Miękka hybryda (mild hybrid) – co to jest, jak działa, czy jest się czego bać?

Miękka hybryda zyskuje na popularności. Niemal każda z marek premium (i popularnych) od jakiegoś czasu deklaruje, że zdecydowana większość jej kolejnych samochodów – nawet tych sportowych – będzie hybrydą. Miękką hybrydą. Miękkimi hybrydami, oprócz tych „zwyczajnych” modeli np. nowego SEAT-a Leona, będą (a nawet już są) również samochody sportowe, Mercedesy AMG, Audi RS czy BMW M. Profanacja? Czy to koniec tzw. „prawdziwej” motoryzacji? Czy powinieneś obawiać się miękkiej hybrydy? I co powinieneś o niej wiedzieć przed zakupem. Zapraszam na solidny przewodnik po technologii mild hybrid.

Z jednej strony przy omawianiu tematu miękkiej hybrydy (mild hybrid – będę stosował zamiennie) nie chcę się wymądrzać i schodzić do poziomu amperów ani wzorów na całkowity moment hamowania rekuperacyjnego, bo ani nie jestem inżynierem, ani ta wiedza z konsumenckiego punktu widzenia nie jest istotna. Z drugiej strony nie chcę podchodzić do tematu miękkiej hybrydy tak pobieżnie, jak robią to tzw. wiodące portale motoryzacyjne.

Chciałbym, aby temat miękkiej hybrydy był przez Ciebie w pełni zrozumiany, żebyś dokładnie wiedział, z czym masz do czynienia, był dokładnie zaznajomiony z tą technologią i zdawał sobie sprawę z jej wad i zalet, kiedy będziesz wybierał swój kolejny samochód klasy premium.

Zagadnienie miękkiej hybrydy – moim zdaniem – jest istotne w kontekście nowych samochodów (szczególnie tych klasy premium) i warto je dobrze zrozumieć, bo jak wspomniałem, coraz częściej będziemy mieć do czynienia z miękkimi hybrydami. Przed miękkimi hybrydami nie ma ucieczki. W ciągu najbliższych lat mild hybrid stanie się technologią niemal tak powszechną, jak turbodoładowanie w silnikach spalinowych. Pytanie, czy jest się czego obawiać?

Pozornie temat jest prosty, ale im dalej w hybrydowy las, tym więcej kabli i innych dziwnych urządzeń. Właśnie dlatego w tym wpisie postaram się rozpracować miękką hybrydę tak, żebyś za 10 (no, może 15) min wiedział o niej znacznie więcej niż przeciętny konsument treści motoryzacyjnych. I absolutnie nie chcę sprowadzać tego opracowania do redukcji zużycia paliwa, ani tym bardziej ekologii. Tak naprawdę mniejsze spalanie w miękkich hybrydach jest dla Ciebie najmniej istotne.

 

Dlaczego koncerny motoryzacyjne oferują Ci miękką hybrydę?

Dobro planety? Troska o Twój portfel? Tak przeczytasz w katalogach, ale to bardziej marketingowy punkt spojrzenia na miękką hybrydę. Rzeczywistość, jak to rzeczywistość, jest bardziej prozaiczna.

Cała ta przybierająca na sile hybrydowo-elektryczna maskarada w motoryzacji ma jedno źródło – unijne normy emisji CO₂. Nigdzie na świecie normy dotyczące emisji CO₂ emitowanego przez samochód nie są tak restrykcyjne jak w Europie. Uogólniając, do 2021 roku średni poziom emisji dla całej gamy samochodów danego producenta nie może być wyższy niż 95 g/km (temat jest bardziej złożony niż zagadnienie miękkiej hybrydy, zainteresowanych odsyłam do tego opracowania).

Ograniczenia w emisji CO₂ mogą wydawać Ci się pojęciem abstrakcyjnym, ale w prostej linii przekładają się na ograniczenia w zużyciu paliwa. Wspomniane 95 gramów CO₂ przekłada się więc na średnie zużycie paliwa dla wszystkich modeli w gamie producenta na poziomie poniżej 4 l/100 km. A wszyscy wiemy, że 4 l to niewiele. Kto się nie dostosuje, ten będzie płacić bolesne kary. A to i tak nie jest ostatnie słowo Unii w kwestii limitów emisji. Mówi się o progu 60 g CO₂.

W jaki sposób producenci mogą szybko i w miarę bezboleśnie osiągnąć wymagany poziom emisji CO₂ dla całej gamy i uniknąć milionowych kar?

Są różne sposoby, ale zdecydowanie najskuteczniejszym jest wprowadzanie samochodów z napędem elektrycznym (i wmawianie nam, że są super). I to właśnie obserwujemy. Problem w tym, że niechętnie kupujemy pełne „elektryki” więc to rozwiązanie na razie nie zdaje egzaminu. Na szczęście jest drugi, mniej inwazyjny, tańszy i prostszy sposób na to, żeby lepiej wypaść przed bezlitosnymi unijnymi rachmistrzami CO₂ – miękka hybryda.

 

Miękka hybryda (mild hybrid) vs pozostałe typy napędu hybrydowego

Zanim rozbierzemy układ miękkiej hybrydy na części pierwsze, chciałbym poświęcić trochę miejsca na uporządkowanie kwestii napędów hybrydowych w samochodach, abyśmy do miękkiej hybrydy startowali z jednego poziomu wiedzy.

