Mitä eroa on täyssähköautolla ja itselataavalla hybridillä?

Täyssähköauto on kaikista markkinoilla olevista vaihtoehdoista tekniikaltaan yksinkertaisin ja energiatehokkain. Sähkökäyttöisiin ajoneuvoihin luetaan täyssähköauton (BEV) lisäksi sekä osittain sähkön voimalla liikkuvat hybridiajoneuvot (HEV) ja ladattavat hybridiajoneuvot (PHEV).

Hybridillä tarkoitetaan ajoneuvoa, joka käyttää liikkumiseen kahta tai useampaa eri voimanlähdettä. Yleisimmin käytetään perinteisen polttomoottorin ja sähkömoottorin yhdistelmää.

Perinteinen, ”itselataava” eli latauskyvytön hybridi (HEV, hybrid electric vehicle)

Automaailmassa ylivoimaisesti tunnetuin ja myös myydyin hybridi on Toyota Prius, joka ensiesiteltiin vuonna 1996. Toyota Prius on ollut siis tuotannossa jo yli 20 vuotta ja siitä on myynnissä viides sukupolvi. Toyota Priuksesta oli pitkään tarjolla vain latauskyvytön, perinteinen hybridi (Hybrid electric vehicle, HEV.) Myöhemmin Priuksesta on tullut tarjolle myös pistokehybridi eli lataushybridi (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle).

Perinteisen hybridin taloudellisuus perustuu jarrutusenergian talteenottoon ja siihen, että polttomoottori voidaan sammuttaa auton rullatessa vapaalla. Jarrutusenergiasta ladataan osa generaattorin kautta akustoon. Auto voi käyttää akustoon varattua energiaa sähkömoottorin kautta liikkumiseen. Täyshybridin (FHEV) ja kevythybridin määritelmäerona on se, että täyshybridi kykenee liikkumaan pelkän sähkömoottorin voimin, kevythybridin sähkömoottori vain avustaa polttomoottoria eikä kykene liikuttamaan autoa yksinään lainkaan.

Tavallisia hybridiautoja ei ole mahdollista ladata ulkoisesta lähteestä. Perinteiset hybridit kykenevät säästöihin siis lähinnä kaupunkioloissa, jossa tulee paljon jarrutuksia. Maantiellä hybriditekniikasta on vähemmän hyötyä verrattuna polttomoottoriautoon. Perinteisissä hybrideissä akustot ovat kapasiteetiltaan yleensä pieniä.

Pistokehybridi eli lataushybridi (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle)

Pistokehybridissä auton akustoa voidaan ladata ulkoisesta lähteestä, yleensä verkkovirrasta. Akusto on yleensä tavallisen hybridin akustoa suurempi ja sähkömoottori on selkeästi tehokkaampi. Pistokehybridit kykenevät tottakai myös jarrutusenergian talteenottoon eli hyötyjarrutukseen ja ovat tässä usein etenkin kevythybridejä selvästi parempia hyötysyhteeltaan ja teholtaan. Sähkömoottorin teho vaikuttaa siihen kuinka suuri osa jarrutusenergiasta on mahdollista saada talteen.

Pistokehybrideissä polttoaineen osuus auton liikkumiseen tarvittavan energian tuottamisesta on yleensä selvästi pienempi kuin latauskelvottomissa hybrideissä. Pistokehybrideillä voi liikkua pelkästään sähkön voimalla yleensä vähintään noin 15-20km (esimerkiksi Mercedes-Benz C350e) ja pisimmillään jopa 80-100km (ensimmäisen sukupolven Chevrolet volt ja Opel Ampera).

Pistokehybridejä on hyvin monenlaisella erilaisella toteutusfilosofialla. Osa malleista on ”sähköisempiä” kuin toiset. Osassa autoista sähkömoottori kytkeytyy suoraan vetäviin pyöriin, osassa sähkömoottori on polttomoottorin tavoin vaihteiston takana. Autot voivat tekniikaltaan olla sarjahybridejä, rinnakkaishybridejä tai näiden erilaisia yhdistelmiä. Voimansiirtotyypeistä lisää jäljempänä.

Täyssähköauto (BEV, battery electric vehicle)

Täyssähköauto on kaikista markkinoilla olevista vaihtoehdoista tekniikaltaan yksinkertaisin ja energiatehokkain. Koska täyssähköajoneuvoista puuttuu kokonaan monimutkainen polttomoottorisysteemi ja sen vaatima vaihteisto, on sen voimansiirtoratkaisu paljon yksinkertaisempi. Sähköauto on siksi huoltovapaampi, luotettavampi ja voimansiirron välittömyyden vuoksi myös hauskempi auto kuin tavallinen polttomoottoriauto.

Täyssähköautossa kaikki liikkumiseen vaadittava energia ladataan ulkoisesta lähteestä ja säilötään akkuihin. Akut voidaan ladata joko kotona tavallisella käyttösähköllä tai niitä varten olemassa olevilla latauspisteillä. Suurimmassa osassa täyssähköautoja on vaihtovirtalatauksen lisäksi mahdollisuus pikalataukseen tasavirralla.

Pidennetyn kantaman sähköauto (EREV, extended range electric vehicle)

Pidennetyn kantaman sähköauto on General Motorsin luoma markkinointitermi pistokehybridille. Myös muutamat muut valmistajat ovat ottaneet termin käyttöön. EREV on siis nimitys ajoneuvolle, jossa suunnittelun lähtökohtana on ensisijaisesti liikkuminen sähkön turvin, mutta jossa on myös polttomoottori mahdollistamaan matkan jatkaminen akkujen tyhjennyttyä. EREV termiä on käytetty mm. Opel Amperasta/Chevrolet Voltista, edesmenneestä Fisker Karmasta sekä BMW i3 REX:stä. Osuvin termi on BMW i3 kohdalla, joka on lähtökohtaisesti sähköautoksi suunniteltu ja josta on olemassa sekä täyssähköinen, että pistokehybridiversio. Pistokehybridiversiossa on pienenkö skootterin kone (650cc), jonka turvin matkaa voidaan jatkaa seuraavalle pikalatauspisteelle asti.

Mikrohybridi

Mikrohybridi on puhdas markkinointitermi, jota jotkut valmistajat ovat käyttäneet kuvaamaan start-stop-järjestelmää. Mikrohybridi ei todellisuudessa ole hybridi lainkaan, koska auto liikkuu aina polttomoottorin turvin. Järjestelmä tuo käytännössä hyvin vähäisen edun polttomoottoriauton kulutukseen.

Erilaisia hybridityyppejä

Hybridiajoneuvot voivat olla tekniikaltaan joko sarjahybridejä, rinnakkaishybridejä tai näiden erilaisia yhdistelmiä.

Sarjahybridi

Sarjahybridissä auto liikkuu aina sähkömoottorin turvin. Sähkömoottorin käyttöön energia otetaan joko akustosta tai sitten virran syöttää polttomoottori generaattorin kautta. Polttomoottoria voidaan sarjahybridissä käyttää yleensä optimikierrosalueella, jolloin sen hyötysuhde on parempi. Polttomoottorin generaattorin kautta tuottamasta sähköstä ei yleensä tarvita aivan kaikkea heti liikkumiseen vaan osa voidaan ladata akkuun myöhempää käyttöä varten. Puhtaassa sarjahybridissä polttomoottorilta ei ole lainkaan mekaanista yhteyttä vetäviin pyöriin. Esimerkki tällaisesta puhtaasta sarjahybridistä on esimerkiksi BMW i3 REX. Sarjahybridissä sähkömoottorin ja vetävien pyörien välissä ei yleensä ole vaihteistoa vaan välityssuhde on kiinteä.

Rinnakkaishybridi

Rinnakkaishybridissä polttomoottori ja sähkömoottori liikuttavat autoa joko yhdessä tai erikseen. Rinnakkaishybridi voidaan toteuttaa joko oheisen kuvan mukaisesti siten, että polttomoottori ja sähkömoottori ovat vaihteiston kautta kytkettynä samalla akselille (esim. Audi A3 e-tron, Passat GTE, Mercedes Benz C350e) tai  siten, että polttomoottori (ja vaihteisto) on etuakselilla ja sähkömoottori on suoralla vedolla taka-akselilla (esim. Volvo V60 D6, Volvo XC90 T8). Jälkimmäisen toimintaperiaatteen hyötynä on parempi hyötysuhde ja välittömämpi ajotuntuma sähköllä ajaessa.

Sarja-rinnakkaishybridi

Sarja-rinnakkaishybridissä auto voi toimia tarpeen mukaan joko sarjahybridinä tai rinnakkaishybridinä. Polttomoottori voi siis joko toimia generaattorina ja auto liikkuu sähkömoottorin turvin tai sitten polttomoottori voidaan kytkeä suoraan vetäviin pyöriin.

Mitsubishi Outlander PHEV esimerkkinä

Esimerkkinä sarja-rinnakkaishybridistä on Mitsubishi Outlander PHEV, jossa etuakselille sijoitettu polttomoottori toimii tarvittaessa generaattorina etuakselin sähkömoottorille n. 120km/h asti. Tuota kovemmissa nopeuksissa polttomoottori kytketään suoraan vetäviin pyöriin (ilman vaihteistoa, välityssuhde on kiinteä).

Mitsubishi Outlander PHEV:ssä on sähkömoottori myös taka-akselilla ja auto on siten aina nelivetoinen. Jos akuissa on riittävästi varausta, autolla voi ajaa pelkästään sähköllä 60kW tehontarpeeseen ja 120km/h asti. Ajoakun virranantokyky rajoittaa puhtaan sähkökäytön maksimitehoa.

Jos tehoa tarvitaan yli 60kW, polttomoottori käynnistyy toimimaan generaattorina etuakselin sähkömoottorille. Auto toimii siis sarjahybridinä.

Yli 120km/h nopeuksissa polttomoottori on kannattavampaa kytkeä suoraan vetäviin pyöriin, koska Mitsubishin sähkömoottorin{”type”:”block”,”srcClientIds”:[”e1a072a9-2e9a-4402-bae5-e30fe56d8adc”],”srcRootClientId”:””} hyötysuhde heikkenee kovemmissa nopeuksissa. Auto toimii siis rinnakkaishybridinä. Välityssuhde polttomoottorilta vetäville pyörille on kiinteä ja vastaa vitosvaihdetta.

–

Lähteet:

M. Ehsani, Y. Gao & A. Emadi: Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, Second Edition (Power Electronics and Applications Series) 2nd Edition

Mitsubishi Service Training Department: Technician Training Guide Mitsubishi Outlander Phev