היברידי נטען

רכב חשמלי היברידי נטען (פלאג-אין) (באנגלית: plug-in hybrid electric vehicle - PHEV) הוא רכב עם הנעה היברידית, שניתן לטעון את הסוללה החשמלית שלו באמצעות חיבור כבל טעינה למקור חשמל חיצוני, בנוסף לטעינה באופן פנימי על ידי הגנרטור המופעל על ידי מנוע בעירה פנימית. מרבית כלי הרכב עם מנוע היברידי נטען הם מכוניות נוסעים, אך ישנן גם גרסאות של טנדרים, משאיות שירות, אוטובוסים, רכבות, אופנועים, טוסטוסים ואפילו כלי רכב צבאיים.

בדומה לכלי רכב חשמליים, רכב חשמלי היברידי נטען מעביר את פליטת גזי החממה מהפליטה של מנוע המכונית לגנרטורים של תחנות הכוח המפעילות את רשת החשמל. גנרטורים אלה עשויים להיות מופעלים על ידי אנרגיה מתחדשת (למשל אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח או הידרואלקטרית) ובעיקר נטולי פליטה, או בעלי עוצמת פליטה כוללת נמוכה יותר ממנועי בעירה פנימית בודדים. טעינת הסוללה מהרשת יעילה יותר ויכולה לעלות פחות משימוש בגנרטור הפנימי של הרכב, דבר המסייע בהפחתת עלויות התפעול.

כלי רכב חשמליים עם מנוע היברידי נטען, בייצור המוני, היו זמינים לציבור בסין ובארצות הברית מאז 2010. עד סוף שנת 2017 היו למעלה מ-40 דגמים של כלי רכב עם מנוע היברידי נטען בייצור סדרתי הזמינים למכירות קמעונאיות. הם זמינים בעיקר בסין, יפן, ארצות הברית, קנדה ומערב אירופה. הדגמים הנמכרים ביותר הם מיצובישי אאוטלנדר PHEV, משפחת רכבי שברולט וולט וטויוטה פריוס PHV.

נכון לדצמבר 2019, מספר כלי הרכב מדגם היברידי נטען בעולם הוא 2.4 מיליון יחידות, המהווים שליש ממלאי מכוניות הנוסעים החשמליות בכבישי העולם. נכון לדצמבר 2019, בסין היו המספר הגדול ביותר בעולם עם 767,900 יחידות, ואחריה ארצות הברית עם 567,740, ובריטניה עם 159,910.

שיווק של כלי רכב מסוג היברידי נטען בישראל החל בסוף שנת 2011, לאחר שכמה יבואני רכב, פנו לרשות המיסים, וביקשו לתת הטבת מס למכוניות היברידיות נטענות שהם מתכוונים לשווק בישראל^[1]. הדגם הראשון ששוק בישראל היה הטויוטה פריוס "פלאג-אין"^[2]. בשנת 2014 החל שיווק המיצובישי אאוטלנדר עם מנוע היברידי נטען בישראל^[3].

היסטוריה

היסטוריה מוקדמת

הרכב לוהנר-פורשה היברידי מעורב שיוצר כבר בשנת 1899, היה המכונית החשמלית ההיברידית הראשונה. ניתן היה לטעון היברידיות מוקדמות ממקור חיצוני לפני ההפעלה. עם זאת, המונח "היברידי נטען" פירושו רכב היברידי שניתן לטעון אותו משקע חשמל רגיל. את המונח "רכב חשמלי היברידי נטען" טבע פרופסור אנדרו פרנק מאוניברסיטת קליפורניה בדייוויס.

בגיליון יולי 1969 של המגזין "מדע פופולרי" נכלל מאמר על מכונית קונספט של חברת ג'נרל מוטורס XP-883. רכב נוסעים שבו הותקנו שש סוללות 12 וולט באזור תא המטען ומנוע חשמלי DC רוחבי המניע הנעה קדמית. ניתן היה לחבר את המכונית לשקע רגיל של 120 וולט בצפון אמריקה לטעינה.

החייאת הרעיון

בשנת 2003 החלה חברת רנו למכור את Elect'road, גרסה היברידית נטענת לרנו קנגו, הרכב המסחרי הפופולרי שלה, באירופה. בנוסף למנוע שלו, הוא יכול הרכב להיות מחובר לשקע רגיל ולהיטען לטווח של 95% בתוך כארבע שעות. לאחר מכירת כ-500 כלי רכב, בעיקר בצרפת, נורווגיה ובריטניה, תוכננה Elect'road מחדש בשנת 2007.

עם זמינותם של כלי הרכב ההיברידיים ועליית מחירי הדלק בארצות הברית החל מסביבות 2004 גדל העניין בקונספט ההיברידי הנטען. בשנת 2006, הן טויוטה והן ג'נרל מוטורס הכריזו על תוכניות להיברידי נטען^[4]. פרויקט Saturn Vue של ג'נרל מוטורס בוטל, אך הרכב של טויוטה אושר לשימוש בכבישים ביפן בשנת 2007.

בשנת 2007 הודיעה יצרנית הרכב הסינית BYD Auto, שהיא בבעלות יצרנית הסוללות הגדולה בסין, כי תשיק את הרכב PHEV-60 בסין במחצית השנייה של 2008. BYD הציגה אותה בינואר 2008 בתערוכת הרכב של דטרויט. הרכב התבסס על מכונית ה- F6 הבינונית של BYD, הוא משתמש בסוללות מבוססות ליתיום ברזל (LiFeP04) במקום בסוללות ליתיום, וניתן היה להטעין אותו עד 70% מהקיבולת תוך 10 דקות.

בשנת 2007 השיקה חברת פורד את היברידית הנטענת הראשונה שלה, שייצרה צי של 20 רכבי הדגמה עבור חברת "אדיסון דרום קליפורניה". כחלק מתוכנית הדגמה זו, פורד פיתחה גם את רכב השטח ההיברידי הנטען הראשון, שנמסר ביוני 2008.

ייצור סדרתי

ב-15 בדצמבר 2008 החלה BYD Auto למכור את ה-F3DM שלה בסין, והפכה להיברידית הנטענת הראשונה בייצור סדרתי שנמכרה בעולם, אם כי בתחילה הייתה זמינה רק ללקוחות ארגוניים וממשלתיים. המכירות לקהל הרחב החלו בשנזן במרץ 2010, אך מכיוון שמחיר ה-F3DM היה כמעט כפול ממחיר המכוניות המופעלות על דלק קונבנציונלי, BYD קיבלה סבסוד מהממשלה המקומית כדי להפוך את מחיר הרכב ללתחרותי עבור הקונים^[5]. טויוטה מסרה 600 רכבי "פריוס פלאג-אין" באירופה ובצפון אמריקה בשנים 2009 ו-2010.

וולוו בנתה שתי גרסאות הדגמה של היברידיות נטענות של וולוו V70 בשנת 2009 אך לא המשיכה בייצור. ה- V60 ההיברידית הנטענת הושקה בשנת 2011 והייתה זמינה למכירה. ג'נרל מוטורס השיקה רשמית את שברולט וולט בארצות הברית ב-30 בנובמבר 2010, והמשלוחים הקמעונאיים החלו בדצמבר 2010. הרכב הושק תחת המותג של אופל / ווקסהול אמפרה באירופה בין סוף 2011 לתחילת 2012.

טויוטה פריוס פלאג-אין הושקה ביפן בינואר 2012, בארצות הברית בפברואר 2012, ובאירופה בסוף יוני 2012. פורד C-Max Energi הושקה בארצות הברית באוקטובר 2012, [62] וולוו V60 Plug-in Hybrid בשוודיה בסוף 2012^[6].

בדצמבר 2014 הכריזה BMW כי הקבוצה מתכננת להציע גרסאות היברידיות נטענות של כל דגמי מותג הליבה שלה באמצעות טכנולוגיית eDrive שפותחה עבור רכבי סדרת BMW i (BMW i3 ו- BMW i8). מטרת החברה היא להשתמש בטכנולוגיית ההיברידיות הנטענות כדי להמשיך ולהציע כלי רכב בעלי ביצועים גבוהים תוך הפחתת פליטות פחמן דו-חמצני מתחת ל 100 גרם לק"מ. בזמן ההכרזה יצרנית הרכב כבר בדקה אב-טיפוס היברידי נטען של סדרה 3. הדגם הראשון שהיה זמין למכירות קמעונאיות היה BMW X5 eDrive 2016, עם גרסת הייצור שנחשפה בתערוכת שנחאי 2015^[6].