Funkcje	Rodzaje napędu hybrydowego w samochodach osobowych
	Mikro hybryda (system Start-Stop)	Miękka hybryda/ mild hybrid (MHEV)
Rozruch start/stop	tak	tak
Elektryczne wsparcie momentu obrotowego (wyrównanie i funkcja boost)	nie	tak
Rekuperacja (odzysk energii hamowania)	tak	tak
Jazda wyłącznie na prądzie (tryb EV)	nie	nie
Ładowanie baterii (w trakcie jazdy)	tak	tak
Ładowanie baterii (z sieci elektrycznej)	nie	nie

Funkcje	Pełna hybryda (FHEV)	Hybryda typu plug-in (PHEV)
Rozruch start/stop	tak	tak
Elektryczne wsparcie momentu obrotowego (wyrównanie i funkcja boost)	tak	tak
Rekuperacja (odzysk energii hamowania)	tak	tak
Jazda wyłącznie na prądzie (tryb EV)	tak	tak
Ładowanie baterii (w trakcie jazdy)	tak	tak
Ładowanie baterii (z sieci elektrycznej)	nie	tak

Hybryda czy napęd hybrydowy jeszcze nie tak dawno temu kojarzył się tylko z jednym – Toyotą Prius – samochodem, który wg powyższego podziału reprezentuje „pełną hybrydę”. Dla wielu osób Prius nadal pozostaje synonimem „hybrydy”.

Z czasem określenie „hybryda” w odniesieniu do samochodu stało się jednak znacznie pojemniejsze, co widać w powyższej tabeli. Dzisiaj „hybrydą” możemy określić zarówno Audi RS7 z 48-woltową instalacją elektryczną na pokładzie, Suzuki Ignis wyposażone jedynie w system start/stop czy Toyotę Prius, zarówno w odmianie plug-in hybrid (ładowanej z gniazdka), jak w tej tradycyjnej (pełna hybryda). Każde z tych podejść do napędu hybrydowego w praktyce będzie oferować diametralnie różne wrażenia z jazdy, inne korzyści i inne wady.

Jak w tym kontekście powinieneś postrzegać układ mild hybrid?

 

Miękka hybryda (mild hybrid) – idea i założenia. Co oferuje ta technologia?

Miękka hybryda nie jest technologią nową. W rozmaitych formach jest z nami od dawna. Miękką hybrydą w 2009 roku był np. Mercedes S 400 Hybrid czy Honda Insight, ale wówczas technologia opierała się na instalacji 120/160 V.

Obecne miękkie hybrydy oparte o instalację 48 V to dość świeża sprawa. W markach premium zrobiło się o nich głośno dopiero na początku 2019 roku, chociaż Audi technologią mild hybrid chwaliło się już w 2017 roku przy okazji debiutu obecnej generacji A8.

Układ miękkiej hybrydy pozwala zelektryfikować standardowy napęd spalinowy i stworzyć układ hybrydowy zapewniający około 20 dodatkowych KM bez konieczność większych zmian w architekturze pojazdu.

W porównaniu z tradycyjnymi wysokonapięciowymi układami hybrydowymi (znanymi z Lexusów H czy BMW i Mercedesów plug-in hybrid) 48-woltowa hybryda oferuje bardzo dobry stosunek korzyści do kosztów, ale ma też (przynajmniej na obecnym etapie) liczne ograniczenia, np. brak możliwości jazdy wyłącznie na prądzie.

Jest jeszcze druga strona hybrydowego medalu. Według badań przeprowadzonych przez Getrag kierowcy obecnie oczekują od samochodu klasy premium dynamicznego startu, dobrego przyspieszenia i natychmiastowej reakcji na gaz. A układ miękkiej hybrydy w miarę bezboleśnie, kompaktowo i niedrogo odpowiada na wszystkie te oczekiwania. Przy okazji zmniejsza również emisję CO₂. Mild hybrid zdaje się po prostu optymalnym rozwiązaniem dla współczesnych, europejskich realiów motoryzacyjnych i ma przed sobą obiecującą przyszłość.

 

Co to jest miękka hybryda (mild hybrid)?

Miękkimi hybrydami kolokwialnie nazywamy samochody o napędzie spalinowym, które posiadają na pokładzie 48-woltową (48 V) instalację elektryczną oraz dodatkowe urządzenie – tzw. maszynę elektryczną (silnik elektryczny).

W miękkiej hybrydzie źródłem momentu obrotowego jest nie tylko silnik spalinowy, lecz także wspomniana maszyna elektryczna. Energia dla silnika spalinowego pochodzi z paliwa, zaś dla maszyny elektrycznej z 48-woltowej baterii.

48-woltowa pokładowa instalacja elektryczna ma tę zaletę, że oferuje czterokrotnie większą moc od instalacji 12-woltowej przy identycznym natężeniu prądu. Jednocześnie nie wymaga dodatkowej architektury zabezpieczającej układ elektryczny wysokiego napięcia, tak jak ma to miejsce w hybrydach typu plug-in i „tradycyjnych” hybrydach, w których mamy do czynienia z napięciem 400 V.

Trzeba pamiętać, że na rynku są oferowane modele, które posiadają 48-woltową instalację elektryczną, ale miękkimi hybrydami nie są (np. Audi SQ7 przed faceliftingiem) właśnie ze względu na fakt, że nie posiadają maszyny elektrycznej. Inaczej mówiąc: nie każdy samochód z 48-woltową instalacją elektryczną jest miękką hybrydą, ale każda miękka hybryda ma 48-woltową instalację elektryczną.

Wspinając się na wyższy poziom wtajemniczenia, możemy określić parametry i elementy, jakimi powinien cechować się układ hybrydowy, aby zdefiniować go jako miękką hybrydę. Według Continentala to:

• dostępna moc elektryczna w przedziale miedzy 10 a 20 kW,
• 48-woltowa bateria na pokładzie,
• redukcja emisji CO₂ między 7 a 22 % w porównaniu z pojazdem z napędem konwencjonalnym.

Dla porównania, w przypadku tzw. pełnej (tradycyjnej) hybrydy (np. Toyoty Prius) dostępna moc silnika elektrycznego jest w zakresie 40 do 100 kW, baterie mają 400 V ,a redukcja CO₂ wynosi między 20 a 30 proc. Więcej na poniższej grafice.

