Itselataava hybridi (HEV) – paljastamme markkinointimyytin ja todellisen kulutuksen

Termi “itselataava hybridi” sotii fysiikan lakeja vastaan. Fysiikkaa et voi huijata. Mikään auto ei lataa itseään tyhjästä. Jokainen watti energiaa on alun perin peräisin polttoainesäiliöstä. “Itselataava” on puhtaasti nerokas markkinointitermi. Valmistajat saivat auton suurimman heikkouden – sitä ei voi ladata pistorasiasta – kuulostamaan ylivertaiselta edulta ladattaviin hybrideihin nähden. Todellisuudessa autossa on vain mikroskooppinen, usein alle yhden kilowattitunnin akku.

Tekninen termi näille autoille on täyshybridi (HEV). Jos kaipaat vertailukohtaa 48 voltin sähköjärjestelmiin, jotka vain avustavat moottoria, lue analyysimme MHEV-järjestelmistä.

Täyshybridin sähkömekaaninen rakenne määrittää tarkasti sen, milloin auto säästää polttoainetta ja milloin se tuhoaa lompakkosi.

Planeettavaihteisto ja kuminauhailmiö

Täyshybridi yhdistää polttomoottorin ja sähkömoottorin samaan voimalinjaan. Kokonaisuus liikuttaa autoa pelkällä sähköllä vain pari kilometriä. Se on vähän. Pieni akku täyttyy nopeasti, kun kuljettaja jarruttaa. Se myös tyhjenee välittömästi, kun kuljettaja kiihdyttää autoa sähköllä.

Toyotan käyttämä voimanjakohybridi perustuu planeettavaihteistoon (e-CVT). Laite ohjaa polttomoottorin vääntöä joko renkaille tai generaattorille. Kytkimet puuttuvat kokonaan. Rakenne ei sisällä mekaanisesti kuluvia osia. Järjestelmä on tästä syystä pomminvarma. Se suorastaan loistaa raskaassa taksiajossa.

Mekaniikalla on kääntöpuolensa. Kun kuljettaja painaa kaasun pohjaan moottoritien rampissa, planeettavaihteisto nostaa polttomoottorin kierrokset välittömästi huippuunsa parhaan hyötysuhteen alueelle, kun taas auton nopeus kasvaa viiveellä moottorin ääneen nähden. Sähkömoottori tarjoaa kyllä välittömän väännön renkaille, mutta pelkän polttomoottorin huudon vuoksi kiihdytys tuntuu psykologisesti ja akustisesti pahamaineisen “kuminauhamaiselta”. Moottori huutaa, ja viive on vain korvien välissä.

Sarjahybridissä polttomoottori on vain generaattori

Nissan vie konseptin toiseen ääripäähän. Puhdasverisessä sarjahybridissä polttomoottori ei koskaan pyöritä vetäviä pyöriä. Esimerkiksi Nissanin e-Power-tekniikassa bensiinimoottori toimii pelkkänä generaattorina. Se jauhaa sähköä invertterille. Invertteri ohjaa virran suoraan sähkömoottorille.

Tämä ratkaisu on ylivoimainen, kun ajat kaupungissa. Auto reagoi kaasuun viiveettä sähköauton tavoin. Moottori saattaa nostaa kierroksia täysin riippumatta kaasupolkimen asennosta. Järjestelmä pyrkii pitämään generaattorin optimaalisella kierrosalueella, joten kuljettajan on totuteltava siihen.

Miksi hybridi häviää moottoritiellä?

Kaupunkiliikenne paljastaa perinteisen polttomoottorin heikkoudet. Kun auto matelee ruuhkassa ja pysähtelee jatkuvasti, polttomoottorin hyötysuhde romahtaa. Täyshybridi ratkaisee tämän ottamalla jarrutusenergian talteen ja ryömimällä ruuhkassa pelkällä sähköllä.

Moottoritiellä tilanne kääntyy päälaelleen. Yli 120 kilometrin tuntinopeuksissa hybridijärjestelmästä tulee rasite. Fakta on karu. Auto kantaa mukanaan 100–150 kiloa ylimääräistä akkua ja sähkömoottoria. Nämä komponentit ovat tasaisessa vauhdissa pelkkää turhaa painolastia.

Suoran mekaanisen ylivaihteen puuttuminen pahentaa tilannetta. Vaikka e-CVT laskee moottorin kierroksia suurissa nopeuksissa, se ei lukitse mekaanista voimaa renkaille suoran ylivaihteen tavoin. Planeettavaihteisto pakottaa osan polttomoottorin voimasta sähköisen reitin läpi, jotta kierrokset pysyvät kurissa. Tämä pakotettu sähköinen muunnos hukkaa jatkuvasti tehoa. Kun yhdistämme tämän jatkuvan siirtohäviön akuston tuomaan painolastiin, joka rokottaa ohituskiihtyvyyttä ja mäennousua, lopputulos on selvä. Moderni, kevyt suorasuihkutteinen turbobensiiniauto ja perinteinen kaksoiskytkinvaihteisto voittavat hybridin moottoritiellä usein marginaalisesti (noin 0,1–0,2 litraa satasella).

Taksidata paljastaa ajoakun todellisen iän

Korkeajänniteakun elinikä pelottaa monia käytetyn auton ostajia. Akun vaihtaminen maksaa merkistä riippuen 2000–3000 euroa.

Akunhallintajärjestelmä (BMS) puuttuu peliin. Se pidentää elinkaarta rajoittamalla voimakkaasti lataussyklejä. Järjestelmä pitää varaustason tarkasti 40 ja 80 prosentin välillä. Kennot eivät kulu kemiallisesti läheskään yhtä nopeasti kuin täyssähköautoissa. Ammattiautoilijat ajavat täyshybrideillä säännöllisesti yli 400 000 kilometriä ilman voimansiirron tai akun vaihtoa.

Valmistajat joutuvat valitsemaan teknologian huolella kylmiin olosuhteisiin. Toyota käyttää AWD-nelivetohybrideissään usein raskaampaa mutta vanhempaa NiMH-akkuteknologiaa. Etuvetoisissa malleissa on modernimpi litiumioniakku. NiMH kestää kovia pakkasia huomattavasti paremmin. Koska polttomoottorin on talvella pakko käydä jatkuvasti tuottaakseen lämpöä matkustamoon, se syöttää samalla taukoamatta virtaa generaattorille. Yhdistettynä NiMH-akkujen ylivertaiseen pakkaskestävyyteen tämä tarkoittaa, että taka-akselin sähkömoottorilla on loputtomasti voimaa käytettävissään. Siksi järjestelmä on mekaanista nelivetoa ylivertaisempi, kun sähköinen neliveto joutuu auraamaan tiensä Suomen lumihangessa.

Kääntöpuolena tämä jatkuva polttomoottorin huudattaminen matkustamon lämmittämiseksi paljastaa itselataavien hybridien suurimman heikkouden: sähköajon etu tuhoutuu kaupunkiliikenteessä. Talvikulutus karkaa usein täysin samalle tasolle perinteisten bensiiniautojen kanssa.