Kenderaan elektrik hibrid

Kenderaan elektrik hibrid adalah sejenis kenderaan hibrid yang menggabungkan enjin pembakaran dalaman sistem rejangan dengan sistem rejangan elektrik. Kehadiran sistem kuasa alektrik bertujuan untuk mencapai samada ekonomi bahan api yang lebih baik berbanding dengan kenderaan konvensional atau prestasi yang lebih baik. Ada pelbagai jenis HEV, dan tahap mereka berfungsi sebagai kenderaan elektrik juga berbeza. Bentuk HEV yang paling lazim ialah kereta elektrik hybrid, walaupun trak elektrik hybrid (pikap dan traktor) dan bas juga wujud.

HEV moden mengguna pakai teknologi peningkatan kecekapan (efficiency-improving) seperti pembrekkan janaan semula (regenerative braking), yang mengubah tenaga kinetik kenderaan kepada tenaga elektrik untuk mengecas, berbanding membazirkan ia sebagai tenaga haba sebagaimana brek konvensional. Sesetengah jenis HEV menggunakan enjin pembakaran dalaman mereka untuk menjana tenaga elektrik dengan memutarkan generator elektrikal (gabungan ini dikenali sebagai generator-motor), samada mengecas bateri mereka atau memberikan kuasa secara terus kepada motor pemanduan elektrik. Banyak HEV telah mengurangkan pelepasan melahu (idle emission) dengan mematikan ICE pada tempoh melahu dan menghidupkan kembali apabila ianya diperlukan; ini dikenali sebagai sistem hidup-berhenti. Sebuah elektrik hibrid menghasilkan pelepasan yang kurang daripada ICE berbanding kereta berkuasa petrol yang bersaiz sama, kerana enjin petrol HEV biasanya lebih kecil jika dibandingkan dengan kenderaan berkuasa petrol yang mempunyai saiz yang sama (gas asli da bahan api propana menghasilkan pelepasan yang lebih rendah) dan jika tidak digunakan untuk memberikan kuasa secara terus kepada kereta, boleh ditala untuk dikendalikan pada kecekapan maksimum, meningkatkan lagi ekonomi bahan api.

Pada tahun 1901, Ferdinand Porche telah membangunkan Lohner-Porsche Mixte Hybrid, kereta hibrid elektrik-petrol pertama di dunia^[1]. Kenderaan elektrik-hibrid tidak boleh didapati secara meluas sehingga keluaran Toyota Prius di Jepun pada tahun 1997, diikuti dengan Honda Insight pada tahun 1999^[2]. Sementara pada permulaannya, ia dilihat sebagai tidak diperlukan oleh kerana petrol berkos rendah, peningkatan harga petroleum di seluruh dunia menyebabkan banyak pembuat kereta mengeluarkan kereta hibrid lewat tahun 2000-an. Kini mereka dilihat sebagai segmen teras untuk pasaran automotif pada masa akan datang^[3][4].

Lebih daripada 5.8 juta kenderaan elektrik hibrid telah dijual di seluruh dunia pada akhir Oktober 2012, diterajui oleh Toyota Motor Company (TMC) dengan lebih daripada 4.6 juta hibrid Lexus dan Toyota dinual pada Oktober 2012. Diikuti pula dengan Honda Motorb Co., Ltd. dengan penjualan global kumulatif lebih daripada 1 juta pada lewat September 2012. Ford Motor Corporation pula menjual lebih 200,000 unit hibrid di Amerika Syarikat lewat Jun 2012. Sehingga Oktober 2012, penjualan hibrid di seluruh dunia diterajui oleh Toyota Prius liftback, dengan penjualan kumulatif sebanyak 2.8 juta unit, dan boleh didapati di hampir 80 buah negara. Amerika Syarikat adalah pasaran terbesar dunia bagi hibrid dengan lebih 2.5 juta unit kereta hibrid dan SUV dijual sehingga Oktober 2012 diikuti dengan Jepun dengan lebihb 2 juta unit hibrid dijual sehingga Oktober 2012. Prius adalah kereta hibrid paling laris di pasaran US, melangkaui mercu tanda 1 juta pada April 2011. Penjualan kumulatif Prius di Jepun mencapai sasaran 1 juta unit pada Ogos 2011.

HEV boleh dikelaskan berdasarkan kepada cara bagaimana kuasa disalurkan ke sistem pemanduan (drive train):

• Di dalam hibrid selari (parallel hybrid), ICE dan motor elektrik kedua-duanya disambungkan kepada transmisi mekanikal dan secara serentak, boleh memindahkan kuasa untuk memacu roda, biasanya melalui transmisi konvensional. Sistem "Bantuan Motor Bersepadu"(Integrated Motor Assist) Honda adalah contoh sebagaimana yang didapati dalam Insight, Civic, Accord dan juga pemula-alternator sistem (Hibrid BAS) dijumpai di hibrid Chevrolet Malibu adalah contoh pengeluaran hibrid selari. Pada masa ini, pengkomersilan hibrid selari menggunakan motor elektrik tunggal dan kecil (<20 kW) dan pak bateri kecil oleh kerana motor elektrik tersebut tidak direkabentuk untuk menjadi sumber tunggal untuk kuasa gerak daripada pelancaran. Hibrid selari juga mampu untuk melakukan pembrekkan janaan semula (regenerative braking) dan ICE juga boleh bertindak sebagai sebuah generator untuk pengecas tambahan. Hibrid selari adalah lebih cekap berbanding kenderaan bukan hibrid ketika keadaan henti-dan-jalan dan ketika pengoperasian di lebuh raya di mana motor elektrik tersebut berfungsi sebagai penyumbang tambahan.
• Dalam hibrid sesiri, hanya motor elektrik memacu sistem pemanduan, dan ICE berfungsi sebagai generator untuk menggerakkan motor elektrik atau untuk mengecas bateri. Pak bateri boleh dicas melalui pembrekkan janaan semula atau melalui ICE. Hibrid sesiri selalunya mempunyai ICE yang lebih kecil dan pak bateri yang lebih besar berbanding hibrid selari, yang mana membuatkan mereka lebih mahal daripada selari. Konfigurasi ini membuatkan hibrid sesiri lebih cekap dalam pemanduan kota. Chevrolet Volt adalah hibrid plug-in bersiri, walaupun General Motor memilih untuk menggambarkan Volt sebagai sebuah kenderaan elektrik dilengkapi dengan ICE "pelanjutan jarak" (range extending) berkuasa petrol dan oleh itu digelar "Kenderaan Elektrik Pelanjutan Jarak"(Extended Range Electric Vehicle) atau EREV.
• Hibrid kuasa-terpisah (power-split) mempunyai manfaat gabungan antara ciri-ciri siri dan selari. Sebagai hasilnya, secara keseluruhan mereka lebih cekap, kerana hibrid sesiri cenderung untuk lebih cekap pada kelajuan yang rendah dan selari lebih cekap pada pemanduan laju. Walau bagaimana pun, kos hibrid kuasa-terpisah lebih mahal berbanding selari yang tulen. Contoh untuk sistem hibrid kuasa-terpisah (dirujuk juga sebagai "siri-selari") termasuk model semasa Ford, General Motors, Lexus, Nissan dan Toyota.

Hibrid penuh, kadangkala digelar hibrid kuat (strong hybrid), adalah sebuah kenderaan yang boleh bergerak dengan menggunakan hanya enjin, hanya bateri, atau gabungan kedua-duanya. Sistem hibrid Ford, Pemanduan Sinergi Hibrid Toyota dan Teknologi Mod-Duaan General Motors/Chrysler adalah sistem hibrid penuh. Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, dan Ford Fusion Hybrid adalah contoh-contoh hibrid penuh, oleh kerana kereta-kereta ini boleh digerakkan oleh kuasa bateri sahaja. Pak bateri yang besar dan berkapasiti tinggi diperlukan untuk operasi hanya-bateri. Kenderaan-kenderaan ini mempunyai laluan kuasa terpisah membenarkan fleksibiliti yang lebih dalam sistem pemanduan dengan mengubah secara dalaman kuasa mekanikal dan elektrikal, dengan mengambil beban kos kerumitan.

Hibrid sederhana, adalah sebuah kenderaan yang tidak boleh dipandu hanya dengan menggunakan motor elektrik, kerana motor elektrik tidak mempunyai kuasa yang cukup untuk menggerakkan kenderaan tersebut secara bersendirian. Hibrid sederhana hanya menyediakan sebahagian daripada ciri-ciri yang ditemui dalam teknologi hibrid, dan pada kebiasaannya mencapai penjimatan penggunaan bahan api yang terhad, sehingga 15 peratus dalam pemanduan bandar dan 8 hingga 10 peratus kitaran keseluruhan. Sebuah hibrid sederhana pada asasnya adalah sebuah kenderaan konvensional dengan motor pemula yang lebih besar, yang membenarkan enjin tersebut untuk dimatikan apabila kereta tersebut coasting, membrek, atau berhenti, namun dapat mula semula dengan cepat dan lancar. Motor tersebut biasa diletakkan di antara enjin dan transmisi, mengambil tempat pengubah torque (torque converter), dan digunakan untuk membekalkan kuasa rejangan tambahan ketika memecut. Aksesori boleh terus untuk beroperasi dengan kuasa elektrik apabila enjin petrol dimatikan, dan sebagaimana seperti rekabentuk hibrid lain,motor tersebut digunakan untuk pembrekkan janaan semula untuk menawan kembali tenaga. Jika dibandingkan dengan hibrid penuh, hibrid sederhana mempunyai bateri yang lebih kecil dan motor/generator yang lebih kecil dan lemah, yang mana membenarkan pembuat untuk mengurangkan kos dan berat.

Hibrid awal Honda termasuk generasi pertama Insight menggunakan rekabentuk ini, memanfaatkan reputasi mereka merekabentuk enjin petrol kecil yang efektif. Sistem mereka ini digelar Bantuan Motor Bersepadu (Integrated Motor Assist - IMA). Bermula dengan 2006 Civic Hybrid, Sistem IMA kini boleh menggerakkan kenderaan tersebut dengan hanya menggunakan kuasa elektrik ketika penyusuran berkelajuan sederhana (medium speed cruising). Contoh lain adalah 2005-2007 Chevrolet Silverado Hybrid, trak pikap bersaiz penuh. Chevrolet mampu untuk memperolehi penambahbaikan untuk kecekapan bahan api Silverado dengan mematikan dan memulakan semula enjin atas-permintaan dan menggunakan pembrekkan janaan semula. General Motors juga telah menggunakan teknologi Hibrid BAS sederhana dalam model yang lain seperti Saturn Vue Green Line, Saturn Aura Greenline dan Malibu Hybrid.

Sebuah kenderaan hibrid plug-in (PHEV) adalah sebuah kenderaan dengan bateri boleh cas semula di mana bateri tersebut boleh dikembalikan kepada keadaan cas penuh dengan menghubungkan plug kepada sumber elektrik luar. Sebuah PHEV berkongsi ciri-ciri yang sama dengan kenderaan hibrid konvensional yakni ia mempunyai motor elektrik dan juga enjin pembakaran dalaman. Persamaan PHEV dengan kenderaan elektrik pula adalah ia juga mempunyai plug untuk disambungkan kepada grid elektrik. PHEV mempunyai jarak elektrik keseluruhan (all-electric range) jika dibandingkan kepada hibrid gas-elektrik. Ia juga menghapuskan "kegelisahan jarak" (anxiety range) yang sering dikaitkan dengan kenderaan elektrik kerana enjin pembakaran berfungsi sebagai sandaran ketika kuasa bateri habis.^[5]

Jenis rekabentuk hibrid elektrik boleh dibezakan melalui struktur sistem penghantaran hibrid, jenis bahan api dan mod operasi.

Pada tahun 2007, beberapa pembuat kereta telah mengumumkan bahawa kenderaan pada masa hadapan akan menggunakan aspek teknologi hibrid elektrik untuk mengurangkan kadar penggunaan minyak tanpa menggunakan sistem penghantaran hibrid. Pembrekkan janaan semula boleh digunakan untuk mengguna dan menyimpan kembali tenaga untuk menjanakan aksesori elektrik, seperti penghawa dingin. Mematikan enjin ketika waktu diam dapat mengurangkan kadar penggunaan minyak dan mengurangkan emisi tanpa penambahan sistem penghantaran hibrid. Dalam kedua-dua keadaan, sebahagian daripada kelebihan teknologi hibrid elektrik boleh didapati sementara kos tambahan dan berat adalah terhad kepada penambahan bateri yang lebih besar dan juga motor pemula.

Enjin petrol digunakan dalam kebanyakan rekabentuk hibrid elektrik dan berkemungkinan besar akan kekal dominan pada masa hadapan. Sementara petrol merupakan sumber bahan api utama, adalah merupakan suatu kemungkinan untuk mencampurkan ethanol pada tahap-tahap tertentu yang dicipta daripada sumber boleh diperbaharui. Sebagaimana kenderaan enjin pembakaran dalaman yang lain, HEV boleh menggunakan sehingga 15% bioethanol. Pembuat mungkin bertukar kepada enjin bahan api fleksibel, yang mana bakal menaikkan nisbah yang dibenarkan. Namun begitu, rancangan ini tidak dilaksanakan setakat ini.

Kenderaan elektrik diesel menggunakan enjin disel untuk menjanakan tenaga. Diesel mempunyai kelebihan dalam menjanakan tenaga terus-menerus dalam tempoh masa yang lama. Ia juga kurang mengalami masalah kehausan dan beroperasi pada kecekapan yang lebih tinggi. Daya kilas enjin diesel yang tinggi, digabungkan dengan teknologi hibrid, mungkin boleh menawarkan perbatuan yang lebih baik. Kebanyakan diesel boleh menggunakan 100% bahan api (biodisel) asli, dan tidak memerlukan petroleum sama sekali (walau begitu, campuran antara bahan api bio dan petroleum boleh didapati dengan lebih kerap). Sistem penghantaran Hibrid diesel-elektrik telah mula muncul pada kenderaan komersil (terutamanya bas). Sehingga tahun 2007, tiada kereta penumpang hibrid diesel-elektrik berkelasakan ringan boleh didapati di pasaran. Namun begitu, prototaip bagi tujuan ini wujud.

Hidrogen boleh digunakan dalam dua cara. Pertama adalah sebagai sumber haba bahan bakar; keduanya adalah sebagai sumber elektron untuk motor elektrik. Pembakaran hidrogen tidak dibangunkan di dalam terma yang praktikal. Oleh yang demikian, kenderaan elektrik bersel bahan api hidrogen (HFEV) yang menjanakan banyak perhatian. Sel bahan api hidrogen menjana elektrik yang disuap kepada sebuah motor elektrik untuk memacu roda. Hidrogen tidak dibakar, tetapi ia digunakan. Molekul hidrogen, H2, digabungkan dengan oksigen untuk membina air. 2H₂ (4e^-) + O₂ --> 2H₂O (4e^-). Molekul hidrogen dan oksigen yang mempunyai afiniti bertimbal balik menggerakkan sel bahan api untuk memisahkan elektron daripada hidrogen dan menggunakan mereka untuk menggerakkan motor elektrik; dan mengembalikan mereka kepada molekul air terion yang terbina apabila hidrogen ternyah elektron digabungkan dengan oksigen di dalam sel bahan api. Motor digerakkan melalui tindakbalas daya tarik di antara proton dan nukleus oksigen, dan daya tarik elektron terhadap molekul air terion.