BICARA TEKNIKAL: KENALI TEKNOLOGI HIBRID

Mengikut definasi Dewan Bahasa dan Pustaka, hibrid membawa maksud sifat sistem yang terbentuk daripada gabungan beberapa teknologi di dalam satu sistem. Dalam teknologi automotif, teknologi hibrid memberi maksud kuasa satu kenderaan tersebut datang daripada lebih daripada satu sumber iaitu gabungan sumber pembakaran enjin dalaman (samaada petrol atau diesel) dengan teknologi tenaga elektrik.

Enjin yang dibekalkan pada sistem hibrid berperanan samaada sebagai pembekal tenaga utama atau sebagai pengecas untuk membekalkan tenaga elektrik pada keseluruhan sistem. Terdapat beberapa pengeluar turut menggabungkan teknologi turbo pada enjin hibrid bagi meningkatkan kecekapan dan prestasi enjin seperti yang pernah dilakukan oleh Puegot.

Pada awalnya enjin kitaran Otto yang lebih berkuasa namun kurang cekap digunakan sebagai pilihan utama seperti Honda menggunakan enjin VTEC 3 Peringkat sebagai pilihan utama. Namun Toyota lebih suka menggunakan enjin kitaran Atkinson yang lebih menjimatkan sebagai pilihan utama. Kelebihan enjin kitaran Otto ialah ia lebih jimat namun mengorbankan tork dan menjadikan enjin kurang berkuasa. Namun kekurangan ini biasanya akan diatasi dengan penggunaan motor elektrik yang akan menyuapkan kuasa dan tork apabila diperlukan.

Sistem hibrid memerlukan bateri kapasiti tinggi yang dihasilkan dengan menggunakan Ion Lithium ataupun Nikel Metal Hidrid, motor elektrik yang berfungsi sebagai pengecas untuk mengecas bateri ketika brek ditekan atau menuruni bukit, motor ini juga bertindak menerima elektrik daripada bateri untuk menghantar tenaga kinetik pada sistem, serta Power Control Unit atau Unit kawalan Kuasa yang akan mengawal proses pengecasan dan penghantaran kuasa daripada bateri kepada sistem trenkuasa

Oleh kerana sistem hibrid menggunakan 2 punca kuasa, maka kuasa kuda dan juga tork yang dihasilkan jauh lebih besar dari sistem kereta bukan hibrid. Namun ia tidak semudah dengan mencampurkan kuasa kuda dan tork kedua dua sistem secara terus. Sebagai contoh enjin Honda HRV Hibrid 1.5 menghasilkan 130 kuasa kuda pada 6600 RPM dan 156Nm tork pada 4600 RPM

Motor elektrik pula menghasilkan 29 kuasa kuda di antara 1313-2000 RPM dan 160Nm tork antara 0-1313 RPM. Untuk mengatakan jumlah keseluruhan kuasa kuda dan tork dari sistem adalah 159 kuasa kuda dan 316Nm tork adalah tidak tepat kerana kedua dua sumber kuasa menghasilkan kuasa kuda dan tork maksima pada halaju enjin yang berbeza. Kombinasi kuasa kuda dari gabungan enjin dan motor elektrik ini menghasilkan 150 kuasa kuda dan 190 Nm tork.

Namun salah satu kelemahan sistem hibrid ialah berat tambahan sistem pada cesi kenderaan dan juga ruang yang digunakan masih lagi besar. Berat tambahan pada kenderaan ini biasanya boleh diabaikan jika kereta hibrid dipandu pada laluan bandar yang melibatkan trafik bergerak dan berhenti (stop and go). Namun sebaik sahaja kereta tersebut memasuki lebuh raya, berat sistem hibrid akan menyumbangkan pada berat keseluruhan kendraan (dead weight) tanpa apa-apa kelebihan pada kenderaan.

Untuk memuatkan bateri hibrid, ruang kargo biasanya terpaksa dikorbankan sedikit. Pengeluar mungkin akan menggunakan tayar sementara “space saving” namun pada masa ini mereka cenderung untuk mennggunakan kit pembaikan tayar yang menggunakan perekat khas untuk menampal tayar jika berlaku kebocoran. Jika kerosakan tayar yang berlaku terlalu besar, maka kit pembaikan tayar ini akan menjadi sia-sia. Sebagai contohnya tayar terkoyak, meletup atau bocor pada bahagian “side wall”.

Hibrid Mini atau Hibrid Mikro

Nissan Serena S-Hybrid adalah satu contoh kereta yang menggunakan sistem hibrid mikro. Serena tidak seperti Honda Insight menggunakan “traction battery” sebaliknya ia menggunakan hanya satu unit bateri biasa dengan kapasiti 12 voltan yang digunakan secara khusus untuk menghidupkan penyaman udara, sistem infotaimen dan juga pebagai fungsi elektrik yang lain apabila enjin dimatikan. Bateri ini akan disimpan di bahagian ruang enjin depan sama seperti bateri asid plumbum 12 Volt.

