Měření Emisí Hybridních Vozidel: Postupy a Výzvy

Regulace emisí se netýkají jen automobilového průmyslu, ale vlastně veškeré aktivity, která emisemi skleníkových plynů vážně ohrožuje klima planety. Cílem není potlačit ten či onen průmysl, nebo jiný podpořit, ale snížit emise. Ideální cesta je ta, která je co nejvíce technologicky neutrální, tedy taková, která nepředepisuje, jak přesně emise snížit, ale nastavuje cíle.

Dnešní flotilové emise toto představují s tím, že jako dočasný mechanismus zahrnují „kredit“ za nízkoemisní auta do 50 g (jakákoliv), která většina výrobců nabízí. Myslím, že to je rozumné, protože bez technologie velmi nízko emisních aut nebude možno emise dále snižovat. Připomínám jen, že technologie použitá na emise je „tank-to-wheel“ (TTW), která zohledňuje jen emise od „čerpací stanice“, tedy emise, které mají výrobci pod kontrolou, u všech aut. Emise celkové (buďto “well to wheel” WTW nebo dokonce zahrnující i výrobu a likvidaci auta) totiž můžeme jen více či přesněji odhadovat.

Problémy s PHEV a Reálné Využití

Hybridní bateriová auta „do zásuvky“ (PHEV) mají jeden zcela zásadní problém. Tím je variance spotřeby při jejich užití a bohužel je to problém, který nemá dobré řešení. Ten, kdo jede krátkou vzdálenost s nabitou baterkou, jede fakticky za 0 g (TTW), jiný řidič s nenabitým PHEV ji jede za 7 litrů. Někdy i víc, třeba dle analýzy TAE oscilují emise u PHEV BMW X5 od méně než 50g po skoro 400g dle typu provozu. Dnes využívaný propočet ale vychází z dominantního využití čistého provozu na baterii, díky čemuž se toto auto komfortně vejde do „čistého“ limitu 50g.

Nejde jen o hru s čísly. Cílem těchto politik je skutečně emise z dopravy snížit (a právě auta s nižšími emisemi jsou jen jednou z mnoha cest). Skutečnost, že řidiči využívají elektrický režim mnohem méně, než jak je to nastaveno pro měření emisí, má totiž důsledky na produkci skleníkových plynů: PHEV totiž pak nejezdí například za 29 g, ale za 129 g. To odpovídá tomu, že dle studie CCT, která využila dat z tisíce aut, je využití bezemisního režimu v průměru 2-3x nižší, než jak s ním pracuje měřící cyklus pro stanovení emisí.

Obvykle to není jen „vina” řidičů, kterým se asi nechce vždy kabel vytáhnout a elektřinu na nějaký ten čistý kilometr dočerpat. Někde chybí infrastruktura (a možná část lidí ani neví, že PHEV lze nabít prakticky z každé zásuvky), jindy prostě toto auto není vhodné na způsob využití, ke kterému je užíváno. Platí to třeba tehdy, když obvyklé denní cesty jsou pod 50 km (či 100 km s nabitím mezi) a sem tam cesta delší. Pro uživatele, který nevěří bateriovým elektromobilům (BEV) a nebo nemá kde snadno nabíjet, to může být dobré řešení a klimatu trochu pomůže. Technická varianta, kdy PHEV není postaveno na klasickém pohonu (motorem a převodovkou), ale motor slouží spíše jako generátor elektřiny (a tedy pracuje s vysokou účinností), jako je řešení využívané třeba Hondou (která ale zatím nemá variantu PHEV), může efektivitu proti dnes převažujícím PHEV zvýšit a pohon zjednodušit.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

Budoucnost PHEV a Regulatorní Změny

Je zcela jasné, že dnes dominantní technologie vlastně doplňující full hybrid se silným elektromotorem o velkou baterii asi cesta vpřed není, neb faktické úspory pro velkou část řidičů nejsou velké, technika je složitá, a proto též náklady na údržbu (a rizika oprav) jsou značné. Nicméně, možné budoucnosti PHEV může zase pomoci rychlý rozvoj nabíjecí infrastruktury - pokud parkováním v práci nebo na parkovišti u obchodního centra auto pár kilowattů „nasosá” (navíc, střídavé nabíječky na dnes obvyklých 11 kW jsou velmi levné). Dále by pomohl i to, kdyby se u PHEV se prosadily technologie efektivnější než ty, co dnes převažují.

Je zjevné, že férové řešení jak vůči PHEV, tak i ve vztahu ke klimatu by představovalo větší zohlednění reálných dat o využití PHEV (ne souhrnně, ale ideálně dle typů či aspoň podobných technických řešení) při výpočtu regulatorních emisí, které jsou důležité pro motivaci výrobců. Ale logika je jasná - emise z osobní dopravy je třeba snížit, PHEV tuto možnost umožňují, ale nezajišťují. A jejich dnešní regulatorní řešení hrozí, že budeme podporovat cestu, která se ukáže jako končící ve slepé uličce. Nalezení snadného řešení je extrémně nesnadné, ale nějaká, smysluplná, srozumitelná a čas na přizpůsobení dávající změna, je nutná.

Nový Měřicí Cyklus WLTP a RDE

V roce 1992 byl představen měřicí cyklus New European Driving Cycle (NEDC). Od té doby byla tato procedura u silničních vozidel používána k určení spotřeby paliva a emisí. Proto začne být NEDC od podzimu 2018 nahrazován novým měřicím cyklem, nazvaným WLTP (World Harmonized Light Vehicles Test Procedure). Tento laboratorní test bude doplněn také testem emisí, který bude měřit výstupy škodlivin přímo na silnici: RDE (Real Driving Emissions). Nový měřicí cyklus WLTP je založen na maximálním přiblížení testovacích podmínek těm, které platí v reálném světě, což znamená, že dosažené hodnoty budou mít ve skutečnosti mnohem větší význam.

Aby bylo možné získat detailní informace o emisích CO2, zohledňuje nová metoda nejen standardní prvky výbavy - jako tomu bylo dříve - ale také všechny příplatkové prvky výbavy pro daný typ vozu. Metoda WLTP tak v budoucnosti umožní zákazníkům lépe vyhodnotit spotřebu vozu a emise CO2, nicméně v případě specifické konfigurace bude u vozu uvedena standardní individuální hodnota. I přes velkou přesnost tohoto měřicího cyklu se samozřejmě mohou objevit drobné odchylky. Každodenní spotřeba paliva a emise CO2 se odvíjejí od lišících se topografických podmínek, klimatu a individuálních technik řízení. Dopravní situace, aktuální zatížení vozu a využívání výbavy vozu, jako například klimatizace, jsou také faktory, jež mají další vliv na spotřebu vozidla.

Kromě metodiky WLTP bude od září 2018 pro všechny vozy vyrobené v Evropské unii, stejně jako ve Švýcarsku, Turecku, Norsku, Lichtenštejnsku, Izraeli a Irsku povinné také měření emisí v cyklu RDE (Real Driving Emissions). V těchto testech RDE budou přímo za jízdy měřeny jednotlivé částice znečisťující ovzduší, jako např. prachové částice a oxidy dusíku (NOx).

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Zavedení metodiky WLTP bude ve svém důsledku znamenat, že udávané hodnoty spotřeby paliva a emisí CO2 budou podobné jako při běžném provozu. Vzhledem ke speciálnímu zařízení, používanému při měření v rámci metodiky WLTP, budou naměřené hodnoty mnohem realističtější, protože vycházejí ze specifické konfigurace a výbavy testovaného vozu. Nicméně, realističtější naměřené údaje současně znamenají vyšší spotřebu paliva a emise CO2 u vozidel se spalovacími motory, včetně vozů s hybridním pohonem (i tzv. plug-in hybridů).

Zkratka RDE znamená „Real Driving Emissions“ (emise z reálného provozu). Jedná se o nový postup pro stanovení znečišťujících látek, jako například oxidů dusíku (NOx) a pevných částic. Základní odlišností je to, že měření se odehrává v provozu při reálných jízdních testech, a nejen v laboratorních podmínkách.

