Je pravděpodobné, že když uslyšíte slovo „hybrid“, vybavíte si Toyotu Prius. To je fér. Od konce 90. let 20. století definoval segment Prius, což přimělo soupeře jako Honda Insight a Ford Fusion Hybrid, aby vstoupili do boje. Ale myšlenka zkombinovat benzínový motor s elektromotorem je stará. Velmi staré. První hybridní vůz se objevil o deset let dříve než Model T.
Historie hybridního elektrického vozidla (HEV) začíná v roce 1900.
Pařížská premiéra 1900
Ferdinand Porsche, který pracoval pro rakouského výrobce Lohner-Kessburg, představil na výstavě v Paříži Lohner-Porsche Elektromobil. Auto vypadalo jako krabice na kolech, ale jeho konstrukční řešení bylo radikální.
Většina aut té doby jezdila na páru, elektřinu nebo benzín. Porsche udělalo něco jiného. Vytvořil auto, které k jízdě po městě využívalo elektřinu. Ale byl v tom trik.
Lohner-Porsche Elektromobil se stal prvním vozidlem využívajícím k dobíjení baterie spalovací motor.
To je definice hybridu. Benzínový motor vyrábí energii k nabíjení baterie, která zase pohání kola. Do této chvíle musel být vůz zapojen do zásuvky. Porsche vyřešilo problém omezeného dojezdu, který trápí čisté elektromobily dodnes. Používal malý benzinový motor, který udržoval baterie nabité za jízdy.
Proč na tom teď záleží
Možná se ptáte, proč byl tento raný experiment zapomenut?
Za prvé, benzín se stal levným a dostupným. Čistě elektrická auta trpěla omezeným dojezdem. Čistě benzínová auta dobyla trh. Hybridní koncept zůstal nečinný po celá desetiletí.
Poté jej znovu začala používat ropná krize a později ekologické předpisy.
- 1968: General Motors postavil XP 512, experimentální hybrid, který využíval elektřinu při nízkých rychlostech a benzín při vysokých rychlostech.
- 1973: Victor Vuk postavil prototyp založený na Buicku Skylark z roku 1972. Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) projekt nefinancovala, takže byl opuštěn.
- 1989: Audi představilo Audi Duo, které kombinovalo 12koňový elektromotor s 139koňovým benzínovým motorem.
- 1997: Toyota uvedla na trh Prius v Japonsku.
Moderní doba je ve skutečnosti jen oživením myšlenky roku 1900. Lohner-Porsche dokázal, že motor lze oddělit od kol. Můžete jezdit na jeden zdroj energie a pak přejít na jiný. Tato flexibilita je od té doby jádrem každého hybridu.
V další části se blíže podíváme na specifické mechanické vlastnosti Lohner-Porsche a proč tak předběhlo dobu.
Jak Lohner-Porsche Elektromobil v roce 1900 vyřešil problém omezeného dojezdu
Inženýrská překážka pro první výrobce automobilů byla jednoduchá, ale tvrdohlavá. Baterie se rychle vybíjely. V roce 1900 se dojezd neměřil na míle, ale na čtvrtiny. Řešením Porsche nebylo zvětšit velikost baterie. Byl to benzínový motor, který fungoval jako generátor.
Tato konfigurace udělala z Elektromobilu první praktický brzy benzin-elektrický hybridní vůz. Spalovací motor neroztáčel přímo kola. Otočil generátor, aby dobil baterii. Vlastní pohyb zajišťovaly elektrické motory nábojů. Nejvyšší rychlost byla 23 mph (37 km/h). V roce 1900 to pro městské cestování stačilo. Na dlouhé cesty to nestačilo, ale vyřešilo to okamžitý problém vybitých baterií uprostřed městské ulice.
Proč objednat E.U. Hart změnil historii automobilového průmyslu
První klient byl E.W. Hart z Lutonu v Anglii. Nepotřeboval jen hybrid. Potřeboval trakci. Požádal o instalaci motorů na všechna čtyři kola.