Berbeza dengan Serena konvensional, Serena S-Hibrid memiliki Alternator Teknologi Kawalan Regeneratif. Alternator ini bertindak sebagai dinamo yang akan mengecas bateri 12 volt tambahan dan juga sebagai motor penghidup enjin. Disebabkan kebanyakan fungsi elektrik diambil alih oleh bateri tambahan, maka bebanan alternator dan juga penggunaan petrol akan dikurangkan.

Apabila pemandu melepaskan pedal minyak, Motor ECO akan bertindak sebagai alternator dan mengecas bateri. Dalam keadaan ini, rintangan motor akan ditingkatkan bagi pengecasan secara maksima. Tenaga elektrik akan disimpan dalam bateri 12 volt dan digunakan untuk menghidupkan aksesori dan peralatan elektrik di dalam Serena terutama ketika fungsi “Start Stop” diaktifkan.

ECO Motor yang dipasang pada Serena juga berperanan menghantar tork setinggi 50Nm selama satu saat pada aci engkol (crankshaft) semasa Serena memulakan pemanduan selepas fungsi “Start Stop” dilakukan. Bantuan tork ini akan mengurangkan petrol yang diperlukan untuk menggerakkan kereta terutama dalam keadaan trafik sesak di bandar.

Disebabkan penggunaan fungsi “Start Stop” yang kerap, maka bateri 12 volt yang digunakan adalah dari unit pengecasan prestasi tinggi berbanding bateri asid plumbum biasa. Penulis pernah bertanyakan kos bateri ini di pusat servis dan harganya ialah sekitar RM600 seunit. Serena S-Hybrid mampu bergerak sejauh 15.2km per liter petrol dengan bantuan teknologi ini.

Mild Hybrid atau Bantuan Kuasa Hibrid

Hibrid jenis boleh didefinasikan sebagai gabungan enjin pembakaran dalam (petrol atau diesel) yang dilengkapkan dengan kelengkapan elektrik (motor atau generator) dalam susunan selari. Ia membenarkan motor elektrik menghantar tork terutama ketika pemandu memerlukan kuasa ekstra ketika memecut dan mendaki bukit. Kuasa elektrik akan disimpan pada “traction bateri” yang akan disimpan pada bahagian belakang ataupun kargo.

Namun motor elektrik tidak boleh beroperasi secara sendiri dan enjin membekalkan kuasa pada kebanyakan masa. Sistem ini akan mengurangkan bebanan enjin ketika dipandu pada halaju malar di lebuh raya, dan mengecas “traction battery” ketika kereta mula membrek ataupun menuruni bukit. Bateri ini juga bertindak sebagai sebahagian daripada sistem “Start Stop” di mana enjin akan dimatikan ketika kereta berhenti di lampu isyarat ataupun berhenti di dalam kesesakan jalan raya.

Motor elektrik akan bertindak sebagai generator dan juga motor penghidup bagi menghidupkan enjin. Disebabkan motor yang besar serta bekalan voltan yang tinggi daripada sistem “traction battery” maka proses menghidupkan enjin adalah sangat lembut dan lancar. Dalam kebanyakan sistem, pengeluar menggunakan bateri dengan sistem 48 Volt. Terdapat pengeluar yang menggunakan bateri Nickel-Metal Hydride ataupun Lithium Ion yang lebih berkuasa.

Sistem ini mendapat pelbagai gelaran nama dari pengeluar seperti eAssist dari General Motor, EQ Boost dari Mercedez Benz, dan Integrated Motor Assist dari Honda. Kos penghasilan teknologi ini lebih mahal daripada hibrid mikro namun jauh lebih murah daripada teknologi hibrid penuh. Berdasarkan pengalaman penulis dengan Honda CRZ, jika bateri sistem adalah penuh maka ia mampu mengejar Accord 2.4 ketika mendaki bukit namun pemandu perlu bijak mengecas semula sistem ketika menuruni bukit. Jika tenaga elektrik dari bateri sudahpun habis, maka kuasa pecutannya menjadi amat lemah kerana kereta akan bergantung penuh pada enjin.

Hibrid Penuh

Sistem hibrid penuh memiliki kelengkapan yang sama dengan sistem “mild hybrid” namun komponennya seperti motor elektrik adalah lebih kuat dan “traction battery” yang digunakan lebih berkuasa dan mampu menyimpan lebih banyak tenaga. Malah sesetengah pengeluar membenarkan kereta ini dipandu dalam mode elektrik sepenuhnya dalam jarak dekat.

