Klasický spalovací motor, nebo výhradně elektrický pohon? Na tuto zásadní otázku v oblasti moderní mobility existuje odpověď v podobě třetí možnosti: v angličtině PHEV, čili „Plug-in hybrid electric vehicle“, zkráceně také „Plug-in Hybrid“, v českém jazyce hybridní vůz s možností vnějšího nabíjení. Kombinace klasického spalovacího motoru s elektromotorem, který odebírá potřebnou elektrickou energii ze sady lithium-iontových akumulátorů uložené v zadní části vozidla, umožňuje jízdu s nulovými lokálními emisemi a nízkou celkovou spotřebou. Přinášíme přehled aktuálních technologií a modelů značky Audi.
Co znamená hybridní pohon a co přesně je „Plug-in Hybrid“?
Jako hybridní se tradičně označují pohony, které kombinují dvě technologie pohonu – tedy dva různé motory a systémy pro uložení energie. Pro hybridní pohony, které kombinují spalovací motor a elektromotor, je typické, že elektrický pohon lze využívat jako výhradní zdroj hnací síly pro cestování s nulovými lokálními emisemi nebo může podporovat spalovací motor dodatečným výkonem. Elektrický pohon slouží také jako generátor pro rekuperaci. Kinetická energie se přeměňuje na elektrickou a ta se ukládá do lithium-iontových akumulátorů. V současnosti nejčastější druh hybridních vozidel nese v angličtině označení Plug-in Hybrid (zkráceně PHEV), což v češtině znamená hybridní pohon s možností vnějšího nabíjení. Akumulátory lze nabíjet z externího zdroje elektrické energie, například z nabíjecího stojanu nebo elektrické zásuvky. Vozidla s tímto druhem pohonu mají odpovídajícím způsobem zvýšenou kapacitu akumulátorů. Zákazníkům to přináší výhodu delšího dojezdu s výhradně elektrickým pohonem.
Externě nabíjitelné hybridní vozy jsou komplexní spojnicí mezi dvěma různými světy v oblasti automobilových pohonů. Jaký je recept značky Audi na nejlepší celkové technické řešení?
Středem pozornosti jsou tři cíle: suverénní jízdní projev, jednoduchý management nabíjení a maximální praktičnost pro každodenní provoz. Tyto tři faktory jsou zásadní při vývoji vozidel PHEV značky Audi.
Zážitky z elektrické jízdy utváří na výkonný elektromotor, který má v závislosti na modelu výkon až 105 kW. Tím je zajištěn čistě elektrický pohon v různých jízdních situacích a ve velkém rozsahu provozních rychlostí. Základem častého a dlouhodobého využívání elektrické jízdy je optimalizované, komplexní řízení externě nabíjitelného hybridního pohonu v modelech Audi. Inteligentní systém diriguje spolupráci elektromotoru a spalovacího motoru. Rozhoduje, kdy má vůz jet pouze elektricky, kdy má probíhat rekuperace nebo kdy vůz přejde do režimu setrvačné jízdy s deaktivovaným spalovacím motorem a kdy se spalovací motor znovu spustí. Inteligentní řízení pohonu využívá data z různých senzorů vozidla a informace o průběhu trasy, aby se dosahovalo vysokého podílu elektrického pohonu v reálném provozu a vysoké úrovně hospodárnosti. Modely Audi PHEV mají elektrický dojezd až 59 kilometrů v jízdním cyklu WLTP.
Druhhým pilířem, na nějž se soustředí vývoj modelů Audi PHEV, je řízení nabíjecího procesu. Modely Audi PHEV střední a vyšší třídy lze nabíjet výkonem až 7,4 kW. Nabití těchto hybridních modelů trvá cca 2,5 hodiny. Tato doba nabíjení je ideální pro typický provozní profil zákazníků, kteří si pořizují modely PHEV. Díky tomu je možné nekomplikovaným a rychlým způsobem nabíjet vozidlo jednou až dvakrát denně, doma nebo navíc i v zaměstnání. Audi však zajišťuje jednoduché nabíjení také na cestách. Vlastní nabíjecí služba Audi e-tron Charging Service poskytuje majitelům modelů PHEV přístup k cca 137 000 nabíjecím přípojkám v 25 evropských zemích s jednou kartou. Sériová výbava všech modelů PHEV zahrnuje kromě nabíjecího systému Kompakt s kabelem pro domácí a průmyslové zásuvky také kabel Mode 3 s konektorem Typ 2 pro veřejné nabíjecí stojany.
