Základom každého elektrifikovaného pohonu je trakčná batéria. Nachádza sa v klasických hybridoch, plug-in hybridoch a elektromobiloch a dokonca aj vo vodíkových autách poháňaných palivovými článkami. No jej úloha v každom z týchto prevedení je mierne odlišná.
História trakčných batérií a elektromotorov v sériových automobiloch sa začala písať v roku 1997 debutom hybridného modelu Prius. Od začiatku išlo o veľmi pokrokový systém pohonu, založený na spolupráci benzínového motora s elektrickým a druhého elektromotora, ktorý slúžil najmä ako generátor. Energia vyrobená generátorom, ktorá sa nevyužije, ide okamžite do batérie.
Súčasné hybridy štvrtej a piatej generácie fungujú na rovnakom princípe, hoci každý prvok systému je oveľa menší, ľahší a efektívnejší a softvér riadi celok tak, aby čo najčastejšie využíval výlučne elektromotor s nulovými emisiami.
Hybridy piatej generácie – dôraz na výkon a potešenie z jazdy
Piata generácia hybridného pohonu je navrhnutá pre väčší výkon, dynamiku a potešenie z jazdy. Výkon systému 1,8 vzrástol zo 122 na 140 koní a systém s motorom 2,0 má namiesto 184 teraz 196 koní. Vďaka tomu Corolla 2023 s novým 1,8 hybridným systémom zrýchli na stovku za 9,2 sekundy, čo je až o 1,7 sekundy rýchlejšie ako model z roku 2022. Výkonnejšej verzii Corolly bude šprint na stovku trvať len 7,5 sekundy. Lepší výkon je zásluha vylepšenej lítium-iónovej batérie, ktorá je nielen menšia a ľahšia (až o 18 kg), ale zároveň aj výkonnejšia a efektívnejšia.
Hybridy – autá s trakčnou batériou, ale bez zástrčky
V deväťdesiatych rokoch neboli batérie ani nabíjacie systémy také efektívne ako dnes, preto auto nabíjané zo zástrčky nebolo praktickou alternatívou. Napriek tomu sa Toyota rozhodla uviesť na trh elektrifikovaný automobil, no navrhla úplne iné riešenie – spaľovací elektromobil schopný jazdiť v elektrickom režime s nulovými emisiami, ktorý počas jazdy nabíjal trakčnú batériu a rekuperoval energiu z brzdenia. V konvenčných automobiloch sa pri spomaľovaní nevyužíva kinetická energia vozidla, takže jej uloženie a opätovné použitie znižuje spotrebu paliva.
Dodatočným zdrojom energie v hybridnom aute Toyota je systém optimalizácie spaľovacieho motora, ktorý ho udržuje v najpriaznivejšom rozsahu otáčok. Spaľovací motor poháňa kolesá, no prebytočná energia sa ukladá do batérie. To znižuje spotrebu paliva a znižuje opotrebovanie motora.
Poskytovanie energie elektromotoru, ktorý poháňa auto, je primárnou, ale nie jedinou funkciou batérie. Energiu z nej čerpajú aj všetky palubné zariadenia – od elektrického ovládania okien a zrkadiel až po multimédiá, klimatizáciu či prvky aktívnej bezpečnosti. Vďaka tomu môže vodič využívať klimatizáciu či rádio aj pri dlhšom zastavení bez zapnutia spaľovacieho motora.
Za 25 rokov pôsobenia na trhu preukázali hybridy Toyoty svoju odolnosť a spoľahlivosť. To platí aj pre batérie, ktoré boli navrhnuté tak, aby zostali funkčné počas celej životnosti auta. Okrem technického pokroku a precíznosti spracovania má vplyv na životnosť batériových článkov aj zabezpečenie optimálnych pracovných podmienok počas ich používania. Po prvé, chladiaci a vykurovací systém udržiava batériu v optimálnej teplote. Odolnosť batérie zabezpečuje aj jej nabitie len v ideálnom rozmedzí 20 – 80 %.
Jedinečným prvkom hybridnej technológie Toyoty je menič, ktorý zvyšuje napätie na hodnotu vyžadovanú výkonným elektromotorom. Vďaka tomu môže byť napätie trakčnej batérie až trikrát nižšie ako napätie motora. Napríklad v hybridnej sústave 1.8 štvrtej generácie pracuje elektromotor s výkonom 53 kW a napätím 600 V, ktorý si vďaka použitiu meniča vyžaduje batériu s napätím len 202 V. To umožňuje použiť oveľa menšiu a ľahšiu batériu a zároveň môže motor pracovať s nižšou intenzitou prúdu, čo znižuje energetické straty.
