luni, 20 februarie 2012

Scurt ghid despre automobile hibride

La lansarea primelor modele BMW ActiveHybrid, am descoperit surprins că modelele hibride erau privite cu multă neîncredere: "Cum adică e hibrid dar merge doar 3 kilometri în modul electric?! Păi la ce mai e bun? Motorul ală electric e o porcărie!" Deruta generală a continuat cu o reclamă a unui constructor francez care anunţa tehnologie hibridă pe un model care nu avea nici măcar motor electric: "Ce naiba se întâmplă aici? Ce hibrid mai e şi ăsta? Îşi bat joc de noi?"

Lucrurile s-au schimbat ceva de atunci (au trecut deja doi ani) şi confuzia hibrid-electric nu mai este atât de prezentă. Cu toate astea, neclaritatea persistă, alimentată de termeni ameţitori inventaţi de oameni zeloşi de marketing: "micro-hybrid", "auto start-stop cu tehnologie hibrid","regenerarea energiei de frânare". Oricine vrea să exclame "WTF!" la întâlnirea cu aceste cuvinte, are tot dreptul...



De mult planificam revenirea mea pe blog cu nişte explicaţii de pretins specialist şi, încurajat şi de iniţiativa didactică a lui Zvoner, mă pun pe scris:

Ce dracu e un automobil hibrid? 

În primul rând, secretul e ascuns în cuvânt. "Hibrid" înseamnă combinaţia a două chestiuni, în cazul nostru a două forme de propulsie. Cea mai întâlnită formă este combinaţia motor ardere internă cu unul sau mai multe motoare electrice. Dar ne putem imagina şi alte combinaţii, deşi nu cred că au existat niciodată în practică: abur-benzină, hidrogen-benzină.

În al doilea rând, secretul constă în a înţelege problema rezolvată de hibrid. Nu, hibridul nu este o soluţie tehnologică intermediară pentru că nu avem tehnologia pentru un electric adevărat. Problema era alta: la frânare, tot combustibilul consumat pentru accelerarea prealabilă era irosit. Cu alte cuvinte "ardeam gazul de pomană".

Soluţia problemei a  fost simplă - în loc de o frânare prin frecare (plăcuţe-disc), facem o frânare cu un generator electric. Rezultatul - energia de mişcare (cinetică) este transformată în energie electrică. Imaginaţi-vă un dinam gigantic de bicicletă (pentru pasionaţii sportului), când îl lipesc de roată, bicicleta frânează.

Cu alte cuvinte, elementul distinctiv la un model "hibrid", aşa cum le găsim pe piaţă, nu este motorul electirc. Este posibilitatea de a frâna cu un generator electric. Generatorul poate fi folosit foarte simplu şi ca motor electric când parcurgem acelaşi ciclu invers - energia electrică este transformată în energie cinetică - mişcare.


O primă clasificare a modelelor hibride se poate face după cât de "influent" este motorul electric:
- full hybrid, motorul electric poate propulsa singur automobilul (Toyota Prius sau BMW Seria 5 ActiveHybrid)
- mild hybrid, motorul electric doar susţine deplasarea alături de cel cu ardere internă (Mercedes S Classe Hybrid)
- micro-hybrid - nu există un motor electric, dar există conceptul de "frânare cu generator electric", aşa-numita "brake energy recuperation/regeneration".

Şi se mai poate face o doua clasificare, după legătura între cele două tipuri de motoare şi roţi:
- hibrid paralel, ambele tipuri de motoare pot antrena roţile (şi apoi avem full, mild etc.)
- hibrid serie, motorul cu ardere internă nu antrenează roţile, antrenează un generator care produce electricitate pentru un alt motor electric. Pare o scărpinare foarte complicată la urechea nepotrivită, dar sistemul are succes cu Chevy Volt şi Opel Ampera.  Sistemul "hibrid serie" descrie conceptul de "range extender", adică creşterea autonomiei motorului electric cu un motor cu ardere internă.
- pentru rigurosi, exista si "two-mode hybrid", care reuneşte primele 2 categori într-un singur sistem.

Mai trebuie să înţelegeţi o expresie complicată şi sunteţi aproape gata cu suferinţa: "brake energy recuperation/regeneration". Nici ăsta nu este ce pare.
Trebuie să ştiţi că orice maşină "normală" are baterie şi are un generator (pe care mecanicul auto îl numeşte alternator). Acest "generator" este cuplat permanent la motor şi consumă din puterea motorului pentru a încărca permanent bateria (baterie care porneşte maşina şi care alimentează toate cele electrice din maşina - faruri, radio, ştergătoare). Soluţia modernă este simplă - pe accelerare decuplez alternatorul, pentru a avea mai multă putere de la motor, la roţi. Pe frânare încarc rapid bateria. Aşa am mai multă putere pe acceleraţie şi un consum mai mic.
Pretenţios, pentru ca beneficiu să fie impresionant pentru client, asta se numeşte  "brake energy regeneration".  Secretul nu este să am un generator (care oricum există), ci cum şi când îl folosesc.

Şi încheiem cu o altă informaţie "surprinzătoare". Motor electric există pe orice maşină modernă de mai bine de 50 de ani. El este numit "starter", "demaror" sau "electromotor". Rolul lui este să imprime primele rotaţii motorului, pentru pornire. Fără "demaror", maşina pornea "la manivelă", ca aici: 

Doar o ultimă explicaţie: sistemul Auto Start-Stop, care te ajută să nu consumi combustibil inutil când stai la semafor, de exemplu. Porblema este că tot on-off-ul ăsta solicită mult demarorul care poate ceda. Modelele hibrid paralel (am învăţat ceva astăzi), pot folosi motorul electric din sistem pentru pornirea celui cu ardere internă - este mai lin, mai simplu şi mai rapid (ai nevoie să proneşti repede, atlfel de claxonează agitaţii cu Dacii Papuc, şoferii de taxii sau vitejii în training). Înlocuirea demarorului clasic, cu motorul electric mai puternic justifică termenul "Auto Start-Stop cu tehnologie hibrid".


Mai sunt doar câteva secrete "murdare" despre modelele hibrid pe care trebuie să le luaţi în calcul. În primul rând nu suntem încă în stare să construim baterii eficiente. Oricine a mers cu încărcătorul de telefon în buzunar pentru că bateria începuse să se descarce în 30 de minute, ştie la ce mă refer. Bateriile folosite pentru hibride şi automobile electrice sunt cu ioni de litiu, aşa cum se folosesc pe laptop-uri şi telefoane mobile moderne.

Bateriile sunt relativ grele şi, alături de motor, îngreunează mult automobilul. Asta înseamnă că un model hibrid este, de cele mai multe ori, mai puţin eficient decât unul clasic în afara oraşului, acolo unde nu mai "beneficiază" de frânări repetate. Soluţii încep însă să apară, printr-un management foarte inteligent al sistemului, şi BMW Seria 5 ActiveHybrid începe să anunţe câteva idei interesante.

Până la urmă, tehnologic, modelele hibride fac totuşi trecerea la cele electrice. O parte din tehnologiile care se regăsesc şi sunt dezvoltate pentru hibride sunt preluate uşor la electrice: bateriile, motoarele sau frânarea cu generare de energie electrică. Avantajul este că se implementează mai repede şi în volume mai mari pe modelele hibride pentru a atinge un "economy of scale".

Dar despre asta, într-un episod viitor.