השוואה לרכב היברידי רגיל

לרכב היברידי נטען יש פוטנציאל להיות יעיל יותר מרכב היברידי רגיל, מכיוון שהשימוש המוגבל יותר במנוע הבעירה הפנימית שלו עשוי לאפשר שימוש במנוע קרוב יותר ליעילותו המרבית. בעוד שטויוטה פריוס מדגם היברידי רגיל עשויה להמיר דלק לאנרגיה תנועה ביעילות של כ-30% בממוצע (הרבה מתחת ליעילות השיא של המנוע כ-38%), המנוע של הדגם היברידי הנטען PHEV-70 עשוי לפעול לעיתים קרובות הרבה יותר בסמוך ליעילות השיא שלו, משום הסוללות יכולות לשרת את צורכי ההספק בזמנים בהם מנוע הבעירה היה נאלץ לפעול הרבה מתחת ליעילותו הגבוהה ביותר. היעילות שמושגת בפועל תלויה בגורמים שונים בהם יכולת טעינת / פריקת הסוללה, בקר המנוע והמנוע עצמו, באופן השימוש ברכב ובהזדמנויות הטעינה באמצעות חיבור לרשת החשמל. כל קילוואט שעה של קיבולת סוללה בשימוש מחליף 190 ליטר של דלק בשנה (בנזין או סולר).

עלויות תפעול

מחקר שפורסם בשנת 2014 על ידי חוקרים מאוניברסיטת למאר, אוניברסיטת המדינה של איווה והמעבדה הלאומית לאנרגיה השווה את עלויות התפעול של רכב היברידי נטען בטווחים חשמליים שונים (10, 20, 30 ו-40 מייל) עם רכבי בנזין קונבנציונליים והיברידי רגיל. בהתחשב בכלי רכב שונים, תקופות החזר שונות, ברמות פריסת תשתית טעינה שונות ומחירי הבנזין. המחקר הגיע למסקנה כי:

רכב היברידי נטען חוסך כ 60% בעלויות האנרגיה, בהשוואה לרכבי בנזין קונבנציונליים ו-40% בהשוואה לרכב היברידי רגיל. עם זאת, עבור נהגים שנוסעים למרחקים ארוכים באופן יומי, כלי רכב היברידיים רגילים עם טווח של 40 מייל (64 ק"מ) עשויים להיות אפילו בחירה טובה יותר מאשר רכב היברידי נטען, במיוחד כאשר חסר תשתית טעינה ציבורית ביעד הנסיעה.
קשה להצדיק את העלות המצטברת של הסוללה של רכב היברידי נטען עם סוללות גדולות בהתבסס על החיסכון המצטבר של עלויות התפעול שלו, אלא אם כן מוצע סבסוד עבור הרכב ההיברידי הנטען בעל הסוללה הגדולה.
כאשר מחיר הבנזין עולה מ-4 דולר לגלון ל-5 דולר לגלון, מספר הנהגים שנהנים מסוללה גדולה יותר עולה משמעותית. אם מחיר הדלק הוא 3 דולר, רכב היברידי נטען בטווח של 10 מייל (16 ק"מ) היא האופציה הזולה ביותר גם אם עלות הסוללה היא 200 דולר לקוט"ש.

פליטת גזי חממה

ההשפעה של כלי רכב עם הנע היברידי נטען על פליטת גזי חממה היא מורכבת. כאשר הם פועלים במצב חשמלי לחלוטין הם אינם פולטים מזהמים ממערכת הפליטה שלהם. היתרון של אוויר נקי עקב חוסר פליטת מזהמים הוא בדרך כלל מקומי מכיוון שתלוי במקור החשמל המשמש לטעינת הסוללות, פליטת זיהום האוויר מועברת למיקום תחנת הכוח. כך שמידת התועלת תלויה גם בדלק ובטכנולוגיה המשמשים לייצור החשמל. מנקודת המבט של ניתוח מחזור חיים מלא, החשמל המשמש לטעינה של הסוללות חייב להיות מיוצר ממקורות פליטה אפסיים כגון: אנרגיה מתחדשת (למשל אנרגיית רוח, אנרגיה סולארית או הידרואלקטריות) או מתחנת כוח גרעינית כדי שרכב היברידי נטען יהיה כמעט בלי או עם אפס פליטת מזהמים. מאידך, כאשר הרכב נטען ממקור חשמל שייצור באמצעות פחם, הם בדרך כלל מייצרים מעט יותר פליטת גזי חממה מאשר כלי רכב עם מנוע בעירה פנימית. במקרה של רכב חשמלי היברידי נטען, כאשר הוא פועל בעזרת מנוע הבעירה הפנימית, פליטת הצינור והחממה נמוכים יותר בהשוואה למכוניות קונבנציונליות בגלל צריכת הדלק הגבוהה יותר שלהם.