V porovnání s normou Euro 5 určuje nižší hodnoty emisí pevných částic a oxidů dusíku. Od září 2018* bude pro všechny výrobce povinná emisní norma EU6c. V porovnání s normou EU6b specifikuje nižší limity pro emise pevných částic u zážehových motorů. Stejné limity jsou platné také pro vznětové motory v rámci standardů EU6b a EU6c.

Hybridní Pohon a Snižování Emisí

Současné evropské předpisy pro emise osobních automobilů jsou tak přísné, že jejich dodržení vyžaduje nejen technologická řešení pro efektivní snížení škodlivin, ale bohužel i škrty ve výbavách, které primárně zvyšují hmotnost nebo aerodynamický odpor vozu. Rád bych tedy připomenul dvě sledované skupiny, kterými jsou emise škodlivin ve výfuku a emise CO2/km.

Výrobci za posledních 10 let udělali veliký pokrok v komplexním plnění limitů škodlivin. Víceméně všichni mají připravenu výrobu pro nadcházející úrovně € 6.3 (6d EVAP ISC FCM, od 1. 1. 2021). Přesto stojí za to zmínit novou normu pro benzínové motory - EVAP. Ta nařizuje regulaci úniků aromatických uhlovodíků z nádrží do ovzduší. Vozidla se podrobují přísným testům v rámci homologace, a to metodou uzavření celku do specializované vytápěné místnosti, kde se po dobu 48 h sleduje únik aromátů z nádrže.

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Staronovým problémem dopravy jsou emise skleníkových plynů, hlavně oxidu uhličitého. Poslední analýzy prokázaly, že automobilová doprava se v Evropě podílí zhruba na 12 % celkové produkce CO2.

Zkratka PHEV označuje tzv. hybridní vozidla, která mají kromě klasického pohonu i pohon elektrický. Navíc disponují baterií, kterou lze nabíjet ze sítě, proto tedy Plug-in Hybrid Electric Vehicle. Zajímavostí vozidel PHEV je, že byť se jedná o jednu myšlenku, detaily konstrukcí se u jednotlivých výrobců přece jen liší.

Pokud budeme chtít zachovat spalovací motor, připadá zatím v úvahu pouze konstrukce PHEV s paralelním uspořádáním trakce. Silnou výhodou současných PHEV je využití nových technologií převodovek (obr. 4), které umožňují vzájemnou kombinaci pohonů až do 135 km/h (max. rychlost testu WLTP). V ZEV módu ujedou až 55 km. Proto výsledné emise CO₂ jsou malé, do 40 g/km. Integrací elektrických strojů přímo do převodovek se ušetří vysokonapěťové kabely, mechanické propojení a klasický 12V startér spalovacího motoru.

Velmi diskutovanou otázkou týkající se vozidel PHEV jsou palivové nádrže, resp. jejich odvětrání. U PHEV může nastat situace, kdy je vozidlo používáno po delší dobu výhradně jako elektromobil. Tedy původní varianta by měla za následek, že kvůli stojícímu spalovacímu motoru by kanystr nebyl čištěn a docházelo by z důvodu jeho přesycení k únikům aromátů do ovzduší (neplnění normy EVAP). Technické řešení (obr. 6) je takové, že nádrž je normálně hermeticky uzavřená a tlak v ní se pohybuje okolo 300 mbar. Pokud vozidlo jede jako ZEV, nádrž zůstává uzavřena. Jestliže nastartuje spalovací motor, tlak v nádrži se stále udržuje, nicméně začne pracovat i propojení s kanystrem a sáním motoru.

Trakční baterie je druhým plnohodnotným úložištěm energie PHEV. Vzhledem k jejímu výkonu musí být dostatečně chlazená (většinou kapalinou). Chlazení hraje roli jak při odevzdávání energie, tak i při jejím přijímání, tedy dobíjení. Maximální teplota je 40 °C. Jmenovité napětí je většinou 400 V a kapacity se pohybují (zatím) do 15 kW/h. Baterie nepracuje v celé škále své kapacity, ale od 10 do 97 % SOC. Čili nesmí se podbít, ale zároveň se musí nechat i prostor pro případnou rekuperaci při plném stavu nabití baterie.