 

Budowa układu miękkiej hybrydy

48-woltowa instalacja elektryczna w układzie miękkiej hybrydy składa się z kilku elementów:

• baterii 48 V,
• maszyny elektrycznej (zazwyczaj pełniącej funkcję rozrusznika i alternatora), na własny użytek można traktować ją jako niewielki silnik elektryczny,
• konwertera DC/DC prądu 48 V na 12 V (częściej) oraz 12 V na 48 V (rzadziej),
• falownika AC/DC (zazwyczaj zintegrowanego w maszynie elektrycznej).

 

Bateria 48 V

Po pierwsze w samochodzie, który jest miękką hybrydą pojawia się dodatkowy, niewielki akumulator – 48-woltowa bateria litowo-jonowa. Jest wielkości pudełka po butach, najczęściej znajduje się pod podłogą bagażnika, waży około 6 kg i ma około 11 Ah pojemności (około 0,5 kWh). W tej baterii gromadzi się prąd, który jest odzyskiwany podczas hamowania dzięki rekuperacji oraz z silnika spalinowego (przy jeździe bez gazu). Tradycyjny akumulator 12 V pozostaje na swoim miejscu i jest ładowany z baterii 48 V przez konwerter DC/DC.

Maszyna elektryczna

Drugim ważnym elementem miękkiego układu hybrydowego (sercem miękkiej hybrydy) jest tzw. maszyna elektryczna, która w praktyce zastępuje rozrusznik oraz alternator. To kluczowe urządzenie, główny aktor w naszym przedstawieniu. Pełni dwie zasadnicze funkcje:

• w trybie silnika elektrycznego generuje dodatkowy moment obrotowy,
• w trybie alternatora produkuje energię elektryczną.

Parametry maszyny elektrycznej najczęściej przedstawiają się następująco:

• generowany moment do 60 Nm, co daje do 160 Nm na wale korbowym,
• maksymalna moc (dostępna przez około 2 s) od 14 do 16 kW,
• stała moc od 4 do 6 kW,
• maksymalna prędkość obrotowa: 20 000 obr./min,
• waga między 10 a 13 kg,
• chłodzony cieczą.

 

Falownik AC/DC

W większości przypadków w maszynie elektrycznej jest zintegrowany tzw. falownik AC/DC. Jego rola to:

• konwersja prądu stałego z baterii na prąd przemienny do zasilania maszyny elektrycznej, kiedy ta pracuje w trybie silnika elektrycznego,
• konwersja prądu przemiennego (AC) generowanego przez maszynę elektryczną na prąd stały, który może być magazynowany w baterii 48 V.

OK, a teraz sprawy zaczynają się komplikować, ponieważ nasz aktor pierwszoplanowy, czyli maszyna elektryczna może być umieszczona w różnych miejscach i grać różne role, co sprowadza nas do stwierdzania, że…

 

 

Miękka hybryda nie zawsze oznacza to samo

To, w którym miejscu jest umieszczona maszyna elektryczna oraz w jaki sposób jest połączona z silnikiem spalinowym  lub układem napędowym, decyduje o architekturze miękkiego układu hybrydowego. I tutaj dochodzimy do istotnego stwierdzenia: miękka hybryda miękkiej hybrydzie nierówna.

Generalnie maszyna elektryczna może być umieszczona w samochodzie na dwa sposoby:

• przy silniku (po stronie silnika), mówimy wówczas o BiSG (belt-integrated starter generator), czyli o rozruszniko-alternatorze bądź alternatoro-rozruszniku,
• przy układzie napędowym (po stronie układu napędowego), za sprzęgłem.

Zła wiadomość jest taka, że na podstawie powyższego ogólnego rozróżnienia wyróżniamy obecnie 5 architektur miękkiej hybrydy, powszechnie oznaczanych od P0 do P5.

Dobra wiadomość jest taka, że w 2020 roku, na obecnym etapie rozwoju miękkiej hybrydy, interesuje nas tylko jednak architektura, ta najprostsza, czyli P0. I to nią się teraz zajmiemy.

 

 

Rodzaje miękkich hybryd – architektura

O rodzaju architektury, z jaką mamy do czynienia decyduje sposób, w jaki maszyna elektryczna (silnik eklektyczny) jest połączona z silnikiem spalinowym lub układem napędowym i w jaki sposób go wspiera.

Dwie wspomniane wyżej główne grupy architektur (maszyna elektryczna przy silniku lub maszyna przy układzie napędowym) dzielimy na pięć konkretnych:

• P0 – maszyna elektryczna umieszczona przed silnikiem, wraz z osprzętem silnika i połączona paskiem osprzętu.
• P1 – maszyna elektryczna umieszczona między silnikiem a skrzynią biegów, ale nadal przy silniku.
• P2 – maszyna elektryczna jest umieszczona po stronie układu napędowego. Znajduje się między silnikiem a skrzynią biegów, za sprzęgłem, przy wale wejściowym. Może być umieszczona z boku skrzyni i połączona z nią przez pas, albo zintegrowane ze skrzynią.
• P3 – maszyna elektryczna jest umieszczona po stronie układu napędowego. Znajduje się między silnikiem a skrzynią biegów, za sprzęgłem, przy wale wyjściowym.
• P4 – maszyna elektryczna jest umieszczona po stronie układu napędowego. Znajduje się przy tylnym dyferencjale i napędza tylne koła.
• P5 – maszyny elektryczne umieszczone są przy każdym z kół.

Dlaczego to rozróżnienie jest takie ważne? Ponieważ rodzaj architektury ma zasadnicze znaczenie dla wrażeń z jazdy i korzyści, jakie oferuje miękka hybryda.

