Vozy s hybridním pohonem

1. Úvod

Vozy s hybridním pohonem

Vozy, u kterých je více než jeden zdroj akcelerační síly.
V současné době je termín HEV (Hybrid Electric Vehicle) užíván pro řešení kombinující jako zdroj akcelerační síly spalovací motor (ICE – Internal Combustion Engine) s jedním nebo více elektrickými motory.
Zásobníky energie jsou palivová nádrž a elektrická baterie.
Dvě základní struktury HEV:

sériová,
paralelní.

2. Typy hybridních pohonů

_{Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics: System Components, Networking and Hybrid Drive, Robert Bosch GmbH, Springer 2007, ISBN 978-3-658-01783-5}

2.1. Sériový hybrid

1 – ICE

2 – palivová nádrž

3 – el. stroj - generátor

4 – el. stroj - elektromotor

5 – výkonový měnič

6 – baterie

Sériové uspořádání zdrojů akcelerační síly.
Sériové uspořádání tvoří spalovací motor (ICE) a dvojice elektrických strojů.
Spalovací motor (ICE) není mechanicky spojen s nápravou.
Elektrický stroj (3) pracuje jako generátor.
Veškerý tok výkonu na nápravu je realizován přes elektrický stroj (4):
Elektrický stroj (4) pracuje

jako motor v režimu pohon, energie je odbírána z trakční baterie a ICE,
jako generátor při brzdění, je dobíjena trakční baterie,
jako startér ICE.

Režim pohon

Režim brzda

ICE je možné provozovat v optimálním bodě účinnosti:

$P_1 = M_1 ω_1$ = konst. = $argmax⁡[(η_1 = f(M_1, ω_1)]$ .

ICE není mechanicky spojen s nápravou → mnoho možností zástavby do vozu.
Nízká účinnost přenosu výkonu z ICE na kolo (velké množství přeměn).

Příklad

Maximální účinnost $η_{max} = \max(η_1 η_3 η_5 η_4 ) = 0,35\cdot0,96\cdot0,98\cdot0,96 = 0,32$

Použití

Autobusy v městském provozu, tzn. styl jízdy stop&go a známá trasa.
Range extenders – prakticky BEV, nouzové dojetí po vybití baterie.

_{Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics: System Components, Networking and Hybrid Drive, Robert Bosch GmbH, Springer 2007, ISBN 978-3-658-01783-5}

2.2. Paralelní hybrid

1 – ICE

2 – palivová nádrž

3 – elektrický stroj

4 – spojka

5 – výkonový měnič

6 – baterie

Paralelní uspořádání zdrojů akcelerační síly.
Spalovací motor (ICE) (1) je mechanicky spojen s nápravou.
Každý z motorů, tj. spalovací motor (ICE) (1) a elektrický motor (2), může samostatně pohánět nápravu.
Alternativně mohou oba motory současně pohánět vozidlo → součet výkonů umožňuje minimalizovat jednotlivé stroje (tj. ICE a elektromotor).
Velká škála realizace paralelního spojení (na oddělené nápravě, na hřídeli (podle umístění P0-P4), s planetovou převodovkou, atd.).
Elektrický stroj (3) pracuje

jako motor když je napájen z trakční baterie (6),
jako generátor při dobíjení trakční baterie (6),
alternativně jako startér ICE.

Režim pohon

$P_k = P_6 + P_1 = U_6 I_6 + M_1 ω_1 = (M_1 + M_3) ω_1$ , alternativně $M_1 ω_1+M_3 ω_3$
$P_1 = 0$ , $P_k = M_3 ω_3 = P_6 = U_6 I_6$
$P_6 = 0$ , $P_k = M_1 ω_1 = P_1$

Režim brzda

$-P_k = (-M_1 -M_3)ω_1 = -P_6 -P_1 = U_6 (-I_6) -M_1 ω_1$ , alternativně $-M_1 ω_1-M_3 ω_3$
$P_1 = 0$ , $-P_k = -M_3 ω_3 = -P_6 = U_6(-I_6)$
$P_6 = 0$ , $P_3 = 0$ , $P_k = -M_1 ω_1 = -P_1$

Pohon a dobíjení

$P_k = P_1 -P_6 = (M_1-M_3)ω_1 = M_1 ω_1 - U_6 I_6$ , alternativně $M_1 ω_1-M_3 ω_3$

ICE není možné provozovat pouze v optimálním bodě účinnosti.
Existuje spojení ICE a nápravy → méně ztrát než u sériového uspořádání.

