyzacji czy radia podczas dłuższego postoju bez włączania silnika spalinowego.

Przez 25 lat obecności na rynku hybrydy Toyoty udowodniły swoją trwałość i niezawodność. Dotyczy to również baterii, które zostały tak zaprojektowane, by zachować sprawność przez cały okres eksploatacji samochodu. Obok zaawansowania technicznego i precyzji wykonania wpływ na długowieczność ogniw bateryjnych ma zapewnienie im optymalnych warunków pracy podczas użytkowania. Po pierwsze, system chłodzenia i ogrzewania utrzymuje akumulator w optymalnej temperaturze. Trwałość baterii zapewnia także ładowanie jej tylko w zakresie 20-80%.

Unikatowym rozwiązaniem w technologii hybrydowej Toyoty jest konwerter, który podnosi napięcie elektryczne do wartości wymaganej przez mocny silnik elektryczny. To powoduje, że napięcie baterii trakcyjnej może być nawet trzy razy mniejsze od napięcia silnika. Na przykład w układzie hybrydowym 1.8 czwartej generacji pracuje motor elektryczny o mocy 53 kW i napięciu 600 V, do którego zasilania dzięki użyciu konwertera wystarcza bateria o napięciu zaledwie 202 V. To pozwala zastosować dużo mniejszą i lżejszą baterię, a jednocześnie silnik może pracować przy niższym natężeniu prądu, co przekłada się ograniczenie strat energii.

Hybryda plug-in – 306 KM mocy dzięki dużej baterii

Kiedy RAV4 w wersji Plug-in Hybrid pojawił się na rynku, jego moc okazała się dużym zaskoczeniem. 306 KM to aż o 84 KM więcej niż RAV4 Hybrid AWD-i. Jednocześnie jednak moc poszczególnych silników się nie zmieniła w porównaniu z klasyczną wersją hybrydową. Różnica ta to efekt dużo większej i mocniejszej baterii o pojemności aż 18,1 KWh.

Kiedy RAV4 Plug-in Hybrid zadebiutował na rynku, wielu komentatorów zastanawiało się, czy nowy model utrzyma moc powyżej 300 KM, jeśli bateria zostanie rozładowana. Doświadczenie pokazuje, że poziom naładowania akumulatora nie ma wpływu na moc generowaną przez napęd. To dlatego, że bateria utrzymuje przynajmniej 17-20% swojej pojemności, aby nawet po tzw. rozładowaniu miała zmagazynowane dwa razy więcej energii niż naładowana do pełna bateria w hybrydowym odpowiedniku. Dzięki temu zawsze jest gotowa dostarczyć silnikom elektrycznym wystarczająco dużą moc, aby samochód był tak samo szybki i zrywny jak z w pełni naładowaną baterią i znacznie dynamiczniejszy od standardowego RAV4 Hybrid.

Hybryda plug-in Toyoty ma jeszcze jeden atut, który wynika z tego, że jej konstrukcja opiera się na pełnym układzie hybrydowym. Kiedy prąd naładowany z zewnątrz się wyczerpie, auto nadal pozostaje superoszczędne, gdyż pracuje w trybie klasycznej hybrydy. Energia odzyskiwana z hamowania, magazynowana w dużej baterii pozwala równie często poruszać się na samym silniku elektrycznym jak w każdej innej hybrydzie marki.

Samochód elektryczny – nawet 500 km zasięgu i 6,9 s do setki

W samochodach elektrycznych bateria jest jedynym źródłem zasilania. Polega na niej w stu procentach zarówno silnik, jak i wszystkie systemy i urządzenia na pokładzie. Dlatego duże znaczenie dla realnego zasięgu samochodu ma zużycie energii przez urządzenia pokładowe. Klimatyzacja w samochodach zwykle pobiera bardzo dużo energii, jednak trudno z niej zrezygnować tylko dlatego, że jedziemy samochodem elektrycznym. W Toyocie bZ4X klimatyzacja, podobnie jak system chłodzenia i ogrzewania baterii, opiera się na pompie ciepła, która zużywa nawet 6 razy mniej energii niż tradycyjna elektryczna nagrzewnica. Aby skutecznie utrzymywać baterię w odpowiedniej temperaturze, Toyota zastosowała chłodzenie cieczą, co jest rozwiązaniem prawie niespotykanym, ale bardzo wydajnym.

W modelu Toyota bZ4X bateria litowo-jonowa o dużej gęstości energii mieści do 71,4 kWh. Auto w wersji z napędem na przód z baterią naładowaną do pełna ma zasięg do 516 km i wydajność na poziomie 143,2 Wh/km (7 km/kW). Wersja z napędem na cztery koła pokona do 470 km przy 158 Wh/km (6,3 km/kW). Bardzo duży zasięg wynika nie tylko z pojemności baterii i wydajności napędu. Toyota sięgnęła też po takie rozwiązania jak system hamowania rekuperacyjnego oraz opcjonalna bateria słoneczna na dachu, która w słonecznym klimacie wydłuży zasięg auta o dodatkowe 1800 km rocznie.

Bezemisyjna elektrownia i magazyn energii w jednym samochodzie

W samochodach wodorowych takich jak Toyota Mirai głównym źródłem zasilania silnika elektrycznego są wodorowe ogniwa paliwowe. To supernowoczesne urządzenie produkuje prąd w reakcji wodoru i tlenu, której jedynym produktem ubocznym jest woda. Mirai otrzymał także baterię o pojemności i funkcji takiej samej jak w hybrydach. To dzięki niej urządzenia pokładowe działają nawet przy wyłączonym silniku, bez zużywania wodoru, korzystając z energii odzyskanej przy hamowaniu. Prąd z baterii trafia też do silnika, wspomagając ogniwa paliwowe.

Bateria trakcyjna w Toyocie Mirai pochodzi z Lexusa LS 500h. Akumulator litowo-jonowy zastąpił baterię niklowo-wodorkową z poprzedniej generacji Mirai. Jest mniejszy, bardziej energooszczędny i wydajny. Jego masa została zmniejszona z 46,9 do 44,6 kg, a maksymalna moc wzrosła po ponad 20%. Mniejsze wymiary baterii pozwoliły przenieść ją za oparcie tylnej kanapy, gdzie nie ogranicza miejsca w kabinie ani w bagażniku.