Třetím zásadním cílem vývoje je vysoká míra praktičnosti pro každodenní provoz. Ta samozřejmě z velké části vyplývá již z prvních dvou uvedených cílů: častého využívání elektrického pohonu a nekomplikovaného nabíjení. Pro praktičnost je důležitá také dobrá nabídka vnitřního prostoru, mimořádná variabilita a snadné používání externě nabíjitelných hybridních modelů Audi. Inženýři Audi vynaložili velké úsilí na prostorově nenáročné uložení kompaktní sady akumulátorů pod podlahou zavazadlového prostoru modelů Audi PHEV. Podlaha nad akumulátory je sice v porovnání s konvenčními modely v nepatrně vyšší poloze, ale tvoří jednu rovinu. Výsledkem je rovná, snadno využitelná ložná plocha bez jakýchkoli omezení při nakládání. K dobré využitelnosti patří také, vyjma modelu A8 TFSI e*, nabídka tažného zařízení a s konvenčními modely identická nejvyšší přípustná hmotnost přívěsu (výjimkou je model Audi Q5: 2500 kg s konvenčním pohonem, 1750 kg PHEV).
Externě nabíjitelné hybridní modely jsou zajímavé pro mnoho zákazníků, především při pravidelném dojíždění do zaměstnání, protože umožňují trvale udržitelnou jízdu s nulovými lokálními emisemi, ve které se snoubí zážitky z elektrické jízdy, jednoduché nabíjení a mimořádná praktičnost pro každodenní provoz.
Jaké hybridní modely s možností vnějšího nabíjení má Audi ve své současné produktové řadě?
Aktuální portfolio modelů Audi Plug-in Hybrid zahrnuje modelové řady A6*, A7*, A8*, Q5* a Q7*. U modelů PHEV modelových řad A6*, A7*, Q5* a Q7* mají zákazníci na výběr komfortně orientovanou variantu nebo verzi se sportovní konfigurací včetně vyššího výkonu hybridní soustavy, sériově dodávané výbavy S line, tužšího nastavení podvozku a sportovnější charakteristiky pohonu. U modelu A8* si může zákazník zvolit jednu výkonovou variantu buď s normálním rozvorem, nebo s dlouhým rozvorem (verze L).
Audi představí v nadcházejících měsících další modely PHEV. Modely Plug-in Hybrid tak bude nabízet v osmi modelových řadách. Plánovány jsou další externě nabíjitelné hybridní modely pro nové Audi A3, Q8 a pro kompaktní SUV Audi Q3.
Jaké varianty pohonu Audi používá?
Audi kombinuje turbodmychadlem přeplňovaný zážehový motor s přímým vstřikováním (TFSI) s elektromotorem, jehož sada lithium-iontových akumulátorů je uložena pod podlahou zavazadlového prostoru. U všech modelů Plug-in Hybrid se elektromotor hybridního pohonu nachází ve skříni převodovky. Hybridní modul je tvořen elektromotorem a spojkou, která připojuje motor TFSI k systému pohonu. Tato spojka je umístěna přímo před převodovkou. V modelech Q5*, A6* a A7* pracuje sedmistupňová převodovka S tronic, v modelech Q7* a A8* osmistupňová převodovka tiptronic.
Ve všech hybridních modelech s možností vnějšího nabíjení je hnací síla přenášena na všechna kola. Tím je zaručena jak maximální trakce na kluzké vozovce a za špatných povětrnostních podmínek, tak i vysoká úroveň agility při sportovní jízdě. Šestiválcové modely jsou sériově vybaveny trvalým pohonem všech kol quattro, čtyřválcové modely mají pohon všech kol quattro ultra. Celkový nejvyšší výkon hybridní soustavy dosahuje 270 kW (367 k) u čtyřválcových verzí (A6*, A7*, Q5*), resp. 335 kW (456 k) u šestiválcových variant (Q7*, A8*). Modely A6*, A7* a Q5* jsou na evropských trzích navíc k dispozici ve variantách, jejichž hybridní systém, složený ze zážehového motoru 2.0 TFSI a elektromotoru, dosahuje nejvyššího výkonu 220 kW (299 k).
Jakou akumulátorovou techniku používá Audi v modelech PHEV?
Elektrický proud dodává elektromotoru akumulátorový systém s kapalinou chlazenými lithium-iontovými články, který je uložen pod podlahou zavazadlového prostoru. Akumulátory mají ve všech modelech střední a vyšší třídy kapacitu 14,1 kWh, v modelu Q7* dokonce 17,3 kWh. Sada akumulátorů poskytuje napětí 385 V. V modelech A6*, A7* a A8* je sestavena ze 104 článků v tenkém fóliovém pouzdru, rozdělených do osmi modulů. Lithium-iontové akumulátory v modelu Q5* používají prismatické články. Chladicí okruh sady akumulátorů je integrován do nízkoteplotního okruhu, který chladí také elektromotor a výkonovou elektroniku. Výkonová elektronika přeměňuje stejnosměrný proud vysokonapěťové sady akumulátorů na třífázový proud pro elektromotor. Při rekuperaci běží celý proces opačným směrem.
Jak dlouho trvá nabíjení modelů PHEV?
Kompletní nabití sady akumulátorů s kapacitou 14,1 kWh, jíž je vybavena většina modelů, ze zásuvky s třífázovým proudem a napětím 400 V trvá při nabíjecím výkonu 7,4 kW cca dvě a půl hodiny. Při použití domácí elektrické zásuvky s napětím 230 V se doba nabíjení prodlouží na cca šest a půl hodiny.
Ovládání pohonu: Jak řidič volí nabízené jízdní režimy?
Systém řízení hybridního pohonu externě nabíjitelných modelů je koncipován pro maximální hospodárnost a komfort zákazníků. Automaticky volí optimální provozní strategii. Řidič má k dispozici tři provozní režimy. Kromě hybridního provozního režimu „Auto“ – volí se při aktivní navigační funkci – si řidič může vybírat ještě z režimů „EV“ a „Hold“. V režimu EV je vozidlo poháněno výhradně elektricky, dokud řidič nesešlápne pedál plynu až za variabilní bod citelného odporu. Režim EV je základním nastavením při každém rozjezdu vozidla. V režimu „Hold“ ovládá řídicí systém pohon tak, aby se udržoval aktuální stav nabití akumulátorů, například pro pozdější jízdu s výhradně elektrickým pohonem v městských oblastech. I v tomto režimu má však čistě elektrická jízda svůj podíl.
Kromě toho může řidič volit také jízdní režimy „comfort“, „efficiency“, „auto“ a „dynamic“ prostřednictvím známého ovládacího prvku systému řízení jízdní dynamiky Audi drive select, a tím ovlivňovat nastavení pohonu, podvozku a řízení. V závislosti na nastavení se mění při zrychlování hranice, od nichž oba pohony spolupracují, nebo elektromotor poskytuje maximální točivý moment. V režimu „dynamic“ podporuje elektromotor spalovací motor ještě intenzivněji, aby bylo dosahováno maximální úrovně jízdní dynamiky.
Jak funguje systém řízení pohonu modelů Audi PHEV?
Méně je více – pro dlouhé jízdy s elektrickým pohonem sází Audi u svých modelů PHEV na kombinaci správné velikosti sady akumulátorů a optimalizovaného systému řízení pohonu. Díky jeho vysoké účinnosti a rekuperačnímu výkonu není větší sada akumulátorů nutná. Zásadní technologickou součástí modelů PHEV je asistent pro předvídavou hospodárnou jízdu spolu s předvídavou provozní strategií. Cílem obou systémů je maximálně efektivní využívání elektrické energie uložené v sadě lithium-iontových akumulátorů předvídavým řízením pohonu a rekuperace a co nejintenzivnější nabíjení akumulátorů přeměňováním kinetické energie.
Asistent pro předvídavou hospodárnou jízdu – známý z konvenčních modelů – reguluje činnost poháněcího a rekuperačního systému v závislosti na jízdní situaci a předvídavě přitom zohledňuje data o průběhu trasy. Jedná se například o hranice obcí, křižovatky, kruhové objezdy, topografii se zatáčkami, stoupáními a klesáními, známé omezení rychlosti, ale také o vpředu jedoucí vozidla zaznamenaná radarovým senzorem. Asistent informuje řidiče příslušnými zobrazeními a haptickým impulzem v pedálu plynu mu připomíná, že má dát nohu z pedálu plynu.
