Kendaraan Hibrida Listrik (HEV) Pemerintah mendorong masyarakat untuk mengurangi konsumsi bahan bakar dan menurunkan polusi. Mereka melakukannya tanpa memberlakukan perubahan kebiasaan berkendara dan HEV memenuhi kebutuhan ini. Jepang memimpin dalam mengadopsi HEV karena biaya bahan bakar tinggi dan kekhawatiran lingkungan.
Tujuan dari HEV adalah untuk menghemat bahan bakar tanpa mengorbankan kinerja, dan HEV mencapai hal ini dengan menggunakan satu atau beberapa motor listrik untuk membantu ICE selama percepatan dan untuk menangkap energi kinetik saat pengereman. ICE mati saat lampu lalu lintas merah dan motor listrik mendorong mobil melalui lalu lintas yang bergerak lambat. Pada daya penuh, baik ICE maupun motor listrik terlibat untuk percepatan optimal.
HEV menggunakan powertrain mekanis untuk mentransfer daya dari ICE ke roda. Dalam hal ini, HEV mirip dengan kendaraan biasa dengan poros engkol dan kopling, juga dikenal sebagai konfigurasi paralel. Penghematan bahan bakar dicapai dengan menggunakan ICE yang lebih kecil yang disetel untuk efisiensi bahan bakar maksimum daripada torsi tinggi. Toyota mengklaim efisiensi termal 40 persen untuk Prius baru. Pengemudi yang cekatan dikreditkan kepada motor listrik karena sistem propulsi ini memberikan torsi yang jauh lebih baik daripada ICE yang lambat dengan daya kuda yang sama. Gambar 1 mengilustrasikan mode-mode berbeda dari powertrain terelektrifikasi di dalam HEV.
Fungsi dasar dari powertrain terelektrifikasi di dalam HEV Gambar 1: Fungsi dasar dari powertrain terelektrifikasi di dalam HEV Daya baterai hanya digunakan untuk durasi singkat. Baterai HEV jarang mengalami siklus pengisian-pengosongan penuh yang umum dalam kendaraan listrik.
Kebanyakan baterai untuk HEV dijamin selama 8 tahun. Untuk memenuhi masa pakai layanan yang panjang ini, sel-sel dioptimalkan untuk umur pakai daripada energi spesifik yang tinggi seperti pada produk konsumen. Pembuat baterai mencapai ini sebagian dengan menggunakan pemisah yang lebih tebal dan tahan lama. Untuk mengurangi stres, baterai beroperasi pada 30–80 persen keadaan muatan (SoC), atau kira-kira 3.5–4.0V/sel untuk Li-ion, daripada 3.0–4.20V/sel yang biasa.
Baterai HEV beroperasi sebentar dan mirip dengan baterai starter dengan memberikan lonjakan daya singkat untuk percepatan daripada pembongkaran yang panjang dan terus-menerus seperti pada EV. Jarang sekali baterai HEV melakukan pembongkaran hingga keadaan muatan 20 persen. Dalam penggunaan normal, HEV paralel mengkonsumsi kurang dari 2 persen dari kapasitas baterai yang tersedia per mil (1.6km). Pemudaran kapasitas tidak terasa, dan baterai HEV masih berfungsi baik dengan kurang dari separuh kapasitas aslinya.
Gambar 2 menunjukkan kapasitas baterai dari enam mobil hibrida pada 256.000km (160.000 mil). Uji coba dilakukan oleh Program Teknologi Kendaraan dan FreedomCAR Departemen Energi AS (FCVT) pada tahun 2006 sesuai dengan praktik SAE J1634 dan itu termasuk Honda Civic, Honda Insight, dan Toyota Prius.
Kapasitas baterai akhir kehidupan HEV Gambar 2: Kapasitas baterai akhir kehidupan HEV Pada 256.000km (160.000 mil), dua kendaraan Honda Civic memiliki kapasitas 68%, Insight memiliki 85%, dan Prius memiliki 39%. Pemudaran kapasitas tidak mempengaruhi efisiensi bahan bakar.
Baterai hibrida dari dua kendaraan Honda Civic memiliki sisa kapasitas 68 persen; Insight memiliki 85 persen dan Prius 39 persen. Bahkan dengan kapasitas yang lebih rendah pada akhir hidupnya, efisiensi bahan bakar tidak terpengaruh secara signifikan. Insight menunjukkan penurunan 1.2mpg (0.12L/km) dalam ekonomi bahan bakar selama pengujian, sementara Prius mengurangi efisiensi bahan bakar sebesar 3.2mpg (0.33L/km). Penggunaan AC dimatikan dalam kedua kasus.
