Гібридний електромобіль (HEV)

Уряди просять громадськість зменшити споживання палива та забруднення. Вони роблять це, не нав'язуючи змін у водійських звичках, і HEV відповідає цим вимогам. Японія є лідером в адаптації HEV через високі витрати на паливо та екологічні проблеми.

Мета HEV — економити паливо без шкоди для продуктивності, і HEV досягає цього, використовуючи один або кілька електродвигунів для допомоги двигуну внутрішнього згоряння під час розгону та для використання кінетичної енергії під час гальмування. Двигун внутрішнього згоряння вимикається на світлофорі, а електродвигун рухає автомобіль у повільному потоці. На повній потужності як двигун внутрішнього згоряння, так і електродвигун працюють для оптимального розгону.

Рисунок 1: Основна функція електрифікованого силового агрегату в гібридному електромобілі

Гідроелектричний автомобіль (ГЕВ) використовує механічний силовий агрегат для передачі потужності від двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) до коліс. У цьому відношенні ГЕВ нагадує звичайний транспортний засіб з колінчастим валом і зчепленням, також відомий як паралельна конфігурація. Економія палива досягається завдяки використанню меншого ДВЗ, налаштованого на максимальну паливну ефективність, а не на високий крутний момент. Toyota заявляє про тепловий ККД 40 відсотків для нового Prius. Бадьоре водіння заслуга електродвигуна, оскільки ця силова установка забезпечує набагато кращий крутний момент, ніж млявий ДВЗ тієї ж потужності. На рисунку 1 показано різні режими електрифікованого силового агрегату в ГЕВ.

Живлення від акумулятора використовується лише протягом короткого періоду часу. Акумулятор HEV рідко переживає повні цикли зарядки-розрядки, які є типовими для електромобілів.

На більшість акумуляторів для гібридних електромобілів надається гарантія 8 років. Щоб забезпечити такий тривалий термін служби, елементи оптимізовані для довговічності, а не для високої питомої енергії, як у споживчих товарах. Виробник акумуляторів досягає цього частково за допомогою використання товстішого та міцнішого сепаратора. Щоб зменшити навантаження, акумулятор працює на рівні заряду 30–80 відсотків, або приблизно 3,5–4,0 В/елемент для літій-іонних акумуляторів, а не на звичайних 3,0–4,20 В/елемент.

Зарядні пристрої для електрокарів

Зарядні пристрої від відомого виробника з гарантією 5 років

Зарядний пристрій для електромобіля Victron EV Charging Station

Забезпечує до 22 кВт потужності в трифазному режимі або до 7,3 кВт в однофазному, підтримує роботу з GX-пристроями та VRM, має вбудований Wi-Fi, Bluetooth, сенсорний дисплей і кільце світлової індикації.

Купити

Зарядна станція для електромобілів Victron EV Charging Station NS

Це ідеальне рішення для тих, хто хоче заряджати електромобіль від сонця, керувати процесом з телефону або GX-пристрою, контролювати статистику через VRM-портал, та водночас мати надійний і стильний пристрій.

Купити

Чорна передня частина для EV Charging Station NS

 Змінна лицьова частина корпусу для зарядної станції Victron Energy EV Charging Station NS.Також передбачена версія білого кольору.

Купити

Подивитися більше

Акумулятори HEV працюють миттєво та мають схожість зі стартерним акумулятором, застосовуючи короткі імпульси потужності для розгону, а не тривалі, безперервні розряди, як у випадку з електромобілем. Акумулятор HEV рідко розряджається до низького рівня заряду (SoC) у 20 відсотків. За нормального використання паралельний HEV споживає менше 2 відсотків доступної ємності акумулятора на милю (1,6 км). Зменшення ємності залишається непоміченим, і акумулятор HEV все ще добре працює з менш ніж половиною початкової ємності.

Рисунок 2: Ємність акумуляторів HEV після закінчення терміну служби

На рисунку 2 показано ємність акумуляторів шести гібридних автомобілів на пробігу 256 000 км (160 000 миль). Випробування було проведено Програмою FreedomCAR та транспортних технологій (FCVT) Міністерства енергетики США у 2006 році відповідно до практики SAE J1634 та включало Honda Civic, Honda Insight та Toyota Prius.

При пробігу 256 000 км (160 000 миль) два автомобілі Honda Civic мали ємність 68%, Insight – 85%, а Prius – 39%. Зниження ємності не вплинуло на паливну економічність.

