Studiu comparativ al eficienței energetice a diferitelor tipuri de sisteme de propulsie pentru vehicule hibride și electrice

Abstract

Scopul lucrării este realizarea unei analize comparative complexe a eficienței energetice și ecologice a instalațiilor de propulsie perspectiv ale autoturismelor, luând în considerare întregul lanț energetic — de la sursa de energie până la transformarea acesteia în lucru util la roți (abordarea „Well-to-Wheel” — „de la sondă la roți”). În prima parte a lucrării este realizat un studiu istoric al dezvoltării tehnologiilor hibride și electrice în construcția de automobile, începând de la experimentele timpurii din secolul al XIX lea și până în prezent. În partea a doua a lucrării sunt examinate bazele teoretice ale evaluării eficienței energetice a vehiculelor de transport, cerințele normative actuale privind economia și caracterul ecologic al transportului auto, este efectuată sistematizarea și clasificarea arhitecturilor existente ale instalațiilor de propulsie hibride și electrice; sunt analizate principalele surse de pierderi de energie și principiile fizice ale comparării eficienței energetice a diferitelor tipuri de instalații de propulsie hibride și electrice ale vehiculelor de transport: unde se „pierde” energia; sunt studiate compromisurile energetice și ecologice inerente diferitelor arhitecturi hibride și tracțiunii complet electrice. Partea a treia a lucrării este dedicată analizei comparative a eficienței energetice a instalațiilor de propulsie hibride și electrice. Este studiată metodologia analizei comparative a eficienței energetice a instalațiilor de propulsie hibride și electrice. Este realizată o analiză comparativă a costurilor de exploatare pentru utilizarea sistemelor hibride ale vehiculelor de transport (HEV), hibride plug-in (PHEV) și vehicule electrice cu baterie (BEV) în condițiile Republicii Moldova la data de decembrie 2025, ținând cont de prețurile actuale la purtătorii de energie și electricitate. Partea a patra a lucrării reprezintă secțiunea calcul-experimentală de comparare a cheltuielilor de exploatare pentru BEV și hibride în Moldova (la data de decembrie 2025), sunt analizate rezultatele testelor conform ciclurilor unificate (NEDC, WLTP, EPA și CLTC) și raportul lor cu consumul energetic real, este examinat aspectul economic al eficienței energetice a instalațiilor de propulsie hibride și electrice ale automobilelor și perspectivele de dezvoltare a unor astfel de instalații de propulsie. În partea concluzivă a lucrării sunt formulate concluziile principale, recomandările practice privind alegerea celui mai eficient energetic tip de instalație de propulsie în funcție de scenariile de utilizare, condițiile climatice și particularitățile exploatării, precum și recomandări pentru consumatori, organele de stat și producătorii de tehnică auto. Rezultatele obținute au permis identificarea celor mai eficiente energetic tipuri de instalații de propulsie pentru diferite scenarii de exploatare (ciclu urban, călătorii interurbane și pe distanțe lungi, condiții de climă rece și caldă, utilizare comercială și de serviciu). Pe baza lor au fost formulate recomandări practice privind alegerea tipului optim de instalație de propulsie hibridă sau electrică în funcție de condițiile concrete de exploatare, factorii climatici, structura nevoilor de transport și criteriile prioritare ale proprietarului (economie, caracter ecologic, confort, autonomie).

The aim of the work is to conduct a comprehensive comparative analysis of the energy efficiency and environmental performance of prospective passenger car powertrains, taking into account the full energy chain — from the primary energy source to the conversion of energy into useful work at the wheels (the “Well-to-Wheel” approach). In the first part of the thesis, a historical overview of the development of hybrid and electric technologies in the automotive industry is presented, starting from early experiments in the 19th century up to the present day. The second part covers the theoretical foundations of assessing vehicle energy efficiency, current regulatory requirements for fuel economy and environmental performance of automotive transport, systematization and classification of existing hybrid and electric powertrain architectures; analysis of the main sources of energy losses and the physical principles underlying the comparison of energy efficiency among different types of hybrid and electric powertrains; identification of where energy losses occur; and examination of the energy and environmental trade-offs inherent to various hybrid architectures and fully electric propulsion systems. The third part is devoted to the comparative analysis of energy efficiency of hybrid and electric powertrains. It examines the methodology for comparative evaluation of energy efficiency, and performs a comparative analysis of operating costs for hybrid electric vehicles (HEV), plug in hybrid electric vehicles (PHEV), and battery electric vehicles (BEV) under the conditions of the Republic of Moldova as of December 2025, taking into account current prices for energy carriers and electricity. The fourth section presents the calculation-experimental part, comparing the operating costs of BEVs and hybrids in Moldova (as of December 2025). It analyzes the results of tests conducted under standardized driving cycles (NEDC, WLTP, EPA, and CLTC) and their correlation with real-world energy consumption. The economic aspect of the energy efficiency of hybrid and electric powertrains is also evaluated, along with prospects for their further development. In the concluding part, the main findings are formulated, along with practical recommendations for selecting the most energy-efficient type of powertrain depending on usage scenarios, climatic conditions, and operational specifics. Recommendations are provided for consumers, government authorities, and automotive manufacturers. The results obtained made it possible to identify the most energy-efficient types of powertrains for various operating scenarios (urban driving cycle, intercity and long-distance travel, cold and hot climate conditions, commercial and service use). Based on these findings, practical recommendations have been developed for choosing the optimal hybrid or electric powertrain type depending on specific operating conditions, climatic factors, transport needs structure, and the owner’s priority criteria (economy, environmental impact, convenience, range).

Целью работы является проведение комплексного сравнительного анализа энергоэффективности и экологичности перспективных силовых установок легковых автомобилей, учитывающей полную энергоцепочку — от источника энергии до преобразования ее в полезную работу на колесах (подход «Well-to-Wheel» — «от скважины до колес»). В первой части работы выполнен исторический обзор развития гибридных и электрических технологий в автомобилестроении начиная с ранних экспериментов XIX века и до настоящего времени. Во второй части работы рассмотрены теоретические основы оценки энергоэффективности транспортных средств, современные нормативные требования к экономичности и экологичности автомобильного транспорта, проведена систематизация и классификация существующих архитектур гибридных и электрических силовых установок; проанализированы основные источники потерь энергии и физические принципы сравнения энергоэффективности различных типов гибридных и электрических силовых установок; транспортных средств: где «теряется» энергия; изучены энергетические и экологические компромиссы, присущие разным гибридным архитектурам и полностью электрическому приводу. Третья часть работы посвящена сравнительному анализу энергоэффективности гибридных и электрических силовых установок. Изучена методика сравнительного анализа энергоэффективности гибридных и электрических силовых установок. Выполнен сравнительный анализ эксплуатационных затрат на использование гибридных систем транспортных средств (HEV), подключаемых гибридов (PHEV) и аккумуляторных электромобилей (BEV) в условиях Республики Молдова по состоянию на декабрь 2025 года с учётом действующих цен на энергоносители и электричество. Четвёртый раздел работы это расчётно-экспериментальная часть по сравнению эксплуатационных расходов BEV и гибридов в Молдове (по состоянию на декабрь 2025), проанализированы результаты испытаний по унифицированным циклам (NEDC, WLTP, EPA и CLTC) и их соотношение с реальным энергопотреблением, рассмотрен экономический аспект энергоэффективности гибридных и электрических силовых установок автомобилей и перспективы развития таких силовых установок. В заключительной части работы сформулированы основные выводы, практические рекомендации по выбору наиболее энергоэффективного типа силовой установки в зависимости от сценариев использования, климатических условий и особенностей эксплуатации, а также даны рекомендации для потребителей, государственных органов и производителей автомобильной техники. Полученные результаты позволили выявить наиболее энергоэффективные типы силовых установок для различных сценариев эксплуатации (городской цикл, междугородние и дальнемагистральные поездки, условия холодного и жаркого климата, коммерческое и служебное использование). На их основе сформулированы практические рекомендации по выбору оптимального типа гибридной или электрической силовой установки в зависимости от конкретных условий эксплуатации, климатических факторов, структуры транспортных нужд и приоритетных критериев владельца (экономичность, экологичность, удобство, автономность).