Οι τρεις βασικές διατάξεις υβριδικής τεχνολογίας εξυπηρετούν διαφορετικές ανάγκες, με ξεχωριστή αρχιτεκτονική, τρόπο λειτουργίας και πρακτικά πλεονεκτήματα.
Μία εικόνα, χίλιες λέξεις. Η οποία εικόνα αποτυπώνει με αρκετή σαφήνεια τις τρεις βασικές προσεγγίσεις που χρησιμοποιεί σήμερα η αυτοκινητοβιομηχανία στα εξηλεκτρισμένα συστήματα κίνησης: το συμβατικό hybrid (καμία σχέση με τα 48βολτα mild hybrid), το plug-in hybrid και το range extender. Αν και συχνά μπαίνουν στο ίδιο «καλάθι», τεχνικά πρόκειται για διαφορετικές λύσεις, με άλλη ροή ενέργειας, άλλη συμμετοχή του θερμικού κινητήρα και διαφορετικό προφίλ χρήσης.
Στο αυτοφορτιζόμενο υβριδικό (HEV), ο θερμικός κινητήρας, ο ηλεκτροκινητήρας, η μπαταρία και το σύστημα μετάδοσης λειτουργούν συνδυαστικά. Η μπαταρία φορτίζεται κυρίως μέσω ανάκτησης ενέργειας κατά το φρενάρισμα ή την επιβράδυνση, αλλά και από τον ίδιο τον κινητήρα μέσω γεννήτριας.
Το βασικό χαρακτηριστικό εδώ είναι ότι ο θερμικός κινητήρας μπορεί να κινεί απευθείας τους τροχούς, ενώ ο ηλεκτροκινητήρας είτε υποστηρίζει την επιτάχυνση είτε αναλαμβάνει μόνος του την κίνηση για μικρές αποστάσεις (συνήθως 1-2 χιλιόμετρα) και σε χαμηλά φορτία. Αυτό σημαίνει πως το hybrid δεν χρειάζεται εξωτερική φόρτιση, αλλά η ηλεκτρική λειτουργία του είναι περιορισμένη σε διάρκεια και ταχύτητα.
Η λογική του συστήματος είναι να βελτιώνει την κατανάλωση καυσίμου και να μειώνει τις εκπομπές κυρίως στην πόλη, εκεί όπου οι συχνές επιβραδύνσεις επιτρέπουν μεγαλύτερη ανάκτηση ενέργειας.
Παραδείγματα αυτής της αρχιτεκτονικής συναντάμε σε μοντέλα όπως τα Toyota (Yaris Hybrid, Corolla Hybrid, C-HR Hybrid κ.α.), ενώ αντίστοιχη φιλοσοφία χρησιμοποιεί και η Honda (με τα Jazz e:HEV, CR-V e:HEV κ.α., αλλά και η Renault (με τα Clio E-Tech, Captur E-Tech κ.α.). Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, το ζητούμενο είναι η υψηλή αποδοτικότητα χωρίς να αλλάζει σημαντικά η καθημερινή συνήθεια του οδηγού, αφού δεν απαιτείται σύνδεση σε φορτιστή.
Το plug-in υβριδικό (PHEV) αποτελεί το επόμενο βήμα, καθώς διατηρεί τη βασική συνεργασία θερμικού κινητήρα και ηλεκτροκινητήρα, αλλά προσθέτει μπαταρία μεγαλύτερης χωρητικότητας και δυνατότητα φόρτισης από εξωτερική πηγή. Εδώ βρίσκεται και η σημαντικότερη διαφορά: ο οδηγός μπορεί να καλύπτει ένα ουσιαστικό μέρος των καθημερινών μετακινήσεων αποκλειστικά με ηλεκτρική ενέργεια, αρκεί να φορτίζει συστηματικά το αυτοκίνητο. Όταν η ενέργεια της μπαταρίας μειωθεί, το σύστημα λειτουργεί περισσότερο σαν ένα ισχυρό hybrid, με τον θερμικό κινητήρα να αναλαμβάνει μεγαλύτερο ρόλο.
Σε τεχνικό επίπεδο, και στο plug-in hybrid υπάρχει συνήθως μηχανική σύνδεση του θερμικού κινητήρα με τους τροχούς. Αυτό σημαίνει ότι η κίνηση μπορεί να προέλθει είτε από τον ηλεκτροκινητήρα είτε από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης είτε από συνδυασμό των δύο. Η διαφορά σε σχέση με το απλό hybrid είναι ότι το plug-in hybrid μπορεί να λειτουργήσει για αρκετά χιλιόμετρα ως ηλεκτρικό αυτοκίνητο, υπό προϋποθέσεις.
Παραδείγματα είναι τα Ford Kuga Plug-in Hybrid, VW Tiguan eHybrid, BMW X1 xDrive30e, Volvo XC60 Recharge κ.α.. Τα συγκεκριμένα μοντέλα δείχνουν και τον χαρακτήρα αυτής της τεχνολογίας: ταιριάζει σε χρήστες που κινούνται καθημερινά σε σχετικά μικρές αποστάσεις (αρκεί να τα φορτίζουν), αλλά θέλουν και την ευελιξία ενός θερμικού κινητήρα για μεγαλύτερα ταξίδια.