Гібридний акумулятор двох автомобілів Honda Civic мав залишок ємності 68 відсотків; Insight – 85 відсотків, а Prius – 39 відсотків. Навіть з меншою ємністю наприкінці терміну служби, паливна економічність суттєво не постраждала. Insight продемонстрував зниження паливної економічності на 1,2 милі на галон (0,12 л/км) під час тесту, тоді як Prius знизив паливну економічність на 3,2 милі на галон (0,33 л/км). Кондиціонер був вимкнений в обох випадках.

Для гібридних вантажівок повною масою 33 тонни (73 000 фунтів) пред'являються суворі вимоги до акумуляторів. Акумулятор повинен мати можливість безперервно заряджатися та розряджатися при температурі 4°C, видавати потужність 10 кВт (200 к.с.) протягом 10 хвилин, працювати при температурі від –20°C до 40°C (від –4°F до 104°F) та забезпечувати 5 років служби. Суперконденсатори забезпечили б необхідну довговічність, але висока вартість та низька щільність енергії суперечать цьому варіанту. Свинцево-кислотні акумулятори мають хороші характеристики розряду, але заряджаються повільно. Літій-іонні акумулятори, особливо LTO, були б хорошим вибором, але висока споживана потужність вимагає активного охолодження. NiMH другого покоління проходить випробування, також можна спробувати міцні NiCd.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Парадокс гібридного автомобіля

Хоч би якою гарною була гібридна версія, вона не позбавлена ​​іронії. На конференції, присвяченій передовим автомобільним акумуляторам, противник гібридних електромобілів (ГЕВ) посперечався з виробником ГЕВ, що дизельний автомобіль пропонує кращу економію палива, ніж гібрид. Будучи хорошим продавцем, виробник ГЕВ категорично заперечив це твердження. Можливо, обидва варіанти мають рацію. У міських умовах ГЕВ явно забезпечує кращу економію палива, тоді як дизель споживає менше палива на шосе. Поєднання обох варіантів забезпечило б найкраще рішення, але висока вартість дизельно-гібридного рішення може не окупитися низькими цінами на паливо, хоча такі автомобілі доступні в Європі.

Високоякісні гібридні електромобілі оснащені повнорозмірним двигуном внутрішнього згоряння потужністю 250 к.с. та електродвигуном загальною потужністю 150–400 к.с. Такі транспортні засоби обов’язково знайдуть покупців, особливо якщо уряд надаватиме гранти за «екологічність». Шкода, що споживачі, які ходять пішки, їздять на велосипеді або користуються громадським транспортом, не отримають таких виплат. Здоровий глузд підказує нам економити енергію, менше їздячи на автомобілі або використовуючи менші транспортні засоби, коли це необхідно.

Вольфганг Хатц, тодішній керівник відділу силових агрегатів Volkswagen Group, заявив, що гібридна технологія — це дуже дорогий спосіб заощадити невелику кількість пального, і стверджував, що Volkswagen виробляє гібриди лише через політичний тиск. Він підтримує дизель як найбільш енергоефективний двигун, особливо на автомагістралях.

Можливо, у Volkswagen є рішення — 1-літровий автомобіль (рис. 3). Його називають 1-літровим автомобілем, тому що концептуальний автомобіль спалює лише один літр пального на 100 км. Щоб довести цю концепцію, тодішній голова правління VW доктор Фердинанд Піх проїхав на автомобілі з їхньої штаб-квартири у Вольфсбурзі до Гамбурга на збори акціонерів. Середня витрата становила лише 0,89 літра на 100 км (317 миль на галон).

Рисунок 3: Автомобіль Volkswagen з 1-літровим двигуном

Кажуть, що автомобіль з 1-літровим двигуном є найекономічнішим автомобілем у світі, але він так і не потрапив у виробництво.

Аеродинаміка та вага допомагають досягти низької витрати палива. У той час як типовий автомобіль має коефіцієнт опору 0,30, у автомобіля з 1-літровим двигуном він становить лише 0,16. Карбонова та магнієва рама зменшують вагу до 290 кг (640 фунтів). Одноциліндровий дизельний двигун генерує 8,5 к.с. (6,3 кВт), а паливний бак об'ємом 6,5 літра (1,43 галона) забезпечує запас ходу 650 кілометрів (400 миль). Середня витрата палива становить 0,99 літра на 100 км (238 миль на галон).