Použití

Široké použití u nejrůznějších dopravních prostředků včetně hybridních osobních aut (mild hybrid, full hybrid, plug-in hybrid).
Elektrický pohon zvyšuje účinnost pohonu s ICE, zejména při akceleraci a při brzdění rekuperací (vhodné pro městský provoz).
Při jízdě na velmi dlouhé vzdálenosti postupně dojde k vybití baterie a pohon zajišťuje pouze ICE → ztráta výkonu elektromotoru (3).

_{Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics: System Components, Networking and Hybrid Drive, Robert Bosch GmbH, Springer 2007, ISBN 978-3-658-01783-5}

2.3. Sério-paralelní hybrid

1 – ICE

2 – palivová nádrž

3 – planetová převodovka

4 – el. stroj - elektromotor

5 – výkonový měnič

6 – baterie

7 – el. stroj - generátor

Kombinuje obě uspořádání, sériové i paralelní.
1x ICE (1), 2x elektrický stroj (4) a (7)
Varianta na obr. 3 zobrazuje spojení pomocí planetové převodovky (3).
Varianta na obr. 3 s planetovou převodovkou a 2. elektrickým strojem (7) umožňuje realizovat plynule měnitelný převod mezi nápravou a ICE (1), podobně jako převodovky CVT.
Režimů je celá řada, např.

spalovací motor (ICE) (1) může samostatně pohánět vozidlo, stejně tak je možná čistě elektrická jízda,
část výkonu spalovacího motoru může pohánět nápravu a zbývající část může zároveň dobíjet baterii.

Nabízí velký prostor pro strategie řízení s cílem optimalizace účinnosti.

Sério-paralelní uspořádání s planetovou převodovkou bez spojky

Toyota Hybrid System

Opel Ampera/Chevrolet Volt - uspořádání s více spojkami

_{Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics: System Components, Networking and Hybrid Drive, Robert Bosch GmbH, Springer 2007, ISBN 978-3-658-01783-5

https://www.youtube.com

https://www.chevrolet.com}

3. Stupně elektrifikace vozidel

_{Doppelbauer, M.: Antriebstechnik für die E-Mobilität, Springer 2012}

3.1. Mikro hybrid

Start&stop + ESM (Energy Smart Management)
Vypíná ICE při stání
Používá baterii 12 V (obvykle Pb)
Snížení spotřeby paliva pomocí ESM

Baterie 12 V napájí spotřebu vozu i při běhu motoru, alternátor nezatížen => snížení spotřeby paliva.
Baterie 12 V je dobíjena

při brždění,
v oblasti největší účinnosti ICE.

Elektrický stroj se nepodílí na hnacím momentu.

3.2. Mild hybrid (MHEV)

Dominantní motor je ICE
Napájení z baterie 48 V (technologie Li nebo Ni-MH)

Baterie 48 V (Li), DC-DC měnič, baterie 12 V (Pb)

Výkon elektromotoru obvykle max. 15 - 20 kW

Zvyšuje výkon a toč. moment.
Pomáhá pokrýt problematické oblasti účinnostní mapy ICE.
Pokrývá zpoždění generace točivého momentu od ICE.

Neumožňuje čistě elektrickou jízdu.
Rekuperace

MHEV Honda IMA

Ford Puma

Hyundai Tucson

Hyundai Tucson

Baterie Lion 48 V, 0,44 kWh
Palubní baterie 12 V, nabíjení přes DC/DC měnič
Elektromotor P = 12 kW, M = 55 Nm

_{https://www.ford.com

https://www.honda.com

https://www.hyundai.com}

3.3. Typy MHEV dle umístění elektromotoru

P0 – elektrický stroj je s ICE spojen pouze přes klínový řemen

12 V stroj nahrazen 48 V.
Zvyšování momentu ICE (booster), rekuperace, start&stop
Nelze mechanicky oddělit od ICE.
Elektrická jízda není možná.
Např. Audi A8 48V MHEV, mainstreamová technologie, velký přínos (CO2/km) při nízkých nákladech na integraci

P1 – el. stroj na výstupu ICE (spojen s klikovým hřídelem)

Zvyšování momentu ICE (booster), rekuperace, start&stop
Vyšší výkon a moment než P0 (není omezen momentem prokluzu řemene)
Nelze mechanicky oddělit od ICE, stejné otáčky.
Vyšší náklady na integraci, problematické chlazení, úzký zástavbový prostor
Např. Honda Insight 2009

P2 – el. stroj na vstupu převodovky

El. stroj mechanicky oddělen od ICE (spojka)
El. stroj stejné otáčky jako ICE (nebo vyšší)
Zvýšené možnosti rekuperace
Možnost čistě elektrické jízdy (P2, P3, P4), neumožňují start&stop