Porsche žádosti vyhovělo. Výsledkem byl hybrid s pohonem všech kol. Byl to obrovský technický skok. Před Hartovou objednávkou byl Elektromobil experimentem s pohonem dvou kol. Jakmile se vůz stal pohonem všech kol, koncept se rozšířil ze specializované kuriozity na spolehlivé řešení hnacího ústrojí. Dalo by se namítnout, že Hart koupil první hybridní vozidlo s pohonem všech kol (AWD). Pomohlo také prokázat, že elektrický pohon byl schopen zvládnout složité úkoly řízení a rozložení hmotnosti, s nimiž se potýkaly dřívější benzínové vozy.
Srovnání 1900 Elektromobil a 1997 Toyota Prius
Rozdíl mezi těmito dvěma vozy je téměř století. Technologie se liší. Záměry jsou podobné.
| Vlastnosti | Lohner-Porsche Elektromobil (1900) | Toyota Prius (1997) |
|---|---|---|
| Hlavní zdroj energie | Elektrické nábojové motory | Elektromotor + benzínový motor |
| Úloha benzinového motoru | Pouze generátor | Generátor + přímý pohon |
| Maximální rychlost | 23 mph (37 km/h) | ~112 mph (180 km/h) |
| Objem výroby | ~300 jednotek | Více než 1 000 000 jednotek do roku 2008 |
| Dopad na trh | Specializovaný luxusní předmět | Masový trh |
Prius nevynalezl hybridní technologii. Zprůmyslnil to. Lohner-Porsche prokázala, že tento koncept funguje. Prius dokázal, že se dá vyrobit dostatečně levně pro miliony lidí.
Kde můžete vidět prvního hybrida
Většina Elektromobilů zmizela. Přežila jen hrstka exemplářů. Objevují se na výstavách starožitných aut, obvykle v bezvadném stavu, přitahují davy diváků, kteří si myslí, že jde o statické exponáty. Ale to není pravda. Pracují. Motory nábojů se stále točí. Generátor stále hučí.
Důvod, proč zmizely z paměti veřejnosti, je jednoduchý. Byly drahé. Byli pomalí. A pak byl spalovací motor lepší, levnější a tišší. Myšlenka hybridu nezemřela kvůli selhání. Zemřela, protože benzínový motor byl dost dobrý.
Proč je hybridní koncept po 100 letech zpět
Možná se ptáte, proč to trvalo tak dlouho. Odpověď je ekonomika. V roce 1900 byla elektřina drahá a infrastruktura špatná. V 90. letech se ceny ropy staly kolísavými a emisní předpisy se zpřísnily. Prius byl uveden na trh v Japonsku v roce 1997, protože regulační a ekonomické klima se konečně sladilo.
Porsche a Lohner vytvořili proof of concept. Toyota vytvořila obchodní případ. Lohner-Porsche Elektromobil zůstává poznámkou pod čarou ve většině knih o historii automobilů. Když se ale pozorně podíváte na pohonné ústrojí jakéhokoli moderního hybridu, uvidíte stejnou základní logiku: používejte elektřinu pro účinnost při nízkých otáčkách, používejte benzín pro dojezd a výkon. Tato logika se zrodila ve vídeňské dílně v roce 1900.
Jak vlastně funguje výroba hybridních baterií
Montážní linka hybridního vozu je klamně podobná lince, kde se montuje běžný sedan. Dopravníkové pásy pohybují součástmi, výtahy zvedají sestavy na místo a směs robotických paží a lidských rukou utahuje šrouby. Pokud byste stáli v továrně bez cedulky s označením, co přesně se vyrábí, možná si neuvědomíte, že jde o ekonomické auto.
Ke skutečné divergenci dochází ve fázi baterie. Tyto baterie jsou velké, těžké a vyžadují hodně místa. Nesjíždějí ze stejné výrobní linky jako zbytek vozu. Vyrábějí je specializované společnosti se sídlem především v Japonsku, jako jsou Panasonic a Sanyo. V závislosti na modelu a době hovoříme buď o nikl-metal hydridových (NiMH) nebo lithium-iontových (Li-ion) článcích.