Η τρίτη περίπτωση, το range extender (EREV), είναι τεχνικά η πιο ιδιαίτερη και συχνά η λιγότερο κατανοητή. Σε αυτή την αρχιτεκτονική, ο θερμικός κινητήρας δεν συνδέεται μηχανικά με τους τροχούς. Ο ρόλος του είναι αποκλειστικά να λειτουργεί ως γεννήτρια, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια για τη μπαταρία ή για την τροφοδοσία του ηλεκτροκινητήρα.
Οι τροχοί κινούνται μόνο από τον ηλεκτροκινητήρα, άρα η αίσθηση οδήγησης είναι πολύ πιο κοντά σε αμιγώς ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Αυτό είναι και το κεντρικό τεχνολογικό του γνώρισμα.
Στην πράξη, το range extender προσπαθεί να συνδυάσει τα πλεονεκτήματα της ηλεκτρικής οδήγησης με την εξάλειψη του άγχους αυτονομίας. Όσο υπάρχει ενέργεια στη μπαταρία, το αυτοκίνητο λειτουργεί ως EV. Όταν η φόρτιση πέσει, ενεργοποιείται ο θερμικός κινητήρας για να διατηρήσει το επίπεδο ενέργειας και να συνεχιστεί η πορεία.
Από τα πρώτα παραδείγματα ήταν το Mazda MX-30 R-EV (πολύ παλιότερα το Chevrolet Volt ή το Opel Ampera), το οποίο χρησιμοποιεί περιστροφικό κινητήρα ως γεννήτρια, καθώς και το BMW i3 REx, που αποτέλεσε μία από τις πιο γνωστές εφαρμογές της συγκεκριμένης τεχνολογίας.
Σε ορισμένες αγορές βλέπουμε επίσης όλο και περισσότερους κατασκευαστές να επανέρχονται στη λογική του range extender, ειδικά για μεγαλύτερα SUV και μοντέλα που θέλουν να προσφέρουν ηλεκτρική αίσθηση οδήγησης χωρίς πλήρη εξάρτηση από δημόσια φόρτιση. Σύγχρονα παραδείγματα είναι πολλά κινεζικά SUV, όπως τα Leapmotor B10/ C10 REEV, Nissan e-Power κ.α.
Εδώ χρειάζεται και μια χρήσιμη διευκρίνιση. Υπάρχουν αυτοκίνητα που στην πράξη λειτουργούν αρκετά κοντά στη φιλοσοφία του range extender, χωρίς να είναι ακριβώς ίδια σε εμπορική ονομασία. Ορισμένα συστήματα σειριακού hybrid χρησιμοποιούν τον θερμικό κινητήρα κυρίως ως γεννήτρια, αφήνοντας τον ηλεκτροκινητήρα να αναλαμβάνει το κύριο έργο της κίνησης. Αυτό τα φέρνει πολύ κοντά στη λογική του range extender, ακόμη κι αν τεχνικά ή εμπορικά ο κατασκευαστής τα τοποθετεί σε άλλη κατηγορία.
Αν δούμε συνολικά τις τρεις λύσεις:
- το αυτοφορτιζόμενο HEV είναι η πιο απλή και ώριμη μορφή εξηλεκτρισμού, ιδανική για χαμηλότερη κατανάλωση χωρίς αλλαγή συνηθειών.
- το plug-in hybrid είναι πιο σύνθετο αλλά και πιο ευέλικτο, καθώς μπορεί να λειτουργεί ως ηλεκτρικό στην καθημερινότητα και ως υβριδικό στο ταξίδι. Απαραίτητη προϋπόθεση όμως είναι ο οδηγός να εκμεταλλεύεται το πλεονέκτημά του και να το φορτίζει.
- το range extender, από την άλλη, είναι η πιο «ηλεκτρική» από τις τρεις προσεγγίσεις ως προς την εμπειρία οδήγησης, αφού οι τροχοί κινούνται μόνο από ηλεκτροκινητήρα και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει βοηθητικό ρόλο παραγωγής ενέργειας.
Αυτό που δείχνει η εικόνα είναι και η γενικότερη πορεία της τεχνολογίας. Όσο μετακινούμαστε από το hybrid προς το plug-in hybrid και τελικά προς το range extender, τόσο μειώνεται ο άμεσος μηχανικός ρόλος του θερμικού κινητήρα και τόσο ενισχύεται η κεντρική θέση του ηλεκτροκινητήρα στο σύστημα κίνησης. Πρόκειται ουσιαστικά για τρία διαφορετικά στάδια της ίδιας μετάβασης: από τη βελτιωμένη αποδοτικότητα του συμβατικού κινητήρα, προς μια όλο και πιο καθαρά ηλεκτρική λογική λειτουργίας.