P3 – el. stroj na výstupu převodovky

El. stroj mechanicky oddělen od ICE
Otáčky jsou násobkem otáček kol.
Vyšší účinnost rekuperace (P3 i P4)

P4 – el. stroj spojen s nápravou nebo umístěn na kole

El. stroj mechanicky oddělen od ICE
Možnost nezávislého pohonu kol
Možnost topologie axle split hybrid (přední náprava ICE, zadní elektromotor)

3.4. Full hybrid (FHEV)

Větší baterie (Lithium nebo Ni-MH)

jednotky – desítky kWh

Napětí stovky V

Trakční baterie 200 - 400 V (Li), DC-DC měnič, baterie 12 V (Pb)

Výkon elektromotoru desítky kW

Zvyšuje výkon a toč. moment.
Pomáhá pokrýt problematické oblasti účinnostní mapy ICE.
Pokrývá zpoždění generace točivého momentu od ICE.

Čistě elektrická jízda

Dojezd jednotky až desítky km

Rekuperace
Baterie není dobíjena z elektrické sítě.

Toyota Prius 2. generace (FHEV)

_{https://global.toyota.com}

3.5. Plug-in hybrid (PHEV)

Velká baterie (Lithium nebo Ni-MH)

Jednotky až desítky kWh

Napětí stovky V

Trakční baterie 200 - 400 V (Li), DC-DC měnič, baterie 12 V (Pb)

Výkon elektromotoru desítky (stovky) kW

Samostatně pohání vozidlo.
Zvyšuje výkon a toč. moment.
Pomáhá pokrýt problematické oblasti účinnostní mapy ICE.
Pokrývá zpoždění generace točivého momentu od ICE.

Čistě elektrická jízda

Dojezd desítky km

Rekuperace
Dobíjení baterie

z elektrické sítě (dominantní)
rekuperací

Škoda Superb iv (PHEV)

Škoda Superb iv (PHEV)

ICE: 1395 ccm, 115 kW, 250 Nm
E-motor: PMSM, 85 kW, 330 Nm
Trakční baterie: 13 kWh

_{https://www.skoda-auto.cz}

3.6. Range extender (REEV)

Obdoba čistě elektrických vozidel (BEV)

Elektromotor je hlavní pohon, desítky – stovky kW
Trakční baterie desítky kWh, dojezd stovky km
Nabíjení z elektrické sítě (dominantní) a rekuperací

ICE pouze pro nouzové dojetí

Malý výkon
Jízda omezenou rychlostí

Často sériový hybrid

Audi A1 e-tron

Audi A1 e-tron

ICE: Wankel, 254 ccm
E-motor: 45 (75) kW
Trakční baterie: 380 V, 12 kWh

BMW i3 range extender

BMW i3 range extender

ICE: 650 ccm, 25 kW
E-motor: PMSM, 125 - 137 kW
Trakční baterie: 18 - 38 kWh

_{https://www.bmw.com

https://www.autorevue.cz}

3.7. Čistě elektrické vozidlo (BEV)

Velká baterie (dominantní technologie Lithium)

Desítky kWh

Napětí stovky V

Typicky 400 V (Li), DC-DC měnič, baterie 12 V (Pb)

Výkon elektromotoru desítky (stovky) kW

Jediný pohon vozidla
Pouze čistě elektrická jízda

Dojezd stovky km
Rekuperace
Dobíjení baterie

z elektrické sítě (dominantní)
rekuperací

VW E-Golf (BEV)

VW E-Golf (BEV)

E-motor: PMSM, 100 kW, 290 Nm
Trakční baterie: 35,8 kWh

_{https://www.volkswagen.de}

Stránky:	Moodle ZČU
Kurz:	KEV/EMB Elektromobilita - podklady k výuce
Kniha:	Vozy s hybridním pohonem

Vytiskl(a):	Nepřihlášený host
Datum:	úterý, 27. října 2026, 02.35

Vozy s hybridním pohonem

Popis

Obsah

1. Úvod

2. Typy hybridních pohonů

2.1. Sériový hybrid

2.2. Paralelní hybrid

2.3. Sério-paralelní hybrid

3. Stupně elektrifikace vozidel

3.1. Mikro hybrid

3.2. Mild hybrid (MHEV)

3.3. Typy MHEV dle umístění elektromotoru

3.4. Full hybrid (FHEV)

3.5. Plug-in hybrid (PHEV)

3.6. Range extender (REEV)

3.7. Čistě elektrické vozidlo (BEV)