Předvídavá provozní strategie reguluje činnost poháněcího a rekuperačního systému po celé plánované trase. Tato funkce vyhodnocuje navigační data při zapnuté navigaci do cíle, informace asistenta pro předvídavou hospodárnou jízdu a data senzorů vozidla. Na základě toho sestavuje hrubý plán pro celou trasu a detailní plán pro nejbližší kilometry. Řidič dostává pokyny, kdy má uvolnit pedál plynu. Současně se aktivuje předvídavá rekuperace. Smyslem plánování trasy je zajistit co největší podíl elektrické jízdy ve městě a dojet do cíle s téměř vybitými akumulátory. Za jízdy se má využít maximální možné množství elektrické energie a v cíli se má vozidlo znovu nabít.
Co je aktivní pedál plynu?
Aktivní pedál plynu podporuje řidiče haptickou zpětnou vazbou při maximálně hospodárném stylu řízení. Odporem v dráze stlačování pedálu plynu signalizuje řidiči, kdy opouští oblast výhradně elektrické jízdy. Na základě informací asistenta pro předvídavou hospodárnou jízdu kromě toho také ukazuje řidiči, kdy má uvolnit pedál plynu, aby mohl vůz jet setrvačností nebo rekuperovat kinetickou energii.
Jak funguje rekuperace?
Systém pohonu modelů PHEV využívá podobnou funkci rekuperace jako nový elektromobil Audi e-tron. Je koncipován pro vysokou účinnost a maximální rekuperační výkon. Při brzdění dosahují modely PHEV značky Audi rekuperačního výkonu až 80 kW. Elektromotor obstarává veškerá mírná zpomalení – jedná se o většinu situací v každodenním provozu, které vyžadují brzdění. Při střední intenzitě zpomalování se přidává hydraulická brzdová soustava. Ta zajišťuje brzdění výhradně ve své režii až od zpomalení 0,4 g. Pečlivé nastavení systému zaručuje téměř nedetekovatelné přechody mezi rekuperačním brzděním a konvenčním brzděním ve spojení s dobrou modulací brzdného účinku brzdovým pedálem.
Co znamená podpora akcelerace elektromotorem?
Strategie pohonu je koncipována pro co nejrozmanitější zážitky z jízdy. Na jedné straně stojí požadavek maximálně hospodárné jízdy s vysokým podílem elektrického pohonu a současně může být hybridní pohon v případě potřeby také velmi sportovní díky podpoře akcelerace elektromotorem. Elektromotor přitom zvyšuje točivý moment spalovacího motoru. Intenzita této podpory závisí na zvoleném jízdním módu. V závislosti na modelu a konfiguraci motoru je k dispozici maximální točivý moment 500 N.m (Q5*, A7*), resp. 700 N.m (Q7*, A8*) – to je až o 200 N.m více než poskytuje samotný motor TFSI.
Je-li převodovka v režimu „S“, do něhož převodovka automaticky přechází v jízdním módu „dynamic“ systému řízení jízdní dynamiky Audi drive select, zůstává elektromotor aktivní i při uvolnění pedálu plynu a zajišťuje rekuperaci. U ostatních nastavení se rekuperace používá v situacích, kdy je z energetického hlediska smysluplnější než setrvačná jízda, a to ve spolupráci s asistentem pro předvídavou hospodárnou jízdu. Rekuperace při uvolněném pedálu plynu zajišťuje zpomalení až cca 0,1 g a lithium-iontové akumulátorem nabíjí výkonem až 25 kW.
Jakou roli hraje systém řízení provozní teploty?
Komplexní systém řízení provozní teploty je zásadní pro dlouhý dojezd s elektrickým pohonem a rychlé vyhřívání interiéru. Vysokoteplotní chladicí okruh chladí motor TFSI, jeho vedlejší agregáty a převodovku. Nízkoteplotní okruh chladí sadu akumulátorů, nabíječku, elektromotor a výkonovou elektroniku. Do systému řízení provozní teploty je integrováno tepelné čerpadlo, které vytváří z 1 kW elektrického výkonu až 3 kW tepelného výkonu. Tepelné čerpadlo je za tím účelem propojeno s oběhem chladiva klimatizace a využívá odpadní teplo vydávané vysokonapěťovými komponenty pro vyhřívání interiéru.
Jaké digitální možnosti nabízí aplikace myAudi u modelů PHEV?
Aplikace myAudi je praktickým nástrojem pro interakci s automobilem. Uživatel má prostřednictvím svého chytrého telefonu přístup k širokému portfoliu služeb Audi connect. Zákazník může v aplikaci zjišťovat na dálku stav nabití akumulátorů a dojezd, spustit nabíjení, naprogramovat časovač pro nabíjení nebo analyzovat statistické přehledy o nabíjení a spotřebě. Zákazník si může prostřednictvím aplikace také na dálku klimatizovat svůj vůz již před odjezdem.
Elektromobil na částečný úvazek s maximálními výhodami, aneb proč jsou verze „Plug-in Hybrid“ lepší než jejich pověst
Na automobily s externě nabíjitelným hybridním pohonem se často snáší kritika, že jsou příliš složité a těžké, zatímco jejich přínosy pro trvalou udržitelnost nejsou údajně dostatečně velké. Přinášíme jasné odpovědi na kritické dotazy.
Jsou vozidla PHEV jen překlenovací technologií do doby, než budou elektromobily výrazně levnější a budou nabízet v reálném provozu využitelný dojezd?
Externě nabíjitelné hybridní pohony nejsou žádnou překlenovací technologií, nýbrž vhodným rozšířením portfolia modelů a smysluplným příspěvkem pro trvale udržitelnou mobilitu. Způsoby, jimiž zákazníci používají své automobily, se totiž liší. Modely PHEV mohou být pro mnoho řidičů, kteří dojíždějí pravidelně do práce, ideálním řešením pro lokálně bezemisní jízdu, protože lze s nimi mnoho každodenních tras překonávat pouze s elektrickým pohonem, a tím i s nulovými lokálními emisemi. Díky možnosti nabíjení z externího zdroje elektrického proudu doma nebo v zaměstnání tak mohou zákazníci absolvovat velkou část jízd během týdne s výhradně elektrickým pohonem. Modely PHEV jsou navíc díky zážehovému motoru vhodné i pro cestování na dlouhé vzdálenosti. Pokrok ve vývoji akumulátorů a systému řízení pohonu v posledních letech přitom výrazně prodloužil dojezd s elektrickým pohonem.
Nabízíte velký počet modelů PHEV jen kvůli daňovým zvýhodněním a subvencím, které mohou zákazníci nyní využívat?
Daňová zvýhodnění mohou být pobídkou ke koupi, často však nejsou sama o sobě rozhodující. Právě soukromí zákazníci se vědomě rozhodují pro trvalou udržitelnost, a tím i pro modely PHEV, protože chtějí jezdit s nulovými lokálními emisemi a také mají vhodné možnosti pro nabíjení. Verze Plug-in Hybrid jsou ideální volbou pro služební vůz především v případech, kdy jeho uživatel jezdí převážně jen na krátké vzdálenosti, dojíždí po pevně stanovené trase nebo cestuje v rámci města, například mezi provozovnou a zákazníky. Je však také jasné, že při velmi vysokém počtu ročně ujetých kilometrů jsou první volbou modely poháněné moderními vznětovými motory.
Neměly by být akumulátory větší a spalovací motor menší?
Audi sází při koncepci pohonů PHEV na „rightsizing“, tedy nejvhodnější velikost všech komponentů, a na inteligentní řízení systému pohonu. V závislosti na druhu a velikosti vozidla se přitom používají čtyřválcové nebo šestiválcové motory TFSI. Ve spojení s výkonným elektromotorem a efektivním systémem řízení pohonu a rekuperace tak lze dosáhnout nízké spotřeby paliva. Dosažitelný dojezd s elektrickým pohonem v rozsahu od 40 do 50 kilometrů představuje vzhledem k běžným provozním profilům zákazníků perfektní kompromis. V reálném provozu se při využívání spalovacího motoru jeví z hlediska nízké celkové spotřeby paliva jako optimální použití motoru V6 ve větších a těžších modelech, jakými jsou A8* nebo Q7*, zatímco pro modely Q5*, A6* a A7* je vhodnější čtyřválec.
Nespotřebují modely PHEV ve skutečnosti často více než vozidla se spalovacím motorem?
Spotřeba může velmi kolísat v závislosti na uživatelském profilu. Tak je tomu i u modelů PHEV. Vozidla PHEV jsou koncipována pro pravidelné dojíždění. Jejich koncept pohonu je výhodný především pro krátké a pravidelně projížděné trasy a městský provoz. V těchto režimech lze často jezdit s nulovými emisemi. Modely PHEV značky Audi jsou koncipovány tak, aby byl jejich provoz díky optimalizovanému systému řízení pohonu co nejhospodárnější. Systém řízení pohonu zohledňuje při zajišťování nejvyšší úrovně hospodárnosti informace o profilu trasy, data od senzorů nebo průběh trasy. Modely PHEV navíc mohou jezdit v městském provozu, například v popojíždějících kolonách, výhradně elektricky. Díky tomu nabízejí výrazně vyšší hospodárnost. K ní jim dopomáhají také funkce výkonné rekuperace, asistenta pro předvídavou hospodárnou jízdu a předvídavé provozní strategie. Audi tyto koncepční výhody využívá a klade přitom mimořádný důraz na co nejvyšší podíl elektrické jízdy v městském provozu.
Nejsou reálné hodnoty spotřeby mnohem vyšší než podle metodiky WLTP?
Metodika WLTP má přinášet reálnější hodnoty spotřeby než dosavadní měřicí cyklus EU. Při měření podle metodiky WLTP musí PHEV absolvovat stanovený jízdní cyklus vícekrát. Na začátku jsou akumulátory zcela nabité. Cyklus se opakuje tak často, dokud nejsou akumulátory vybité. Poslední cyklus absolvuje vůz s vybitými akumulátory, takže využívá energii pouze od spalovacího motoru a z rekuperace. Díky tomuto vícestupňovému měření lze zjišťovat přesnější hodnoty nejen u spotřeby paliva a emisí CO2, ale i u elektrického a celkového dojezdu. Nakonec se vypočte vykazovaná hodnota emisí CO2 na základě podílu elektrického dojezdu na celkovém dojezdu. Značka Audi vyvinula pro své modely PHEV komplexní provozní strategii, která umožňuje v reálném provozu elektrickou jízdu i na delší vzdálenosti, a tím zvyšuje energetickou hospodárnost.
Modely PHEV nejsou praktické pro každodenní provoz…
Pro Audi je při vývoji modelů PHEV důležité, aby nabízely dalekosáhle neomezený vnitřní prostor a velkou variabilitu. Modely PHEV mají sice v porovnání s konvenčními modely o trochu menší objem zavazadlového prostoru. U modelu Audi A6 Avant TFSI e* to je 405 litrů v porovnání s 565 litry u standardního Avantu – ale v tomto případě zahrnuje hodnota 565 litrů také prostor pod podlahou, který je u modelu PHEV samozřejmě obsazen sadou lithium-iontových akumulátorů. Pro Audi je praktická využitelnost modelů PHEV mimořádně důležitá. Akumulátory jsou proto pod podlahou zavazadlového prostoru uloženy tak, aby vznikla rovná ložná plocha pro snadnou přepravu i velmi rozměrných předmětů. Samozřejmě je i nadále možné sklopení druhé řady sedadel. Pro téměř všechny modely PHEV (výjimkou je A8*) je k dispozici tažné zařízení, což je zejména u modelů SUV a Avant důležitým faktorem. Nejvyšší přípustná hmotnost přívěsu je u modelů PHEV identická s konvenčními modely (výjimkou je Audi Q5 s hodnotami 2500 kg u konvenčních verzí a 1750 kg u PHEV). Modely PHEV značky Audi disponují navíc různými technologiemi pro hospodárný provoz, například klimatizací interiéru před odjezdem, tepelným čerpadlem nebo pedálem plynu s haptickou funkcí. Tím je kromě vysoké úrovně hospodárnosti zajištěn také mimořádný komfort, na který jsou řidiči vozů Audi zvyklí.
Zdroj: TZ Audi