Architektura P1 raczej nie jest już stosowana, bazowała na instalacji 120/160V i kilkanaście lat temu eksperymentowała z nią Honda w modelu Insight czy CR-Z (Integrated Motor Assist).

Architektury P2-P5 to bardziej zaawansowane, droższe i bardziej skomplikowane rozwiązania zarezerwowane dla samochodów wyższych segmentów. Nie wykluczone, że nowy Ford Focus RS, o którym wiadomo, że ma być hybrydą, będzie korzystał właśnie z którejś z tych architektur (zapewne P2). Obecnie najbardziej obiecująca jest architektura P2, ale na obecnym etapie to architektura P0 jest stosowana w 97 proc. samochodów, które określamy jako miękkie hybrydy.

 

Miękka hybryda (P0) – jak działa, co daje?

Obecnie najpopularniejszą architekturą jest P0 z maszyną elektryczną połączoną z silnikiem (wałem korbowym) przez pasek osprzętu. Jest ona również najtańsza i najprostsza. Wystarczy podmienić 12-woltowy alternator na naszą 48-woltową maszynę, wzmocnić pasek osprzętu dorzucić baterię 48 V i miękka hybryda gotowa.

W przypadku tej architektury maszyna elektryczna, która jest rozruszniko-alternatorem (BiSG – belt integrated starter generator) pełni następujące funkcje/oferuje następujące korzyści:

• rozruch silnika start-stop,
• wyrównanie momentu obrotowego,
• podbicie maksymalnego momentu obrotowego,
• przesunięcie punktu obciążenia silnika (zwiększenie efektywności silnika spalinowego),
• żeglowanie (jazda z wyłączonym silnikiem spalinowym),
• rekuperacja energii hamowania.

A co z uruchomieniem zimnego silnika? Rozruszniko-alternator nie jest w stanie uruchomić zimnego silnika, ponieważ moment, jaki jest do tego potrzeby przewyższa moment, który może zostać przeniesiony przez pasek osprzętu. Nastąpiłby poślizg.

Architektura P0 nie umożliwia też jazdy wyłącznie przy wykorzystaniu energii elektrycznej. Tę możliwość dostajemy dopiero w wyższych architekturach, które posiadają mocniejsze maszyny elektryczne i przede wszystkim nie są połączone z układem napędowym przez pasek.

Wyrównanie i podbicie momentu w miękkiej hybrydzie

Spośród funkcji, które mogą budzić niezrozumienie, a które stanowią istotę miękkiej hybrydy, warto wspomnieć o różnicy między wyrównaniem momentu obrotowego (torque fill) a podbiciem maksymalnego momentu obrotowego (torque boost). Najlepiej ilustrują ją poniższe wykresy.

 

 

Miękka hybryda – co oznacza dla Ciebie w praktyce?

OK, skoro rozpracowaliśmy teorię, to pora odpowiedzieć na najważniejsze pytanie postawione na wstępie: czy powinieneś mieć jakieś obawy przy zakupie miękkiej hybrydy? Inaczej mówiąc: jak w praktyce spisuje się miękka hybryda?

W ciągu ostatnich 2 lat jeździłem wieloma samochodami z układem miękkiej hybrydy. Były to Mercedesy, Audi, Volvo, BMW, ale również samochody marek popularnych. W praktyce, gdybym nie wiedział, że jadę samochodem z dodatkową, 48-woltową instalacją elektryczną, to nawet bym się nie zorientował.

Dobrze odczuwalnym efektem jest to, że silnik potrafi się wyłączyć jeszcze zanim samochód się zatrzyma. Czasami, w zależności od producenta, można sunąć („żeglować”) w ciszy, przy wyłączonym silniku nawet z prędkościami około 120 km/h. To ciekawe uczucie. System start-stop w miękkiej hybrydzie działa po prostu w zacznie szerszym zakresie niż w tradycyjnym samochodzie spalinowym. Dział też zdecydowanie „milej” . Moment uruchomienia silnika jest znacznie szybszy i praktycznie nieodczuwalny przez znacznie sprawniejszy, 48-woltowy rozrusznik. Jeśli start-stop komuś przeszkadza to nadal może go dezaktywować.

W zestawieniu ze słabszymi silnikami spalinowymi, generującymi moment 150-250 Nm (np. w Fordzie Puma), można też faktycznie poczuć nieco bardziej energiczną reakcję na gaz w niskim zakresie prędkości obrotowych, wynikającą z dodatkowych niutonometrów generowanych przez maszynę elektryczną.

Tutaj trzeba mieć na uwadze, że mimo tej samej architektury i tej samej mocy maszyny elektrycznej, działanie układu miękkiej hybrydy odczujemy inaczej w zależności od samochodu. Dodatkowy moment zdecydowanie bardziej poczujemy w 125-konnym Fordzie Puma z silnikiem o pojemności 1 litra niż w Audi RS7 z 625-konnym, 4-litrowym V8. W obu tych samochodach układ mild hybrid będzie działał tak samo i będzie pełnił te same funkcje, ale odczucia (chociażby logika działania start-stop) będą się nieco różnić.

Niższe spalanie? Też można uznać za jedną z zalet samochodów z technologią mild hybrid, chociaż przy tej technologii i architekturze P0 mówimy o oszczędnościach rzędu 7-9 proc. wg WLTP oraz 10 do 12 proc. wg NEDC. Tak czy inaczej, to oszczędności, które faktycznie się pojawiają, w przeciwieństwie do tych generowanych przez downsizing i inne teoretycznie ekologiczne technologie.

Weźmy niewielkiego crossovera – Forda Pumę. To jeden z niewielu modeli, który przy tym samym silniku (125-konnej, litrowej jednostce EcoBoost) oferowany jest w tradycyjnej odmianie spalinowej i jako miękka hybryda (mHEV).

