Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 217

Hybridní pohon

Hybridní pohon označuje kombinaci několika zdrojů energie pro pohon jednoho dopravního prostředku či stroje. Nejčastějším typem je kombinace spalovacího a elektrického motoru. Existují i jiné varianty jako parní pohon v kombinaci s elektrickým nebo plynová turbína s elektromotorem. Hybridní pohony mohou využívat také pouze elektrickou energii – kombinace energie z trakčního vedení a z akumulátoru. Za hybrid bychom mohli považovat i jízdní kolo vybavené motorkem – kombinace lidské síly s energií spalovacího motoru. Nejčastěji se však hybridního pohonu využívá v silniční a železniční dopravě.

Fotogalerie (3)
Hybridní motor od firmy Toyota (zdroj: Wikipedia.cz)

Proč hybridní pohon?

Cílem je využít výhody jednotlivých zdrojů energie a zároveň eliminovat jejich nevýhody. Výhodou spalovacího motoru je vysoká hustota energie uchované v palivu – na 100 ujetých km spotřebuje běžný osobní automobil 4–10 litrů benzínu či nafty (40 litrová nádrž vydrží na 400–1000 km jízdy). Dále dostupnost infrastruktury – benzínových pump, u kterých je možné během chvilky doplnit energii k ujetí dalších stovek kilometrů. To elektromobily nedokáží – nabíjení akumulátorů trvá řádově hodiny a veřejná infrastruktura pro nabíjení automobilů také v podstatě neexistuje. Navíc akumulátory jsou velmi drahé a dojezd elektromobilů je často výrazně kratší než u konvenčních aut na benzín a naftu. Naproti tomu elektromotor umí využít energii při brzdění, kdy motor funguje jako generátor a vyrábí elektrickou energii, kterou může uložit do akumulátorů, čehož se využije především v městském provozu. Vysoká účinnost elektromotoru (až 90 %) a velký točivý moment při nízkých otáčkách je výhodou při rozjezdech. Nesporné jsou i ekologické přínosy elektrického pohonu, který při svém provozu nevytváří emise a je také tišší než spalovací motory.

Technické řešení

Klasická hybridní vozidla vždy obsahují spalovací motor, elektromotor, nádrž na benzín či naftu, palivo a chemické akumulátory (případně superkapacitory). Liší se však v zapojení jednotlivých motorů a celkovou účinností. Nejjednodušší řešení je tzv. micro-hybrid, kdy elektromotor spojený se spalovacím pomocí řemenu plní funkci startéru a generátoru. Při zastavení je vypnut hlavní motor, který se znovu automaticky spouští při rozjezdu. Tato funkce se nazývá „start and go“ a uspoří asi 6 % paliva. Toto řešení používají některé verze Citroenu C3 nebo Ford Fiesta.

Lepší variantou je tzv. mild-hybrid. Malý elektromotor je přímo v hnací větvi mezi spalovacím motorem a převodovkou. Oproti předchozímu řešení je elektromotor využíván častěji a přináší úsporu cca 20-40 % energie, stále však nemá dostatečný výkon k samostatnému pohonu vozidla. Mezi automobilky využívající tuto technologii patří Honda. Technologii nazývá IMA (Integrated Motor Assist) a setkat se s ní můžeme u vozu Honda Accord se spalovacím motorem o výkonu 176 kW podporovaným 12 kW elektrickým.
Třetí variantou je tzv. full-hybrid. Oproti předchozímu řešení má elektromotor o vyšším výkonu, který je sám schopen dodat automobilu dostatečný výkon po delší dobu. Díky tomu může mít spalovací motor nižší výkon. Akumulátory mají vyšší kapacitu a často se nemusejí spoléhat jen na nabíjení při brzdění (rekuperace), ale dají se nabít přímo z elektrické sítě. Toto řešení přináší ještě vyšší úsporu energie. Příkladem zmiňované varianty je Toyota Prius s 57 kW benzínovým motorem a 50 kW elektrickým.

Elektrický přenos výkonu

Předchozí řešení vždy využívala mechanického přenosu energie. Z motoru se pomocí řemenů, řetězů, hřídelí, spojky a převodovky přenášela mechanická energie na jednotlivá kola hnané nápravy. Existuje však jiné řešení. Spalovací motor pohání elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii, jež je přenášena do dalších elektromotorů (spolu s energií z akumulátorů), které přímo pohánějí danou nápravu nebo dokonce jednotlivá kola. Toto řešení, které neobsahuje převodovku ani spojku, umožňuje, aby spalovací motor pracoval v optimálních otáčkách (nezávisle na rychlosti vozidla) a tím zvyšuje efektivitu motoru i prodlužuje jeho životnost. Energie, která se ztratí mezi elektrickým generátorem a elektromotorem, je kompenzována úsporami mechanických ztrát. Řešení je vhodné zejména pro velké výkony – lokomotivy, lodě, velké nákladní automobily, kde se elektrického přenosu výkonu využívá již desítky let u klasického dieselového pohonu.

Nevýhody hybridů

Mohlo by se zdát, že hybridy jsou optimálním řešením. Mají však také své nevýhody. Předně, nejedná se o technologii, která by nás zbavila závislosti na fosilních palivech nebo byla bezemisní. Jedná se pouze o technické řešení zvyšující efektivitu provozu. Mezi další nevýhody patří vyšší hmotnost vozidla (díky akumulátorům a dvěma motorům), nutnost využití složité řídicí elektroniky, menší zavazadlový prostor, který zabírají akumulátory, a pochopitelně vyšší cena, která ospravedlňuje použití pouze ve specifických podmínkách (především v městském provozu nebo v nákladní dopravě). I přes tyto nevýhody se s hybridy budeme setkávat pravděpodobně čím dál častěji, neboť jiné technologie – vodíkové palivové články či elektromobily – jsou zatím stále v počátcích svého rozvoje.

Lukáš Rytíř
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Zapojte se do projektu Česká věda do Malého Tibetu – čas máte do konce ledna

Dopřát dětem ze školy Spring Dales Public School v tibetské vesnici Mulbekh, aby se učily pravidelně také vědy, to bylo cílem projektu Česká věda do Malého Tibetu. V létě bude dokončena nová budova s třídami-laboratořemi pro výuku fyziky, chemie, biologie a informačních technologií.

Arktida v plamenech

Obrovské přírodní požáry letos pustošily Arktidu - velké oblasti severského lesa od Sibiře, přes Aljašku a severní Kanadu, až po Grónsko a Skandinávii. Uvolnily v roce 2019 více CO2 než v kterýkoliv jiný rok v posledních dvaceti letech, kdy bylo zahájeno jejich satelitní sledování.

Ochrana před civilními drony

Drony všeho druhu jsou čím dál populárnější, až to leckde začalo vadit. Někde mohou být drony opravdu nebezpečné – například na letištích – jinde mohou nezvaně nahlížet svými kamerkami do soukromí lidí třeba opalujících se na balkonech v rouše Evině či Adamově.

Fyzikální soutěž Fyziklání 2020

Pozor, pozor, týmová soutěž pro fyzikální nadšence! Pokud jste středoškoláci a baví Vás fyzika či matematika, neváhejte složit až pětičlenný tým a přijít 14. 2. 2020 do Prahy zasoutěžit si a změřit síly se soupeři z celé Evropy!

Trh s bateriemi je závislý na několika zemích

Drtivá většina surovin na výrobu lithiových baterií pochází jen z několika zemí světa. Trh s akumulátory je tak závislý na dodávkách z Konga, Číny, Austrálie, Chile a Argentiny. Ceny vzácných kovů může ohrozit politická situace v těchto státech.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail