Współczesna epoka stopniowej elektryfikacji masowo produkowanych samochodów rozpoczęła się w 1997 roku wraz z premierą hybrydowej Toyoty Prius. Jest to pierwszy zelektryfikowany model, który wszedł do głównego nurtu motoryzacji – już w 1998 roku jego sprzedaż przekroczyła 17 600 egzemplarzy, a obecnie na drogach całego świata jest ponad 4 miliony Priusów. Ten przełomowy samochód wyglądał całkiem niepozornie – zbudowano go na podstawie subkompaktowego modelu Echo. Pod maską kryła się jednak prawdziwa rewolucja. Do silnika benzynowego 1.5 dodano napęd elektryczny, który mógł napędzać samochód lub go spowalniać, odzyskując przy tym energię. Generowany podczas hamowania prąd trafiał do baterii, z której był potem pobierany podczas jazdy. Za koordynację pracy silnika spalinowego i elektrycznego odpowiada jednostka sterująca oraz opatentowana przez Toyotę przekładnia planetarna. To dzięki nim hybrydy Toyoty mogą być napędzane samym silnikiem elektrycznym, samym spalinowym lub przez oba jednocześnie. Za sprawą tego systemu hybrydy zużywają znacznie mniej paliwa niż porównywalne auta benzynowe, a przy tym nie wymagają ładowania z gniazdka.

Pierwsze współczesne samochody elektryczne (EV), oferowane na rynku, zaczęły pojawiać się mniej więcej w tym samym czasie co Prius, jednak żaden z nich nie odniósł komercyjnego sukcesu. Dla przykładu trwająca zaledwie trzy lata (1997-1999) produkcja Hondy EV Plus zamknęła się w liczbie 300 egzemplarzy. Współcześnie sytuacja EV jest znacznie lepsza – łączna liczba aut elektrycznych wszystkich producentów przekroczyła 3 miliony – dla porównania wszystkich hybryd samej tylko Toyoty jest dziś ponad 13 milionów. Najlepiej na globalnym rynku EV radzą sobie Tesla, Nissan, Renault i BMW. Ogromnym, lecz znacznie odseparowanym rynkiem aut elektrycznych są Chiny, gdzie działa wiele lokalnych marek produkujących auta elektryczne – najpopularniejsze z nich to BAIC, BYD, JAC, SAIC, Chery czy Geely.

Hybrydy przyzwyczaiły kierowców do silnika elektrycznego w samochodzie i przygotowały grunt pod dalszy rozwój elektromobilności. Konstrukcja samochodów elektrycznych zawiera komponenty, które pojawiły się na masowym rynku właśnie za sprawą niewymagających ładowania hybryd. Należy do nich oczywiście silnik elektryczny, a także sterownik mocy i przetwornica napięcia. Dzięki hybrydom do samochodów trafiły także trwałe, wydajne baterie – Toyota zdecydowała się na akumulator niklowo-wodorkowy i do dziś stosuje ten typ ogniw w większości swoich modeli ze względu na ich udowodnioną przez ponad 20 lat trwałość. Alternatywą dla nich są baterie litowo-jonowe, których przewagą jest większa gęstość energii, co pozwala zredukować wielkość i masę akumulatorów.

Napęd elektryczny składa się z trzech podstawowych komponentów – magazynu energii, jednostki sterującej i silnika. Samochody elektryczne mogą przechowywać energię bezpośrednio w akumulatorze (BEV) lub w innej postaci, najczęściej wodoru (FCV). Do aut wodorowych jeszcze wrócimy.

Baterie najczęściej są mocowane w podłodze auta lub z tyłu – pod kanapą i częściowo w bagażniku. Są one ładowane przez gniazdo w karoserii z zewnętrznego źródła – specjalnej ładowarki lub ewentualnie domowego gniazdka elektrycznego, co jednak zajmuje znacznie więcej czasu. Z baterii prąd płynie do jednostki sterującej, która decyduje, ile energii ma być dostarczane silnikowi. Moduł ten często pełni także funkcję przetwornicy, która zmienia prąd stały na zmienny lub odwrotnie, a także może zmienić jego natężenie. Prąd przekazywany jest do silnika elektrycznego, który zamienia go w energię kinetyczną. W samochodach EV, podobnie jak w hybrydach, silników elektrycznych może być więcej. Mogą one napędzać jedną oś, obie osie lub być zintegrowane z każdym kołem osobno. Mogą także pełnić funkcję generatora i odzyskiwać energię z hamowania.

Samochody na wodór (FCV) są napędzane silnikiem elektrycznym, tak samo jak auta na baterie. Różni je źródło prądu. Ogniwa paliwowe to nowoczesne urządzenie, w którym zachodzi reakcja wodoru i tlenu w niskiej temperaturze. Efektem tejże reakcji jest energia elektryczna i woda. Elektryczne samochody na wodór nie wymagają ładowania, lecz tankowania wodorem, które trwa kilka minut i wystarcza zwykle na ponad 500 km jazdy.

Obecnie najpopularniejszym samochodem FCV jest Toyota Mirai. Średniej wielkości sedan ma 154 KM mocy i rozpędza się do setki w 9 sekund. Co ciekawe, znaczna część jego układu napędowego pochodzi z samochodów hybrydowych marki. Dzięki temu choć samochody na wodór są nowością na rynku, zasadnicza konstrukcja Mirai jest dopracowana i sprawdzona.

Hybrydy ładowane z gniazdka (PHEV) to pomysłowe rozwiązanie na czasy przejściowe. Ich pojawienie się przyspieszyło rozwój infrastruktury i dało szansę oswoić się kierowcom z koncepcją ładowania samochodów bez ryzyka utknięcia samochodu z dala od źródła prądu, czyli tzw. obawy o zasięg. Samochody po naładowaniu baterii zapewniają zasięg kilkudziesięciu kilometrów na samym silniku elektrycznym. Kiedy zapas energii naładowany w domu czy w pracy się wyczerpie, samochód staje się – w zależności od producenta i technologii – albo standardowym autem spalinowym, albo standardową hybrydą, odzyskującą energię z ładowania.

Elektryfikacja to jeden z najważniejszych trendów we współczesnej motoryzacji. Wykorzystaniem silnika elektrycznego do napędzania auta w takim czy innym stopniu interesują się niemal wszyscy producenci, choć ich skuteczność w zainteresowaniu swoimi produktami klientów bywa różna. Wiele wskazuje na to, że w przyszłości wszyscy będziemy się poruszać pojazdami elektrycznymi – czy to będą samochody, czy autobusy, a nawet ciężarówki. Jednak rozwój elektromobilności stał się możliwy dzięki hybrydom – zarówno pod względem zdobywania rynku, jak i rozwoju technologii.

Źródło: Toyota