Jakie są rodzaje napędów ekologicznych na rynku?

Kompaktowa przekładnia planetarna rozdziela moc między silnikiem benzynowym i elektrycznym, pozwalając na jednoczesne napędzanie kół i ładowanie akumulatora za pomocą generatora. Zastępuje klasyczną skrzynię biegów, zapewniając nieskończoną liczbę przełożeń dopasowanych do aktualnych warunków drogowych. Dzięki niej silnik elektryczny przekazuje maksymalny moment obrotowy na koła i odzyskuje energię z hamowania.

Lekki i niewielki akumulator hybrydowy Toyoty to bateria trakcyjna najnowszej generacji typu niklowo-wodorkowego (NiMH) lub litowo-jonowego (Li-ion). Nie wymaga ona ładowania, ponieważ proces ten zawsze odbywa się automatycznie podczas zwalniania i hamowania, a w razie potrzeby także za sprawą generatora przez silnik benzynowy.

Jednostka sterująca w układzie hybrydowym pełni kluczową funkcję przekaźnika prądu między akumulatorem a zespołem napędowym. Inwerter z konwerterem „boost” z jednej strony przetwarza energię mechaniczną pochodzącą z silnika elektrycznego na prąd stały do akumulatora, a z drugiej adaptuje napięcie dostarczane silnikowi elektrycznemu w celu zwiększenia wydajności. Możliwość zwiększenia napięcia z poziomu jednostki sterującej znacznie odciąża akumulator, który dzięki temu może być dużo lżejszy i mniejszy.

To prąd, a nie wysokie napięcie, jest nośnikiem ładunku i głównym źródłem ryzyka związanego z użytkowaniem instalacji elektrycznych. W celu zapewnienia bezpieczeństwa, a także ze względu na efektywność i trwałość napędu, natężenie prądu w układzie hybrydowym powinno być jak najmniejsze. Niski prąd gwarantuje mniejsze straty w uzwojeniu, a co za tym idzie – wolniejsze wyładowywanie baterii trakcyjnej. Dodatkowo niskie natężenie prądu ogranicza ryzyko przegrzania układu i usterek napędu hybrydowego, a także wymaga mniejszej średnicy przewodów w instalacji, co z kolei redukuje koszty i wagę układu.

Silniki elektryczne charakteryzują się wysokim momentem obrotowym dostępnym od samego startu. Aby jednak układ hybrydowy mógł nam towarzyszyć nie tylko w mieście, ale także w dłuższych trasach, pojazd powinien być wyposażony w silnik elektryczny o wysokiej mocy, który sprosta oporom zwiększającym się wraz z prędkością. Dodatkowo prędkość obrotowa takiego silnika powinna być wystarczająco duża, aby samochód mógł poruszać się w trybie bezemisyjnym, np. na drogach szybkiego ruchu.

Pełni funkcję serca układu hybrydowego, które pozwala na przepływ energii pomiędzy baterią trakcyjną a silnikami elektrycznymi. Falownik zamienia prąd stały (z baterii trakcyjnej) na zmienny (potrzebny do zasilania silnika elektrycznego) oraz wykonuje tę czynność w odwrotnym kierunku podczas ładowania baterii. Istotne jest, aby układ ten był niezawodny i działał bardzo szybko, ponieważ musi sprostać zmieniającym się w każdej chwili warunkom na drodze. Jeśli zespół falownika jest ponadto wyposażony w dodatkowy konwerter typu „boost”, możliwe jest zwiększanie napięcia trafiającego do silnika elektrycznego. Pozwala to na zmniejszenie prądu, ale także na zmniejszenie napięcia baterii, co w efekcie przekłada się na redukcję jej rozmiarów i masy.