אחד מתחומי הלימוד המרתקים ביותר במגמת הנדסאי רכב במכללת עתיד הוא אודות רכב היברידי/חשמלי. רכב היברידי הוא רכב המשלב במערכת ההנעה שלו שני מנועים, מנוע בעירה פנימי (בדרך כלל מנוע בנזין), ומנוע חשמלי 3 פאזי. תנועת הרכב יכולה להתקבל מכל אחד מהמנועים בנפרד או ע"י שניהם בו זמנית. ישנן 3 שיטות הנעה עיקריות – טורי, מקבילי, ומשולב. שתי שיטות ההנעה הנפוצות כיום הם טורי ומשולב, בכל מקרה מערכות הרכב והמחשבים הם אלה שקובעות איזה מנוע יפעל ובאיזה אופן.
אז למה בעצם רכב היברידי? שם המשחק הוא צריכת דלק! רכב היברידי מציג נתוני צריכת דלק נמוכים יותר באופן משמעותי של עד30% בהשוואה לרכב המונע מנוע בעירה בלבד. תקני זיהום האוויר המחמירים משנה לשנה חייבו את היצרנים לחפש דרכים חלופיות ומקוריות להורדת זיהום האוויר הנפלט ממנועי בעירה או צמצום השימוש בדלקים שמקורם הוא נפט.
מערכת ההנעה ברכבים היברידיים מנוהלת ע"י מחשב הרכב לעבוד בצורה היעילה והחסכונית ביותר ועדיין לספק הספקים גבוהים על פי דרישת הנהג. ישנן מספר פעולות אותן מבצעת מערכת ההנעה לצורך ניהול אנרגיה מינימלי ואופטימלי, כאשר הפעולה המשמעותית ביותר היא בלימה רגנרטיבית-Regeneration Braking . פירוש המילה regeneration היא התחדשות בהקשר של אנרגיה מתחדשת. פעולת הבלימה ברכב רגיל מתבצעת ע"י חיכוך בין רפידות בלם וצלחת בלם, וגורמת להמרת אנרגיה הקינטית של הרכב לחום כתוצאה מהחיכוך בין הרפידות לצלחת. ברכב היברידי רק כ-30% מהבלימה מתבצעת ע"י חיכוך בין רפידות בלם לצלחת בלם, ועד כ-70% מהבלימה מתבצעת ע"י המנוע החשמלי, בלימה רגנרטיבית- Regeneration Braking. בעת לחיצה על דוושת הגז, המנוע החשמלי מניע את גלגלי הרכב, בזמן הבלימה המנוע החשמלי הופך לתפקד כגנרטור, ועכשיו, התפקידים התהפכו, הגלגלים הם אלה שמניעים אותו. הגנרטור הופך את האנרגיה הסיבובית לאנרגיה חשמלית, המרת אנרגיה מכאנית לחשמלית, הרכב נבלם וסוללת HV "מתודלקת" באנרגיה חשמלית. מה היתרון בבלימה ע"י מנוע חשמלי? בזמן הבלימה, המנוע חשמלי מייצר אנרגיה חשמלית אשר נאגרת בסוללת מתח גבוה HV ובעצם מטעינה את הסוללה. עם אותה אנרגיה חשמלית שנאגרה בסוללת מתח הגבוה HV בזמן הבלימה, המערכת ההיברידית תשתמש בה והפעם כדי להניע את הרכב (או הפעלת המזגן בדגמים מסוימים) ע"י אותו מנוע חשמלי שבזמן הבלימה שימש כגנרטור, ובזמן לחיצה על דוושת הגז משמש כמנוע חשמלי.
את הבלימה הרגנרטיבית - Regeneration Braking ניתן להשוות לפעולת הדינמו על אופניים. בזמן שהדינמו מחובר לגלגל האופנים, הדינמו גורע אנרגיה קינטית מהגלגלים, בתמורה לכך, קיבלנו אור, המרת אנרגיה מכאנית לחשמלית.
בעוד הבלימה הרגנרטיבית היא הפעולה העיקרית שהמערכת ההיברידית מבצעת לטובת התייעלות אנרגטית, יצרנים שונים משלבים אלמנטים נוספים למערכת ההיברידית לצורך העלאת נצילות המערכת.
למשל, בכל דגמי טויוטה, מנוע הבעירה פועל במחזור אטקינסון ולא במחזור "אוטו" קלאסי. פעולת מחזור אטקינסון מאריכה את זמן פתיחת שסתום יניקה ע"י מערכת VVT, מורידה את הפסדי היניקה בסעפת היניקה ומעלה את הנצילות התרמית של מנוע הבעירה.
אז למה לא לעבור להנעה חשמלית מלאה ולא היברידית כבר היום? עתיד עולם הרכב צופה מעבר מלא לרכב חשמלי בעוד כעשור, המגבלה הטכנולוגית שלא מאפשרת מעבר מלא בשלב זה, נמצאת בסוללת HV, סוללת מתח גבוה. יצרני סוללות בכל העולם (כולל יצרניות רכב) מפתחים סוללות HV בטכנולוגיות חדשניות ליצור סוללה בעלת טווח נסיעה גדול בין טעינה לטעינה ובעלויות יצור נמוכות יחסית ושלא יעלו את מחיר הרכב.
כותב המאמר : עידן בכר, ראש מגמת רכב, מכללת עתיד תל אביב