Údržba a Servis PHEV

Údržba se čistě řídí požadavkem výrobce. Je stanoven prahový interval jak kilometrový, tak i časový. Navíc se čím dál častěji využívá funkce adaptivního ukazatele údržby, který event. na základě jízdních podmínek stanovuje zkrácený proběh km do údržby. Servisní úkony na klasické části vozu se neliší od těch, které se provádějí na konvenčních vozech se spalovacím motorem. Péče o spalovací motor je tedy téměř identická. Je třeba zmínit předpis použití nízkovazkých motorových olejů FE. Ty primárně zajišťují snížení spotřeby paliva. Jejich druhým úkolem je zabezpečit lehké starty spalovacího motoru v hybridním režimu.

Co se týká elektrického pohonu, servis víceméně spočívá ve vizuální kontrole soustavy a diagnostickým přístrojem se kontrolují určité parametry komponentů. Náplně převodů (obr. 8) jsou většinou doživotní nebo s dlouhým intervalem výměny. V rámci pravidelného servisu se také kontroluje stav trakční baterie. Součástí servisních prací je její plné nabití na dílně. Tato procedura umožňuje zjistit opotřebení, resp. kapacitu baterie. Zároveň většina výrobců umožňuje na vozech PHEV formátování baterie.

Vozidla PHEV vyžadují specifický přístup a vybavení dílen. Zásahy na elektrické trakční soustavě vozu jsou podmíněny habilitací vyhlášky 50 § 5/6. Důvodem je vysoké součtové napětí článků baterie až 400 V. V současné době probíhají jisté tlaky na změnu právních předpisů spojených s údržbou a opravami ZEV, PHEV.

Dobíjení ZEV a PHEV

Dobíjení ZEV a PHEV stále vyvolává otázky. Především se jedná o časy dobití baterií a typy dobíjení. Cílem elektromobility budoucnosti je zkrácení času dobíjení na minimum a rozšíření infrastruktury dobíjecích míst. U vozidel PHEV se využívá mód 2 a 3, ale přesto si dovolím zkráceně popsat význam všech čtyř módů.

• Mód 1: Používá se pro malá vozidla, v Evropě se s ním víceméně nesetkáme z důvodu nedostatečné bezpečnosti dobíjení.
• Mód 2: Základní typ dobíjení elektromobilů, nabíjecí kabel se zapojuje do standardní domovní zásuvky.
• Mód 3: Moderním typem dobíjení elektromobilů, a to jak na veřejných místech, tak i jako domácí stanice.
• Mód 4: Určen pro nabíjení elektromobilů ZEV, profesionální stanice, které vyžadují zvláštní infrastrukturu elektrické sítě.

Lithiová baterie je obecně diskutovaným tématem. Všichni výrobci elektromobilů jsou zároveň ze zákona povinni zajistit sběr a likvidaci použitých baterií. To stojí nemalé prostředky vyhrazené na samotnou realizaci. Proto se dnes využívají 3stupňové cykly.

1. Vrácení použité baterie do výrobního závodu, který zváží repasi.
2. Sběr poškozených článků, které se specifickým způsobem využijí jako akumulátory energií z obnovitelných zdrojů.
3. Recyklace nepoužitelných, poškozených nebo nebezpečných článků / celých baterií.

Vozidla PHEV se zdají být perfektním řešením pro další desetiletí. Vzhledem ke stávající přítomnosti konvenčního pohonu si postupně získají staronové motoristy. Použité technologie jsou špičkové a jejich koncepce umožňují vysoké výkony v opci s pohonem 4 × 4. Současné pořizovací ceny jsou zatím vyšší, ale nemají rostoucí trend.

tags: #mereni #emisi #hybrid #auta #postupy

Oblíbené příspěvky:

• Důležité informace o komunálním odpadu Votice
• Více o environmentální edukaci
• Lékárnička pro školy v přírodě
• Přírodní zdroje alkoholu v krvi
• Nové kontejnery a osvěta