Dla Pumy mHEV Ford deklaruje średnie zużycie paliwa według WLTP na poziomie 5,4 l/100 km. Dla Pumy bez układu mild hybrid deklarowane zużycie paliwa wynosi 5,8 l/100 km/h (dla 17-calowych felg). Jednocześnie Puma mHEV do 100 km/h przyspiesza w 9,8 s a Puma spalinowa w 10 s. Różnica w cenie między miękką hybrydą a odmianą spalinową wynosi 1400 zł.

A skoro już przy cenach jesteśmy, to jedna ważna informacja.

Czy na miękką hybrydę jest obniżona akcyza?

Dla przypomnienia od 1 stycznia 2020 roku obowiązuje niższa akcyza na samochody hybrydowe z silnikami o pojemnościach do 2 i do 3,5 litra. Dla samochodów o pojemności do 2 litrów akcyza została obniżona z 3,1 proc. do 1,55 proc. Dla samochodów z silnikiem o pojemności do 3,5 litra akcyza zmalała z 18,6 proc. do 9,3. 

Pytanie, czy miękkie hybrydy łapią się na te ulgi? Portal elektrowoz.pl wysłał w tej sprawie zapytanie do Ministerstwa Finansów. W odpowiedzi Ministerstwa Finansów czytamy:

W takim pojeździe [miękkiej hybrydzie – dop. autor] funkcjonują oba rodzaje silników, należy więc przyjąć, że „mild hybrid” również posiada napęd spalinowo-elektryczny i w konsekwencji samochody osobowe tego typu korzystają od dnia 1 stycznia br. z preferencyjnej stawki podatku akcyzowego wprowadzonej ustawą z 16 października 2019 r. o zmianie ustawy o podatku akcyzowym.

Okazuje się więc, że miękkie hybrydy na równych prawach z hybrydami typu plug-in czy tzw. pełnymi hybrydami łapią się na obniżoną akcyzę.

 

Miękka hybrydy – wady i skutki uboczne

Ważnym pytaniem dotyczącym miękkiej hybrydy jest to o wady i skutki uboczne zastosowania takiej technologii w samochodzie.

Fakty są jednak takie, że nie ma ich zbyt wiele, a te, które są, nie mają dla Ciebie większego znaczenia przy eksploatacji samochodu.

Za jedną z największych wad można uznać nieco wyższą cenę samochodu wyposażonego w układ miękkiej hybrydy. Jednak jak widać na przykładzie Forda Puma różnica w cenie nie jest znacząca. W markach premium  (o ile w ogóle jest możliwość wyboru między napędem spalinowym a hybrydowym) sięga 4 tys. zł. Przy cenie samochodu na poziomie 200 tys. zł, te 4 tys. również nie stanowią istotnej różnicy.

Za wadę można też uznać większą masę samochodu. Ale podobnie jak w przypadku ceny mówimy o nieznacznym wzroście, około 20 kg, więc można go uznać za nieodczuwalny.

To, co odczujemy jako kierowcy to częstsze wygaszanie i uruchamianie silnika. Ale, jak wspomniałem, układ start-stop w miękkiej hybrydzie działa znacznie lepiej a po drugie w każdej chwili można go dezaktywować.

Nie przejmowałbym się również awaryjnością tego układu. Jedynym elementem, który ma szansę się popsuć jest maszyna elektryczna. Ale przykład Toyot i Lexusów (które również korzystają z tego rozwiązania) pokazuje, że ten element, kolokwialnie rzecz ujmując, jest nie do zajechania.

Moim zdaniem, z praktycznego punktu widzenia kierowcy, który od samochodu klasy premium oczekuje komfortu i dobrych osiągów, układ miękkiej hybrydy na pokładzie nie niesie ze sobą żadnych negatywnych odczuć. Oferuje same zalety przy minimalnych skutkach ubocznych.

 

Czy bać się miękkiej hybrydy –  technologia mild hybrid w pigułce

W skrócie: w codziennym użytkowaniu nie odczuwasz tego, że jeździsz hybrydą. Dostajesz minimalnie lepsze osiągi, bardziej bezpośrednią reakcję na gaz i marginalnie mniejsze zużycie paliwa wraz z rozszerzonym działaniem systemu start-stop.

Mówiąc jeszcze inaczej: technologia mild hybrid w niczym nie przeszkadza, a czasami pomaga. Dobrze, że jest, ale więcej pożytku mają z niej koncerny motoryzacyjne niż Ty. Nie ma się co oburzać na fakt, że coraz więcej samochodów będzie miękkimi hybrydami. W praktyce nie ma to dla Ciebie znaczenia. Gdybym osobiście miał do wyboru samochód z układem miękkiej hybrydy lub ten sam bez niego, bez namysłu zdecydowałbym się na wariant hybrydowy – nic nie zaszkodzi, a może trochę pomoże. Przynajmniej do momentu, w którym mówimy o architekturze P0…

Podsumowując: nie powinieneś się obawiać i zastanawiać, jeśli usłyszysz, że to Audi czy BMW, które zamierzasz kupić jest miękką hybrydą. Bierz śmiało, na moją odpowiedzialność. I piszę to jako gość, który z umiarkowanym entuzjazmem podchodzi do każdego innego rodzaju napędu hybrydowego. Żadnej innej hybrydy nie mógłbym Ci polecić z czystym sumieniem, a tę miękką mogę.

Ujmując temat jeszcze inaczej: miękka hybryda dla silnika spalinowego jest trochę jak kofeina dla Twojego mózgu. Poprawia reakcję na bodźce, sprawia, że silnik jest bardziej energiczny, bardziej entuzjastycznie pochodzi do wytężonej pracy i przy okazji mniej się męczy.

