Akumulatory w samochodach hybrydowych

Samochody hybrydowe cieszą się sporym zainteresowaniem, ponieważ pod względem zużycia paliwa są bardziej ekonomiczne od tradycyjnych, spalinowych pojazdów, a w większości przypadków nie wymagają ładowania prądem jak samochody elektryczne. Te ostatnie dla wielu kierowców są wciąż za drogie, a kwestie ładowania i wymiany baterii sprawiają, że choć rola i popularność elektryków rośnie, to nadal nie są liczną grupą pojazdów na polskich ulicach. Tę lukę – między samochodami tradycyjnymi a elektrycznymi – wypełniają hybrydy.

W hybrydach to właśnie dwa rodzaje silników umożliwiają zmniejszenie zużycia paliwa i ograniczenie emisji spalin, m.in. dzięki użyciu jednostki elektrycznej, której zadaniem może być także zwiększenie mocy silnika. Na przykład w tzw. pełnej hybrydzie, kiedy pojazd hamuje lub stopniowo wytraca prędkość, silnik spalinowy jest automatycznie odłączany, a silnik elektryczny odzyskuje energię, jednocześnie ładując akumulator, a dokładniej: energia kinetyczna odzyskana w trakcie ładowania rekuperacyjnego jest zamieniana w energię elektryczną, która jest magazynowana w akumulatorze. Kiedy auto stoi na czerwonym świetle lub w korku, oba silniki nie pracują, więc emisja spalin i zużycie paliwa są zerowe.

Akumulatory w hybrydach ładują się m.in. dzięki odzyskiwaniu energii w trakcie hamowania oraz odpowiedniemu wykorzystaniu mocy silnika spalinowego. Do tego celu producenci często wykorzystują akumulatory AGM – instalowane m.in. w pojazdach typu Start-Stop, pomimo że w autach hybrydowych nie występuje klasyczny rozrusznik. Jak zatem to działa? Oto krótka ściąga (wg najpopularniejszego podziału hybryd):

• w mikrohybrydach stosuje się rozrusznik zintegrowany z alternatorem (Integrated Starter Generator) – to rodzaj małego, elektrycznego silniczka;
• w miękkich hybrydach (półhybrydy) sytuacja jest analogiczna jak w mikrohybrydach, ale stosuje się w nich mocniejszy silnik elektryczny (w roli rozrusznika zintegrowanego z alternatorem), który wspomaga silnik spalinowy, np. podczas przyspieszania;
• w pełnych hybrydach silnik elektryczny również wspomaga jednostkę spalinową, ale może także samodzielnie napędzać pojazd;
• w hybrydach typu plug-in również jest napęd spalinowo-elektryczny, ale pojazd może być ładowany z sieci elektrycznej.

Stopień hybrydyzacji ma także wpływ na model ładowania akumulatorów, a ten zależy zarówno od warunków jazdy (samochód może korzystać z odzyskanej i zmagazynowanej w akumulatorze energii, np. przy przyspieszaniu lub podczas jazdy na stałych obrotach silnika), jak i strategii wykorzystania silnika spalinowego. To ważne kwestie, szczególnie jeśli przepływ prądu przez akumulator jest wysoki, a ten musi się szybko i efektywnie ładować – również wtedy, gdy jest mocno obciążany. Dlatego w tym przypadku dobrze sprawdzają się technologie AGM lub EFB, dzięki którym akumulator jest nie tylko bardziej odporny, np. na wstrząsy i wibracje, ale przede wszystkim dużo wydajniejszy – szczególnie w kontekście ładowania (w porównaniu z akumulatorem tradycyjnym).

Stosowane na potrzeby pojazdów w pełni hybrydowych akumulatory AGM, a także EFB, wykorzystywane są także m.in. w pojazdach typu Start-Stop (mikrohybrydach ze Start-Stop), ponieważ w obu przypadkach konieczne jest szybkie doładowanie akumulatora energią dostarczaną przez system hamowania rekuperacyjnego, a więc i dobra zdolność przyjmowania ładunku przez cały okres eksploatacji akumulatora, a także odporność na długie okresy nieużywania. Liczy się zatem wydajność, szybkość i trwałość. W grupie tego typu akumulatorów obecne są także akumulatory wspomagające (np. Exide Auxiliary), które wspierają pracę głównego akumulatora rozruchowego. Zupełnie odrębną rodzinę stanowią akumulatory litowo-jonowe i niklowo-metalowo-wodorkowe, których omówienie wymagałoby osobnego, obszernego opracowania.

Według szacunków Exide i EU28+ETA (Europejskiego Stowarzyszenia Wolnego Handlu) do 2027 r. ok. 13% wszystkich samochodów stanowić będą hybrydy (pełne oraz typu plug-in). W każdym nowoczesnym aucie typu hybrydowego akumulator 12 V (wykonany w technologii AGM lub EFB) nadal będzie pełnić kluczową funkcję w utrzymaniu pracy wielu urządzeń.

W praktyce akumulator AGM (12 V), np. w półhybrydzie, używany jest do zasilania obciążeń elektrycznych wymagających 12 V i do rozruchu (przy pierwszym lub zimnym uruchomieniu silnika spalinowego). Natomiast za rozruchy typu Start-Stop zwykle odpowiada tzw. alternator odwracalny, co zapewnia lepszą wydajność całego systemu Start-Stop. W takim przypadku rozruch za pomocą akumulatora AGM używany jest w zastępstwie, gdy alternator odwracalny nie działa.