Zvažte lithium-iontovou cestu. Proces začíná lithiovým ingotem. Pod obrovským tlakem je vytlačen do plátu silného pouze 0,01 palce (0,254 mm). Přesné strojní zařízení navíjí tyto listy do pevných cívek a vytváří jednotlivé buňky.
Poté přichází fáze ohřevu.
Tyto buňky rány se vypalují při vysokých teplotách. Automatizované zařízení rozstřikuje roztavený kov na plechy v kroku zvaném metalizace. Po vytvrzení tohoto povlaku je několik těchto pokovených buněk složeno do jediného modulu. Je to tento modul, který nakonec skončí pod vaším kufrem nebo sedadlem a řídí elektrickou zátěž, zatímco benzinový motor dělá většinu práce.
Popírá produkce hybridů jejich přínos pro životní prostředí?
Existuje trvalý mýtus, že uhlíková stopa při stavbě hybridu je tak velká, že neguje úspory z jeho provozu. Pro skeptika to dává intuitivní smysl: větší baterie, více vzácných zemin, více energie na výrobu. Matematika to ale nepotvrzuje.
Zvažte Toyotu Prius. Jeden běžný protiargument uvádí, že přeprava niklu potřebného pro NiMH baterii po celém světě spálí více energie, než byste ušetřili jízdou v Priusu místo Hummeru. Analytici toto konkrétní tvrzení vyvrátili a poukázali na falešné předpoklady. Energie vynaložená na logistiku tvoří jen malou část paliva ušetřeného za dobu životnosti vozidla.
Vlastní data Toyoty poskytují jasnější obrázek. Prius musí ujet přibližně 13 000 mil (20 921 kilometrů), aby snížení emisí CO2 převýšilo emise generované při jeho výrobě. U většiny vlastníků k tomuto bodu zvratu dochází během prvního nebo druhého roku vlastnictví.
Která technologie hybridních baterií je z hlediska účinnosti lepší?
NiMH a Li-ion nejsou zaměnitelné upgrady. Slouží různým inženýrským účelům.
- NiMH : Starší, těžší a méně hustá na skladování energie. Byl to standard pro rané hybridy, protože byl silný, levný a bezpečný. Vyžaduje méně tepelné regulace než jeho nástupce.
- Li-ion : Lehčí a obsahuje více energie na libru. To umožňuje zmenšit bateriové sady, čímž se uvolní prostor pro náklad nebo cestující. Vyžaduje však komplexní termoregulaci, aby se zabránilo degradaci nebo tepelnému úniku.
Když se podíváte na ojeté hybridy, typ baterie určuje službu. Jednotky NiMH selhávají postupně, často vykazují rozdíly v napětí jednotlivých článků. Li-ion bloky mohou utrpět náhlou ztrátu kapacity, pokud chladicí systém selže.
Kde hybridní vozy zapadají do širší historie automobilu?
Hybridy nejsou vynálezem 21. století. Koncept pochází z více než století. Vůz Woods Dual Power z roku 1917 je jedním z prvních zdokumentovaných příkladů kombinujících spalovací motor s elektromotorem.
Tato technologie se na desetiletí zastavila, protože technologie baterií na tento úkol nestačila. Olověné baterie byly příliš těžké na to, aby byl hybrid praktický pro každodenní jízdu. Architektura se stala životaschopnou pro sériovou výrobu až s rozvojem NiMH v 90. letech.
Konverzace se nyní posunula od „fungují? na “jak jsou na tom ve srovnání s čistě elektrickými vozidly?” a “jak se vyrovnávají s chladným počasím?” Výrobní proces zůstává složitý, ale technické výzvy již nejsou o prokázání životaschopnosti. Ty se týkají optimalizace dojezdu, snížení nákladů a integrace solárního nabíjení tam, kde je to vhodné.
Montážní linka stále hučí. Baterie se stále pečou. A co skepticismus? Pořád tam je, jen teď vyzbrojený přesnějšími údaji.