Persyaratan baterai yang ketat diperlukan untuk truk hibrida dengan berat kendaraan kotor 33 ton (73.000 lb). Baterai harus mampu terus-menerus mengisi dan membongkar pada 4C, memberikan 10kW (200hp) selama hingga 10 menit, beroperasi pada –20°C hingga 40°C (–4°F hingga 104°F) dan memberikan 5 tahun layanan. Supercapacitor akan menyediakan daya tahan yang diperlukan tetapi biaya tinggi dan densitas energi rendah menentang pilihan ini. Asam timbal memiliki karakteristik pembongkaran yang baik tetapi lambat dalam pengisian. Li-ion, terutama LTO, akan menjadi pilihan yang baik tetapi daya tarik tinggi memerlukan pendinginan aktif. Generasi kedua NiMH sedang diuji; NiCd yang kokoh juga mungkin dicoba.
Paradox dari Kendaraan Hibrida
Sebagus apapun sebuah hibrida, mobil ini tidaklah tanpa ironi. Pada sebuah konferensi yang membahas baterai otomotif canggih, seorang penentang HEV berdebat dengan pembuat HEV bahwa mobil diesel menawarkan efisiensi bahan bakar yang lebih baik daripada hibrida. Sebagai seorang salesman yang baik, pembuat HEV dengan tegas membantah klaim tersebut. Mungkin keduanya benar. Dalam berkendara di kota, HEV jelas memberikan efisiensi bahan bakar yang lebih baik sementara diesel mengkonsumsi lebih sedikit di jalan raya. Menggabungkan keduanya akan memberikan solusi terbaik, tetapi biaya tinggi dari solusi diesel-hibrida mungkin tidak akan terbayar dengan harga bahan bakar yang rendah, meskipun kendaraan tersebut tersedia di Eropa.
HEV kelas atas dilengkapi dengan ICE berukuran penuh sebesar 250hp dan motor listrik sebesar 150–400hp secara total. Kendaraan seperti itu pasti akan menemukan pembeli, terutama jika pemerintah memberikan bantuan subsidi karena “ramah lingkungan”. Sayangnya, konsumen yang berjalan, bersepeda, atau menggunakan transportasi umum tidak akan mendapatkan subsidi semacam itu. Akal sehat mengingatkan kita untuk menghemat energi dengan mengemudi lebih sedikit, atau menggunakan kendaraan yang lebih kecil ketika berkendara diperlukan.
Wolfgang Hatz, yang saat itu merupakan kepala powertrain untuk Grup Volkswagen, mengatakan bahwa teknologi hibrida adalah cara yang sangat mahal untuk menghemat sedikit bahan bakar dan menyatakan bahwa Volkswagen hanya membuat hibrida karena tekanan politik. Dia mendukung diesel sebagai motor yang paling efisien energi, terutama di jalan raya.
Volkswagen mungkin memiliki solusi — Mobil 1 Liter (Gambar 3). Itu disebut Mobil 1 Liter karena mobil konsep ini hanya membakar satu liter bahan bakar per 100km. Untuk membuktikan konsepnya, ketua Volkswagen saat itu, Dr. Ferdinand Piëch, mengemudikan mobil dari markas mereka di Wolfsburg ke Hamburg untuk sebuah pertemuan pemegang saham. Konsumsi rata-rata hanya 0.89 liter per 100km (317mpg).
Mobil 1 Liter milik Volkswagen Gambar 3: Mobil 1 Liter milik Volkswagen Mobil 1 Liter dikatakan sebagai mobil paling ekonomis di dunia tetapi tidak pernah diproduksi.
Aerodinamika dan bobot membantu mencapai konsumsi bahan bakar rendah. Sementara mobil biasa memiliki koefisien drag sebesar 0.30, Mobil 1 Liter hanya 0.16. Serat karbon dan rangka magnesium mengurangi berat menjadi 290kg (640lb). Mesin diesel satu silinder menghasilkan daya sebesar 8.5hp (6.3kW), dan tangki bahan bakar 6.5 liter (1.43 galon) memiliki jangkauan 650 kilometer (400 mil). Konsumsi bahan bakar rata-rata adalah 0.99 liter per 100km (238mpg).
Meskipun Mobil 1 Liter tidak masuk ke produksi, VW menunjukkan bahwa bahan bakar fosil dapat diperpanjang jika biaya naik atau jika konsumsi yang ceroboh menciptakan tingkat polusi yang tidak dapat dipertahankan. Transportasi personal dari titik ke titik bisa dimungkinkan dengan pembawa ringan yang beratnya hanya 290kg, berat yang kurang dari 540kg baterai Tesla S. Daripada mengkonsumsi 150–250Wh per kilometer, seperti pada kendaraan listrik, Mobil 1 Liter hanya akan menggunakan sekitar 40Wh/km. Meskipun membakar bahan bakar fosil, dampak lingkungan akan lebih rendah daripada EV yang didorong dengan listrik, yang sebagian besar diproduksi oleh bahan bakar fosil.
