Hibrit Araçlar Nasıl Çalışır: Elektrik Motorlarını ve Benzinli Motorları Birleştirmek

ABD Enerji Bakanlığı'nın Alternatif Yakıtlar Veri Merkezi'ne (AFDC) göre, bir hibrit elektrikli araç (HEV), kıvılcım ateşlemeli bir benzinli motoru, bir akü grubundan güç alan bir veya daha fazla elektrik motoruyla birleştirir. Şarj edilebilir hibritlerin aksine, geleneksel bir hibritin aküsü bir elektrik prizinden şarj edilemez; sadece benzinli motor ve rejeneratif frenleme yoluyla doldurulur.

Ana bileşenler

AFDC, bir HEV güç aktarma organının temel parçalarını şöyle sıralıyor: bir içten yanmalı motor, bir elektrikli çekiş motoru, bir elektrikli jeneratör, bir çekiş akü grubu, akımı ve motor hızını düzenleyen bir güç elektroniği denetleyicisi, araç içi aksesuarlar için gerilimi düşüren bir DC/DC dönüştürücü ve hem motordan hem de elektrik motorundan gelen mekanik gücü tekerleklere ileten bir şanzıman.

İki güç kaynağı işi nasıl paylaşır

Fueleconomy.gov'a göre, benzinli motor ve elektrik motoru, her birinin ne kadar katkıda bulunacağına sürekli olarak karar veren aracın kontrol sistemi tarafından otomatik olarak yönetilir. Düşük hızlarda ve hafif hızlanmalarda, birçok hibrit tek başına elektrik motoruyla çalışabilir. Seyir hızında, yanmalı motor tipik olarak işin büyük kısmını yapar. Sert hızlanmalarda veya yokuşlarda motor ve elektrik motoru çıkışlarını birleştirebilir ve araç durduğunda motor kapanarak rölantide yakıt harcanmasının önüne geçilir.

Toyota'nın, hibrit serisinde kullandığı Hybrid Synergy Drive sistemine ilişkin resmi açıklaması bu mantığa somut bir örnek veriyor: Toyota, rölantide veya duraklamada 'her iki motorun da otomatik olarak kapatıldığını, böylece hiçbir enerjinin boşa harcanmadığını' söylerken, yokuşlarda veya sollama sırasında 'her iki motorun da maksimum performans sağlamak için aracı güçlendirdiğini' belirtiyor. Toyota ayrıca, kendi sisteminin, EV modunda sürücülerin egzoz emisyonu üretmeden, sadece elektrik gücüyle 50 km/sa'ya kadar hızlanmasına izin verdiğini söylüyor.

Rejeneratif frenleme: aksi halde kaybolacak enerjiyi geri kazanmak

Rejeneratif frenleme, bir hibritin aküsünü prize takmadan şarj etmesini sağlayan teknolojidir. Fueleconomy.gov, sistemin 'tekerleklerin ileri hareketini motoru çevirmek için kullandığını' ve bu sayede o enerjiyi geleneksel sürtünmeli frenler aracılığıyla tamamen ısı olarak dağıtmak yerine, hem elektrik ürettiğini hem de aracı yavaşlatmaya yardımcı olduğunu açıklıyor. AFDC, bir elektrikli jeneratörün frenleme yapan tekerleklerden enerji yakaladığını ve bunu çekiş aküsüne yönlendirdiğini doğruluyor.

Seri, paralel ve şarj edilebilir yapılandırmalar

Şarj edilebilir hibritlerin tümü aynı şekilde kablolanmaz. Fueleconomy.gov'un şarj edilebilir hibrit elektrikli araçlara (PHEV) ilişkin açıklaması, hem motorun hem de elektrik motorunun tekerleklere mekanik olarak bağlı olduğu ve onları doğrudan tahrik edebildiği paralel veya 'karma' PHEV'leri, sadece elektrik motorunun tekerlekleri çevirdiği ve benzinli motorun tek işinin o motora elektrik üretmek olduğu seri PHEV'lerden ayırıyor. Fueleconomy.gov, seri PHEV'lerin ayrıca genişletilmiş menzilli elektrikli araçlar (EREV) olarak da bilindiğini belirtiyor.

Şarj edilebilir hibrit elektrikli araçlar (PHEV'ler), aynı temel kavrama daha büyük, dışarıdan şarj edilebilir bir akü ekler. Fueleconomy.gov, PHEV'lerin 'tipik sürüş koşullarında petrol kullanımını önemli ölçüde azaltacak kadar elektrik depolayabildiğini' ve modele bağlı olarak geleneksel araçlardan kabaca %30 ila %60 daha az petrol kullandıklarını belirtiyor. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), PHEV'lerin bir benzin deposu ve içten yanmalı motorun yanı sıra hem bir akü hem de elektrik motoru taşıdığını ve 'benzin bir yakıt kaynağı olarak kullanıldığında egzoz emisyonu ürettiklerini' belirtiyor; bu da onları geleneksel benzinli arabalardan daha temiz yapıyor ancak akülü elektrikli araçlar gibi emisyonsuz olmalarını sağlamıyor.

İki kaynağı birleştirmek neden yakıt tasarrufu sağlar

AFDC, ikili güç aktarma organının, otomobil üreticilerinin karşılaştırılabilir geleneksel bir aracın gerektireceğinden daha küçük bir benzinli motor takmasına izin verdiğini açıklıyor; çünkü elektrik motoru, hızlanma veya yokuş tırmanma gibi gerektiği zamanlarda ek tork sağlayabiliyor. AFDC, bunun 'potansiyel olarak daha küçük bir motora izin verebileceğini' ve rejeneratif şarj, motor desteği ve azaltılmış rölanti kombinasyonunun performanstan ödün vermeden daha iyi yakıt ekonomisiyle sonuçlandığını belirtiyor. Toyota'nın kendi verileri bu etkiyi model düzeyinde gösteriyor: şirket, Auris Hybrid Synergy Drive modelinin yakıt tüketimini normal sürüşte 100 km'de 3,8 litre, CO2 emisyonunu da km başına 87 gram olarak listeliyor.