Plug-in hybrid – výkon 306 k vďaka veľkej batérii
Pri uvedení modelu RAV4 Plug-in Hybrid bol veľkým prekvapením jeho výkon. 306 k je o 84 k viac ako dosahuje RAV4 Hybrid AWD-i. Zároveň sa však výkon jednotlivých motorov oproti klasickej hybridnej verzii nezmenil. Tento rozdiel je výsledkom oveľa väčšej a výkonnejšej batérie s kapacitou až 18,1 KWh.
Keď sa RAV4 Plug-in Hybrid objavil na trhu, mnohí sa pýtali, či nový model udrží výkon nad 300 k, ak sa vybije batéria. Skúsenosti ukázali, že úroveň nabitia batérie nemá žiadny vplyv na výkon generovaný pohonom. Batéria si totiž udrží minimálne 17 – 20 % svojej kapacity, aby sa aj po jej tzv. vybití uložilo dvakrát toľko energie, ako má plne nabitá batéria v hybridnom náprotivku. Vďaka tomu je vždy pripravená dodať elektromotorom dostatočný výkon, aby bolo auto rýchle ako s plne nabitou batériou a oveľa dynamickejšie ako štandardné RAV4 Hybrid.
Plug-in hybrid Toyota má ešte jednu výhodu, ktorá spočíva v tom, že jeho konštrukcia je založená na plne hybridnom systéme. Po vyčerpaní elektriny nabitej zvonku zostáva auto stále extrémne úsporné, pretože funguje v klasickom hybridnom režime. Energia získaná z brzdenia, uložená vo veľkej batérii, umožňuje pohybovať sa výlučne s elektromotorom tak často, ako v akomkoľvek inom hybride značky.
Elektromobil – dojazd do 500 km
V elektromobiloch je jediným zdrojom energie batéria. Na ňu na 100 % pracuje aj motor, ako aj všetky systémy a zariadenia na palube. Preto pre reálny dojazd auta má veľký význam spotreba energie palubných prístrojov. Klimatizácia v autách väčšinou spotrebuje veľa energie, no je ťažké sa jej vzdať len preto, že jazdíme na elektromobile. V Toyote bZ4X je klimatizácia, podobne ako chladiaci a vykurovací systém batérie, založená na tepelnom čerpadle, ktoré spotrebuje až 6-krát menej energie ako tradičné elektrické kúrenie. Aby bola batéria efektívne udržiavaná na správnej teplote, použila Toyota kvapalinové chladenie, čo je riešenie nezvyčajné, no veľmi efektívne.
V modeli Toyote bZ4X má lítium-iónová batéria s vysokou hustotou energie kapacitu až 71,4 kWh. Auto s pohonom prednej nápravy a s plne nabitou batériou má dojazd až 516 km. Verzia s pohonom všetkých kolies prejde až 470 km. Veľmi dlhý dojazd nevyplýva len z kapacity batérie a efektivity pohonu. Toyota siahla aj po riešení, ako je rekuperačný brzdový systém a voliteľná solárna batéria na streche, ktorá v slnečnom podnebí predĺži dojazd auta o ďalších 1800 km ročne.
Bezemisná elektráreň a zásobník energie v jednom aute
Vo vodíkových automobiloch, ako je Toyota Mirai, sú hlavným zdrojom energie pre elektromotor palivové články. Toto najmodernejšie zariadenie vyrába elektrinu pri reakcii vodíka a kyslíka, pričom jediným vedľajším produktom je voda. Mirai dostal aj batériu s rovnakou kapacitou a funkciu ako je v hybridoch. Vďaka nej fungujú palubné prístroje aj pri vypnutom motore bez spotreby vodíka a využívajú energiu rekuperovanú pri brzdení. Elektrina z batérie ide aj do motora a podporuje palivové články.
Trakčná batéria v Toyote Mirai pochádza z Lexusu LS 500h. Lítium-iónová nahradila nikel-metal hydridovú batériu z predchádzajúcej generácie Mirai. Je menšia, energeticky úspornejšia a efektívnejšia. Jej hmotnosť sa znížila zo 46,9 kg na 44,6 kg a maximálny výkon vzrástol o viac ako 20 %. Menšie rozmery batérie umožnili jej presunutie za operadlo zadného sedadla, kde neobmedzuje priestor v kabíne ani v kufri.