Miękka hybryda w markach premium – szczegóły

Przyjrzyjmy się, jak do kwestii miękkiej hybrydy podchodzą poszczególne marki premium, bo każda podchodzi trochę inaczej. O ile w przypadku hybryd typu plug-in każda z marek stosuje osobne oznaczenie (zazwyczaj literka e przy oznaczeniu wersji silnikowej), o tyle w przypadku miękkiej hybrydy oznaczenie pozostaje bez zmian. Wyjątkiem jest Volvo.

W przypadku niektórych marek o tym, że mamy do czynienia z miękką hybrydą nie dowiemy się nawet przeglądając wersje silnikowe w konfiguratorze, inne marki z kolei z układu miękkiej hybrydy czynią w pewnym sensie narzędzie marketingowe.

Sprawdźmy więc, jak do tematu miękkiej hybrydy podchodzą cztery najpopularniejsze marki premium.

 

Miękka hybryda w Audi

Technologia mild hybrid pojawiła się w Audi w połowie 2017 roku, by wspierać zarówno silniki TFSI, jak i TDI. 

Modele z układem miękkiej hybrydy w Audi nie posiadają osobnego oznaczenia i nie są w żaden sposób oznaczone w konfiguratorze. Jeśli wcześniej nie wyczytamy, że dany model korzysta z tego rozwiązania, to tej informacji nie znajdziemy nigdzie indziej.

Układ miękkiej hybrydy oparty o 48-woltową instalację, która jest jednocześnie główną siecią pokładową, Audi stosuje w modelach z silnikami cztero-, sześcio- i ośmiocylindrowymi. Akumulator litowo-jonowy ma w tym przypadku pojemność 10 Ah i jest zamontowany w bagażniku. W przedniej części przedziału silnika umiejscowiono chłodzony cieczą rozruszniko-alternator (RSG) połączony pasem z wałem korbowym. RSG ma moc rekuperacji 12 kW oraz generuje moment obrotowy rzędu 60 Nm.

Audi o układzie mild hybrid.

48-woltowa technika MHEV jest bardzo wydajna. Gdy w zakresie prędkości od 55 do 160 km/h kierowca zdejmie nogę z pedału gazu, samochód przez 40 sekund może żeglować z całkowicie wyłączonym silnikiem. Podczas toczenia się z niewielką prędkością, tryb start-stop włącza się już przy prędkości 22 km/h. Sterownik napędu wykorzystuje informacje pozyskiwane z mapy nawigacji i z pokładowych czujników, by na bieżąco decydować, czy wydajniejsze jest żeglowanie, czy rekuperacja. Rekuperację wybiera wtedy, gdy np. asystent wydajności rozpozna jadący przed nami samochód. W fazie hamowania, RSG wspiera ten proces i pozyskaną energię elektryczną może skierować do akumulatora 48 V lub wykorzystać ją bezpośrednio dla pokładowych urządzeń elektrycznych.

A tak Audi opisuje działanie systemu mild hybrid w ponad 600-konnym RS7 

Dzięki układowi hybrydowemu mild hybrid (MHEV) z głównym układem elektrycznym o napięciu 48 V, jednostka 4.0 TFSI łączy maksymalne osiągi z wysoką wydajnością. Przy delikatnym przyspieszaniu, alternator-rozrusznik może odzyskać do 12 kW mocy i przekazać ją w postaci energii elektrycznej do akumulatora litowo-jonowego. Jeżeli kierowca zwolni pedał gazu przy prędkości między 55 a 160 km/h, układ sterujący napędem wybierze jedną z dwóch opcji. W zależności od sytuacji i ustawień Audi drive select nowe RS 7 Sportback odzyska energię lub będzie żeglowało z wyłączonym silnikiem. Kiedy kierowca naciśnie pedał przyspieszenia, alternator-rozrusznik RSG ponownie uruchomi silnik. Technika MHEV umożliwia załączenie funkcji start-stop już przy prędkości 22 km/h. Gdy tylko pojazd znajdujący się przed nowym RS 7 Sportback ruszy, silnik się uruchomi, nawet przy wciśniętym pedale hamulca. Układ MHEV pozwala na redukcję spalania nawet o 0,8 litra na 100 km.

Audi wspomina też o tym, o czym wspominam na końcu, czyli o korzyściach wynikających z elektryfikacji kolejnych podzespołów.

W nieco dalszej przyszłości, cztery pierścienie planują przestawić na sieć 48 V inne urządzenia peryferyjne silnika, np. sprężarki. Wtedy będzie można sterować nimi jeszcze precyzyjniej oraz zapewnić im lżejszą i bardziej kompaktową konstrukcję. To samo dotyczy wyposażenia odpowiedzialnego za komfort jazdy i zużywającego dużo energii, np. ogrzewania szyb czy sprzętu grającego. Wyposażenie wymagające mało energii, takie jak np. sterowniki czy lampki kontrolne, będzie nadal zasilane przez sieć 12 V.

 

Miękka hybryda w BMW

48-woltowa instalacja elektryczna w BMW zadebiutowała nieco później niż w Audi i Mercedesie. Po raz pierwszy oficjalnie usłyszeliśmy o niej we wrześniu 2019 roku, przy okazji premiery odświeżonej serii 5. Modele mild hybrid nie posiadają osobnego oznaczenia, jednak w konfiguratorze widnieje adnotacja, że konkretna wersja silnikowa korzysta z tej technologii.

W BMW również mamy do czynienia z najpopularniejszą architekturą P0. Moc rozrusznika-alternatora w BMW to 8 kW, moment około 60 Nm, a 48-woltowa bateria ma pojemność 11 Ah.

BMW o układzie mild hybrid na przykładzie BMW M340d xDrive.