Хоча 1-літровий автомобіль не пішов у виробництво, VW продемонстрував, що використання викопного палива можна збільшити, якщо його вартість зросте, або якщо легковажне споживання призведе до неприйнятно високого рівня забруднення. Перевезення людей між пунктами призначення може бути можливим за допомогою легкого транспортного засобу вагою лише 290 кг, що менше, ніж 540-кілограмовий акумулятор Tesla S. Замість того, щоб споживати 150–250 Вт·год на кілометр, як електромобіль, 1-літровий автомобіль використовуватиме лише близько 40 Вт·год/км. Навіть попри те, що він спалює викопне паливо, вплив на навколишнє середовище буде меншим, ніж у електромобіля, що працює на електроенергії, яка в основному виробляється з викопного палива.

Підзаряджувальний гібридний електромобіль (PHEV)

Більшість гібридних автомобілів з підзарядженим двигуном використовують повністю електрифікований силовий агрегат у серійній конфігурації без механічного зв'язку між двигуном внутрішнього згоряння та колесами. Система працює виключно на електродвигуні для руху, а двигун внутрішнього згоряння вмикається лише тоді, коли акумулятори розряджаються, щоб постачати електроенергію для електродвигуна та заряджати акумулятор. Запас ходу повністю зарядженого акумулятора становить близько 50 км (30 миль).

Гібридний автомобіль ідеально підходить для поїздок на роботу та виконання доручень. Під час їзди на акумуляторах бензин не витрачається, а проїзд на автомагістралях звільнений від сплати податків. Однак рахунок за електроенергію для заряджання акумуляторів вдома збільшиться.

На відміну від паралельного HEV, який покладається на акумулятор лише на короткі моменти, акумулятор PHEV знаходиться в режимі виснаження заряду, що означає, що акумулятор повинен працювати інтенсивніше, ніж у HEV. Це збільшує навантаження на акумулятор і скорочує термін його служби. Хоча падіння ємності до 39 відсотків лише незначно вплине на продуктивність Toyota Prius HEV, така втрата зменшить запас ходу PHEV на електротязі з 50 км до 20 км (від 30 до 12 миль).

Chevy Volt оснащений літій-іонним акумулятором ємністю 16 кВт·год вагою 181 кг (400 фунтів) і живить електродвигун потужністю 149 к.с. (111 кВт). Температура призматичних елементів підтримується на рівні 20–25 °C (68–77 °F) під час заряджання та руху. Розетка 115 В змінного струму заряджає акумулятор за 8 годин; розетка 230 В змінного струму скорочує час заряджання до 3 годин. Запас ходу становить 64 км (40 миль), перш ніж 1,4-літровий чотирициліндровий двигун внутрішнього згоряння вмикає генератор змінного струму потужністю 53 кВт, який живить електродвигуни.

Економіка

Як би добре не звучав PHEV, довгострокова економія може бути меншою, ніж очікувалося, особливо якщо протягом терміну служби автомобіля потрібна заміна акумулятора. Старіння акумулятора – це проблема, про яку виробники автомобілів уникають згадувати, боячись відлякати покупців. Автомобіліст, який звик їздити на автомобілях з двигунами внутрішнього згоряння, очікує достатньої потужності як за високих, так і за низьких температур та мінімального зниження продуктивності з віком. Акумулятор не може повністю задовольнити цей потреби, і власнику доведеться миритися зі зменшенням запасу ходу взимку, а також змиритися з невеликим зменшенням пробігу з кожним наступним роком через старіння акумулятора.

Сучасні автомобілі не просто забезпечують транспорт; вони також включають зручності для безпеки, комфорту та задоволення. Найпростішими з них є фари та склоочисники. Покупці також хочуть мати обігрів салону та кондиціонування повітря, послуги, які сприймаються як належне в транспортному засобі, що спалює викопне паливо. Тепло є побічним продуктом у двигуні внутрішнього згоряння, яке має вироблятися за допомогою акумулятора у плагінному гібридному автомобілі, але більшу проблему викликає кондиціонування повітря, яке споживає 3–5 кВт енергії. Комфорт, можливо, доведеться забезпечувати менш економно при роботі від акумулятора.

Багато покупців гібридних автомобілів (PHEV) цінують екологічну перевагу та задоволення від керування тихим транспортним засобом, що працює на електроенергії. Це дуже привабливо для покупців, оскільки електричний рух є більш природним, ніж у двигуна внутрішнього згоряння. Водії повинні адаптуватися до нового способу життя, заряджаючи автомобіль вночі, коли електроенергія дешева, а потім долаючи виміряні відстані. Користувачі цих автомобілів також оцінять нові зарядні станції на робочих місцях та в торгових центрах.