Kendaraan Hibrida Listrik yang Dapat Diisi (PHEV)
Kebanyakan PHEV menggunakan powertrain sepenuhnya terelektrifikasi dalam konfigurasi seri tanpa koneksi mekanis dari ICE ke roda. Sistem berjalan hanya dengan motor listrik untuk propulsi, dan ICE hanya terlibat ketika baterai rendah untuk menyuplai listrik untuk motor listrik dan mengisi baterai. Jarak tempuh dengan baterai yang terisi penuh adalah sekitar 50km (30 mil).
PHEV ideal untuk berkendara dan melakukan tugas-tugas. Tidak ada bensin yang dikonsumsi saat mengemudi dengan baterai dan jalan tol bebas pajak. Namun, akan ada peningkatan dalam tagihan utilitas listrik untuk mengisi baterai di rumah.
Berbeda dengan HEV paralel yang mengandalkan baterai hanya untuk waktu singkat, baterai PHEV berada dalam mode deplesi daya, yang berarti baterai harus bekerja lebih keras daripada pada HEV. Ini menambah stres pada baterai dan mengurangi umur pakainya. Sementara penurunan kapasitas hingga 39 persen akan mempengaruhi kinerja HEV Toyota Prius hanya sedikit, kehilangan seperti itu akan mengurangi jangkauan berkendara listrik PHEV dari 50km menjadi 20km (30 hingga 12 mil).
Chevy Volt membawa baterai Li-ion 16kWh yang beratnya 181kg (400 lb) dan memberi daya pada motor listrik 149hp (111kW). Suhu sel prisma dipertahankan pada 20–25°C (68–77°F) selama pengisian dan pengembaraan. Sebuah outlet 115VAC mengisi baterai dalam 8 jam; 230VAC mengurangi waktu pengisian menjadi 3 jam. Jarak tempuhnya adalah 64km (40 mil) sebelum ICE empat silinder 1.4 liter aktif untuk mengaktifkan generator AC 53kW yang memberi daya pada motor listrik.
Ekonomi
Sebaiknya PHEV terdengar, penghematan jangka panjang mungkin lebih kecil dari yang diharapkan, terutama jika penggantian baterai diperlukan selama masa pakai mobil. Penuaan baterai adalah masalah yang dihindari oleh produsen mobil karena takut membuat pembeli enggan. Pengemudi yang terbiasa mengemudi mobil ICE mengharapkan daya yang cukup pada suhu panas dan dingin dan penurunan kinerja minimal seiring bertambahnya usia. Baterai tidak dapat mencocokkan ini sepenuhnya, dan pemilik akan perlu mentolerir penurunan jangkauan berkendara selama musim dingin, serta menerima penurunan kecil dalam jarak tempuh yang disampaikan dengan setiap tahun yang semakin tua karena penuaan baterai.
Mobil modern melakukan lebih dari sekadar memberikan transportasi; mereka juga mencakup fasilitas untuk keamanan, kenyamanan, dan kesenangan. Yang paling dasar dari ini adalah lampu depan dan penghapus kaca. Pembeli juga menginginkan pemanas kabin dan pendingin udara, layanan yang dianggap sebagai sesuatu yang sudah biasa dalam kendaraan yang membakar bahan bakar fosil. Panas adalah produk sampingan dalam ICE yang harus dihasilkan dengan daya baterai dalam PHEV, tetapi kekhawatiran yang lebih besar adalah pendinginan udara, yang mengonsumsi 3–5kW daya. Kenyamanan mungkin perlu diberikan lebih hemat saat berjalan dengan baterai.
Banyak pembeli PHEV menghargai manfaat lingkungan dan kenikmatan mengemudi kendaraan yang tenang yang didukung oleh listrik. Ini memiliki daya tarik pembeli yang besar karena propulsi listrik lebih alami daripada ICE. Pengemudi harus beradaptasi dengan gaya hidup baru untuk mengisi baterai pada malam hari ketika listrik murah dan kemudian mengemudi dengan jarak yang diukur. Pengguna mobil ini juga akan menghargai stasiun pengisian baru di tempat kerja dan pusat perbelanjaan.
Referensi
Beberapa sumber penulisan :
- RWTH Aachen University, Germany
- FreedomCAR and Vehicle Technologies Program
- Volkswagen AG