Technologia mild hybrid pozwala jeszcze wyraźniej poczuć spontaniczne oddawanie mocy napędu. Alternator odwracalny 48 V stosowany w nowych samochodach BMW M zapewnia elektryczną funkcję overboost. Ta dostarczana spontaniczne dodatkowa moc 8 kW (11 KM) zwiększa dynamikę podczas ruszania z miejsca oraz intensywnego przyspieszania. Wymagana do tego energia elektryczna magazynowana jest w akumulatorze 48 V ładowanym poprzez odzysk energii w fazach hamowania i wybiegu. Dodatkową energię do akumulatora 48 V dostarcza w razie potrzeby również podniesienie punktu obciążenia silnika spalinowego.

Za pomocą wytworzonej w ten sposób energii elektrycznej alternator odwracalny może wspomagać silnik spalinowy również podczas ciągłej jazdy. Dzięki temu silnik wysokoprężny jest w stanie pracować – tak często jak to możliwe – przy obciążeniu optymalnym dla wydajności, redukując fazy szczytowego zużycia paliwa. Technologia mild hybrid optymalizuje również działanie funkcji Auto Start/Stop i swobodnego toczenia. Alternator 48 V zapewnia bezwibracyjne wyłączanie silnika spalinowego i jego komfortowy rozruch przy zatrzymywaniu pojazdu na skrzyżowaniach lub w korkach. Podczas zwalniania silnik spalinowy może wyłączać się już przy prędkości poniżej 15 km/h. Energia kinetyczna wytwarzana podczas dalszego hamowania aż do zatrzymania jest następnie wykorzystywana do rekuperacji. Funkcja swobodnego toczenia działająca w trybie ECO PRO i COMFORT powoduje całkowite wyłączenie silnika spalinowego, co daje dodatkowy potencjał oszczędności paliwa.

Od listopada 2019 roku mild hybrid jest standardowo instalowana w BMW 520d Limuzyna, BMW 520d xDrive oraz w BMW 520d Touring. W marcu 2020 zadebiutowały również miękkie hybrydy w postaci 340d xDrive Limuzyna i BMW M340d xDrive Touring oraz X3/ X4.

 

Miękka hybryda w Mercedesie

Mercedes do swoich miękkich hybryd podchodzi nieco bardziej marketingowo niż Audi i BMW. O ile Audi oraz BMW nie wyróżniają układu mild hybrid żadną marketingową nazwą, to Mercedes już tak. Układ miękkiej hybrydy w Mercedesie (architektura P0) został nazwany EQ Boost. Nie należy go mylić z EQ Power, to nazwa zarezerwowana dla hybryd typu plug-in.

O tym, że mamy do czynienia z miękką hybrydą informuje, chociaż nie bezpośrednio, konfigurator. Przy wyborze konkretnej wersji silnikowej widać rozbicie mocy na sumę mocy silnika spalinowego i maszyny elektrycznej (czerwone podkreślenie).

Mercedes o układzie mild hybrid (EQ Boost).

Zintegrowany z rozrusznikiem alternator w połączeniu z nowoczesną, pokładową instalacją 48 V umożliwia realizację funkcji napędu hybrydowego, przyczyniając się do uzyskania niespotykanej efektywności. W praktyce zakres tych funkcji obejmuje:

• łatwy rozruch, w trakcie którego silnik uruchamia się i nabiera obrotów w sposób niemal niewyczuwalny;
• funkcję boost, która może wspierać silnik spalinowy przy prędkościach obrotowych do 2500 obr./min dodatkową mocą do 10 kW i 150 Nm (wartość podawana przez Mercedesa dotyczy momentu na wale korbowym, nominalnie wartość momentu wynosi 60 Nm / dopisek autor.) momentu obrotowego z jednostki elektrycznej;
• rekuperację podczas hamowania (do 12 kW);
• pracę w korzystnym obszarze charakterystyk silnika;
• „żeglowanie” z wyłączonym automatycznie silnikiem, gdy tylko warunki jazdy na to pozwalają. 

Mercedes o układzie mild hybrid na przykładzie Mercedes-AMG GLE 63 4MATIC+ Coupé

4-litrowy silnik V8 biturbo w nowym GLE 63 Coupé w obu wersjach mocy(420kW/ 571KM oraz 450kW/ 612KM) współpracuje z rozrusznikiem-alternatorem EQ Boost, który łączy rozrusznik i alternator w jeden mocny, kompaktowy silnik elektryczny zamontowany pomiędzy jednostką napędową a przekładnią. Dodatkowe, dostępne chwilowo 16 kW (22 KM) mocy plus 250 Nm momentu obrotowego (na wale, dopisek autor) zapewnia bardziej spontaniczną charakterystykę przy ruszaniu, ale nie tylko – ten innowacyjny komponent zasila pokładową instalację elektryczną 48 V, jest wykorzystywany jako generator energii, a także pełni funkcje hybrydowe. Obejmują one funkcję „doładowania” (boost), rekuperację, przesunięcie punktu obciążenia i praktycznie niezauważalne ponowne uruchomienie silnika w ramach systemu start/stop.

 

Miękka hybryda w Volvo

Volvo do technologii mild hybrid podchodzi najbardziej medialnie. Modele z tym układem posiadają osobne oznaczenie. O ile wersje benzynowe samochodów Volvo oznaczone są jako T (T6, T8), diesle jako D (D4, D5), o tyle wersje mild hybrid na klapie bagażnika mają literkę B (od Brake Recovery) – niezależnie, czy mówimy o technologii mild hybrid opartej na silniku benzynowym, czy diesla.

Informację o mild hybrid dostajemy również w konfiguratorze, podobnie jak w przypadku Mercedesa.

Pierwsze egzemplarze Volvo z technologią mild hybrid pojawiły się w Polsce pod koniec czerwca 2019 roku. W Volvo alternator-rozrusznik generuje dodatkowe 40 Nm momentu i 14 KM. Akumulator 48 V umieszczony jest w bagażniku.

Do końca 2019 roku 48-woltowa instalacja elektryczna była dostępna jedynie w modelu XC90 oraz XC60. Niebawem wszystkie dotychczasowe wersje D4 AWD i D5 AWD w XC90 i XC60 dostaniemy wyłącznie jako miękkie hybrydy. Ich nazwy zostaną zmienione odpowiednio na B4 AWD i B5 AWD. W pierwszej połowie 2020 roku miękka hybryda trafiła również do odświeżonych S90 oraz V90, a docelowo będzie we wszystkich modelach.

 

Miękka hybryda w markach popularnych na przykładzie SEAT-a

Marki popularne do tematu komunikacji miękkiej hybrydy podchodzą w podobny sposób, jak marki premium. Jako przykład weźmy debiutującego właśnie na naszym rynku nowego SEAT-a Leona.

Leon z silnikiem 1,5 TSI dostępny jest w tradycyjnej odmianie spalinowej oraz jako miękka hybryda. W konfiguratorze nie dostajemy bezpośrednio informacji, że mamy do czynienia z miękką hybrydą. Jako klienci musimy wcześniej wiedzieć, że oznaczenie „eTSI” oznacza właśnie układ miękkiej hybrydy.

 

 

Kto stoi za układami miękkiej hybrydy?

Podobnie jak w przypadku wielu komponentów, tak w przypadku miękkiej hybrydy za produkcję całych układów i poszczególnych części odpowiadają podmioty zewnętrze, które dostarczają markom motoryzacyjnym swoje rozwiązania. Czasami również bywa tak, że 48-woltową baterię dostarcza inny producent niż maszynę elektryczną.

W rozwój technologii miękkiej hybrydy (szczególnie bazującej na architekturze P2/P3) mocno zaangażowani są producenci skrzyń biegów jak Getrag, ZF czy GKN. Oferują gotowe przekładnie ze zintegrowanymi silnikami elektrycznymi.

Układ miękkiej hybrydy (lub podzespoły) produkują:

• Continental,
• Bosch,
• Delphi,
• Valeo.
• Magna (Getrag).

 

Co dalej z miękką hybrydą?

Będziemy świadkami bardzo szybkich zmian i rozwoju tej technologii oraz upowszechnienia architektury P2, oferującej możliwość jazdy wyłącznie na silniku elektrycznym.

Bosch – jeden z producentów 48-woltowych baterii do układu miękkiej hybrydy – szacuje, że do 2025 roku 20 proc. nowych samochodów będzie posiadać taką baterię na pokładzie. Z kolei według Continentala 48-woltowe miękkie hybrydy to najbardziej rozwojowy segmenty rynku motoryzacyjnego, z dynamicznym wzrostem sprzedaży do 2030.

Wygląda na to, że napęd miękkiej hybrydy będzie szedł w kierunku napędu pełnej hybrydy i niebawem otrzymamy możliwość jazdy wyłącznie na silniku elektrycznym w samochodzie z 48-woltową instalacją.

We wrześniu 2019 roku na salonie samochodowym we Frankfurcie Continental zaprezentował swój 48-woltowy układ z jeszcze mocniejszym rozruszniko-alternatorem. Może on wygenerować moc 40 KM, co w połączeniu z architekturą P2 daje nam tzw. pełną hybrydę i możliwość jazdy z prędkością 80-90 km/h jedynie na prądzie.

Valeo z kolei niedawno zaprezentowało hybrydę typu plug-in opartą o instalację 48-wolt. Taki samochód może przejechać do 40 km tylko przy wykorzystaniu mocnej maszyny elektrycznej z prędkością do 60 km/h. W dodatku takie rozwiązanie jest – wg Valeo – o 20 proc. tańsze od standardowej hybrydy typu plug-in.

Idziemy dalej. Do 48-woltowej instalacji elektrycznej w samochodzie można podpiąć znacznie więcej urządzeń, usprawniając w ten sposób ich pracę. Coraz popularniejsze stają się napędzane elektrycznie kompresory zapewniające większą moc od najniższych obrotów. Ale zelektryfikować można również pompę oleju i wody, kompresor klimatyzacji czy katalizator, zmniejszając przy tym obciążenie silnika i pozytywnie wpływając na jego wydajność. 

Miękkie hybrydy i 48-woltowe instalacje elektryczne zagoszczą w samochodach i staną się technologią tak powszechną jak turbodoładowanie w silnikach spalinowych.

 

To tyle z mojej strony.  Zdaję sobie sprawę, że temu opracowaniu z inżynieryjnego punktu widzenia daleko do doskonałości, ale nie to jest jego celem. Jednak jeśli masz uwagi lub w jakiejś kwestii znalazłeś rażące uchybienia, to pisz śmiało w komentarzu. Z przyjemnością będę ulepszał ten materiał dla dobra nas wszystkich.

 

 

 

BONUS

Czy w miękkie hybrydzie może rozładować mi się ten „zwykły” akumulator? I co wtedy się dzieje?

Jak wspominałem miękka hybryda, mimo sporej baterii 48V nadal zależna jest od tego tradycyjnego akumulatora. Przekonałem się o tym, kiedy ten tradycyjny akumulator 12V rozładował mi się w nowym VW Golfie. Na początku zaczęło pojawiać się ostrzeżenie o usterce instalacji 48V, a po chwili samochód nie chciał już odpalić. No więc mimo instalacji 48V i dodatkowego źródła zasilania miękka hybryda nie zajedzie daleko bez starego, dobrego akumulatora.

 

Źródła

How carmakers can reach their 2021 CO2 targets and avoid fines

48 V Hybridization – A Smart Upgrade for the Powertrain

48 Volt: A proven technology to reduce CO2 and NOX emissions

Continental puts first 48V hybrid assist system into production with Renault diesels