Enjin yang digunakan biasanya menggunakan enjin kapasiti besar namun ditala agar sangat cekap dengan mengorbankan prestasi enjin. Kebiasaannya ia menggunakan kitaran Atkinson. Sistem ini sangat cekap dengan menggunakan pilihan tenaga yang ada dengan sangat efektif. Ketika memecut kuasa akan datang daripada enjin dan motor elektrik membantu menjana tork tambahan. Pada laluan sesak di bandar motor elektrik mengambil alih tugas menggerakkan kenderaan untuk jarak dekat. Jika tenaga elektrik menjadi rendah, enjin akan mengecas bateri dan menggerakkan kereta sekaligus.

Power Contro Unit atau Unit Kawalan Kuasa akan sentiasa menguruskan tenaga daripada kedua-dua sumber (enjin dan motor) dan mengubah mana-mana sumber kuasa secara efisien. Terdapat 2 jenis hibrid penuh yang biasa dihasilkan oleh pengeluar dan kalsifikasi ini berdasarkan sususnan kompenen elektrik, enjin dan transmisi.

Jenis pertama ialah hibrid dalam susunan bersiri iaitu enjin hanya digunakan sepenuhnya untuk mengecas bateri sistem, dan sistem akan membekalkan tenaga elektrik bagi menggerakkan kereta. Enjin yang dipasang tidak akan menggerakkan kereta secara langsung. Disebabkan enjin hanya digunakan untuk mengecas bateri sistem, ia boleh ditala untuk beroperasi hanya pada satu set RPM lantas meningkat kan kecekapan enjin. BMW i3 model tahun 2018 menggunakan prinsip ini untuk beroperasi.

Jenis kedua ialah menggunakan sistem susunan selari dimana enjin akan disambungkan secara fizikal dengan motor elektrik dan juga roda kereta. Unit Kawalan Kuasa akan memilih sumber kuasa yang sesuai untuk menggerakkan kereta. Salah satu contoh kereta yang menggunakan sistem ini ialah Kia Niro.

Sama seperti sistem Mild Hybrid, kereta hibrid penuh akan mengecas bateri sistem ketika kereta mula membrek atau menuruni bukit. Ia memanfaatkan tenaga kinetik yang terbuang menjadi tenaga haba untuk ditukar menjadi tenag elektrik. Disebabkan proses ini, ia sedikit menggangu proses membrek kereta dan “brake feel” terasa sedikit palsu.

Plug in Hybrid atau Hybrid dengan Pengecaj Elektrik

Setelah puas bereksperimen dengan teknologi bateri, jurutera automotif sekali lagi membuat revolusi dalam kaedah mengecaj bateri sistem dengan membenarkan kereta hibrid dicaj dengan menggunakan bekalan kuasa dari rumah. Teknik ini membenarkan kereta hibrid bergerak lebih jauh dengan menggunakan elektrik sahaja sekaligus mengurangkan kebergantungan pada enjin pembakaran dalam

Kereta ini juga turut dikenali dengan nama Plug In Hybrid Elektrik Vehicle dimana terdapat satu mode membenarkan kereta ini dipandu dalam keadaan elektrik sahaja. Model seperti Mercedez Benz GLC e350 mampu bergerak sejauh 16km dalam mode elektrik dan Chevrolet Volt sejauh 85km dalam dengan mode elektrik. Toyota Prius Prime merupakan sebuah model PHEV mampu bergerak sejauh 56.5km bagi setiap liter petrol.

Kebanyakan model ini memerlukan pengecasan penuh selama 2 jam sama seperti peranti telefon pintar anda. Disebabkan komponen yang kompleks, harga seunit kereta PHEV akan lebih mahal berbanding dengan kereta hibrid penuh

Kereta Elektrik dengan Jarak Perjalanan yang Ditambah

Secara asasnya ia masih lagi sebuah kereta dengan motor elektrik (dicaj pada unit pengecaj) yang memacu pergerakan kereta namun ia hadir dengan enjin yang kecil. Enjin tersebut dipasang pada kereta dengan tujuan memanjangkan jarak perjalanan kereta elektrik jika kuasa elektrik dalam bateri habis sepenuhnya dan tiada pusat pengecasan atau sumber elektrik daripada grid untuk mengecas.

Disebabkan kereta ini memiliki 2 sumber kuasa maka ia dikategorikan sebagai sebuah kereta hibrid. Bergantung pada saiz tangki bahan api kereta ini mampu dipandu sehingga beberapa ratus kilometer. Biasanya komponen elektrik akan disusun secara bersiri dan enjin berfungsi untuk mengecas bateri tanpa memberi sebarang input pada roda kereta.

Apa yang kita boleh rumuskan ialah: