Hybridní jednotka tvořená spalovacím motorem a elektromotorem, jejímž průkopníkem se před více než 20 lety stala Toyota Prius, má několik variant, které se od sebe liší technickými řešeními a efektivitou. Nejjednodušší z nich, mild hybridy, se od obyčejných aut se spalovacím motorem liší pouze tím, že starter nahradil o něco větší elektromotor, který při nejvyšší zátěži poskytuje podporu spalovacímu motoru.
V paralelních hybridech pracuje elektromotor souběžně se spalovací jednotkou vybavenou rychlostní skříní, přičemž jeho role je především pomocná, ačkoli i jízda pouze na elektromotor je možná.
Největší úspěch sklidil plně hybridní pohon, který debutoval právě v Toyotě Prius. Spalovací motor je v něm spřažený s generátorem a elektromotorem pomocí speciální planetové převodovky. Pohon může fungovat jak v paralelním, tak v sériovém pracovním režimu, vůz ovšem může jezdit i čistě jen na elektřinu. V současnosti se toto řešení používá nejen ve vlajkové Toyotě Prius, ale i v populárních modelech Auris, Yaris, C-HR a RAV4. Rekordmanem je pak Lexus, který všechny své modely, od kompaktního hatchbacku CT, přes sportovní kupé RC, až po superluxusní limuzínu Lexus LS, nabízí v hybridních verzích.
- 10 zajímavostí, o kterých často neví ani majitelé hybridů:
- 1. Plně hybridní pohonná jednotka nemá převodovku v tradičním slova smyslu, nemá tedy ani zpátečku – při jízdě zpět se využívá elektromotor po změně směru jeho otáček.
- 2. Třebaže trakční akumulátor dodávající energii během jízdy na elektropohon a s podporou spalovacího motoru produkuje stejnosměrný proud, elektromotor pohánějící automobil je trojfázový a vytváří proud střídavý. Toto řešení zásadně usnadňuje ovládání pohonu.
- 3. Trakční akumulátor dodává proud o napětí více než 200 voltů, zvyšované elektrickým měničem napětí až na 650 voltů. Použití vysokého napětí umožňuje snížit napětí proudu pohánějícího elektromotor a použít kabely s menším průměrem, tj. omezit jejich hmotnost.
- 4. Za napájení trakčního motoru zodpovídá řídicí jednotka PCU, která mění stejnosměrný proud na trojfázový střídavý proud s počítačem precizně nastavovanými parametry. Změna frekvence proudu umožňuje ovládat otáčkovou rychlost motoru. Točivý moment, jenž vytváří, závisí na napětí, a změnou pořadí fází se provádí změna směru otáčení elektromotoru.
- 5. Zkonstruování náležitě výkonných měničů pro elektromotory bylo možné díky vynálezu IGBT tranzistorů (Insulated Gate Bipolar Transistor – bipolární tranzistor s izolovaným hradlem), které se na trhu objevily teprve v 90. letech minulého století. Přestože je soustava jednotky PCU efektivnější, vyvíjí značné teplo a je tedy nutné ji chladit kapalinou, podobně jako spalovací motor.
- 6. Trakční akumulátor při dobíjení a vybíjení produkuje velké objemy tepla, proto je vybaven aktivním chladicím systémem nuceného oběhu vzduchu. Udržování optimálních parametrů práce a precizní ovládání dobíjení a vybíjení akumulátoru pomocí počítače umožňuje, aby jeho životnost byla delší než 10 let.
- 7. Plně hybridní pohonná jednotka nemá alternátor ani starter, jejich funkci totiž plní generátor, který může fungovat také jako elektromotor při spouštění spalovacího motoru. Další, klasický akumulátor o napětí 12 voltů slouží k napájení elektronických a osvětlovacích systémů, dobíjí se přes měnič napětí připojený k instalaci vysokého napětí.
- 8. Třebaže k jízdě zpátky používá hybridní automobil výhradně elektromotor a při jízdě vpřed elektromotor asistuje spalovacímu motoru, sto procent energie spotřebované hybridem při jízdě pochází ze spalování pohonných hmot. Proto se vůz s plně hybridní jednotkou nemusí dobíjet ze zásuvky.
- 9. Pro snížení spotřeby hraje zásadní roli rekuperační brzdění, během něhož se brzdná energie mění na elektrickou a hromadí v akumulátoru. Původním zdrojem této energie je tedy spalování pohonných hmot spotřebovaných při rozjezdu a jízdě vozidla.
- 10. Během klidné jízdy po silnici stálou rychlostí dodává energii nezbytnou k pohybu vozidla spalovací motor i elektromotor. Spalovací motor pracuje v úsporném Atkinsonově cyklu, spotřeba pohonných hmot je proto nízká.
