Гибридный электромобиль (HEV)

Правительства просят общественность уменьшить потребление топлива и загрязнение. Они делают это, не навязывая изменений в водительских привычках, и HEV отвечает этим требованиям. Япония является лидером в адаптации HEV из-за высоких затрат на топливо и экологических проблем.

Цель HEV — экономить топливо без ущерба для производительности, и HEV достигает этого, используя один или несколько электродвигателей для помощи двигателю внутреннего сгорания во время разгона и для использования кинетической энергии во время торможения. Двигатель внутреннего сгорания выключается на светофоре, а электродвигатель приводит автомобиль в движение в медленном потоке. На полной мощности как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель работают для оптимального разгона.

Рисунок 1: Основная функция электрифицированного силового агрегата в гибридном электромобиле

Гибридный электромобиль (HEV) использует механический силовой агрегат для передачи мощности от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) к колесам. В этом отношении HEV напоминает обычное транспортное средство с коленчатым валом и сцеплением, также известное как параллельная конфигурация. Экономия топлива достигается за счет использования меньшего ДВС, настроенного на максимальную топливную эффективность, а не на высокий крутящий момент. Toyota заявляет о тепловом КПД в 40 процентов для нового Prius. Бодрое вождение — заслуга электродвигателя, поскольку эта силовая установка обеспечивает гораздо лучший крутящий момент, чем вялый ДВС той же мощности. На рисунке 1 показаны различные режимы электрифицированного силового агрегата в HEV.

Питание от аккумулятора используется лишь в течение короткого периода времени. Аккумулятор HEV редко переживает полные циклы зарядки-разрядки, которые типичны для электромобилей.

На большинство аккумуляторов для гибридных электромобилей предоставляется гарантия 8 лет. Чтобы обеспечить такой длительный срок службы, элементы оптимизированы для долговечности, а не для высокой удельной энергии, как в потребительских товарах. Производитель аккумуляторов достигает этого частично за счет использования более толстого и прочного сепаратора. Чтобы уменьшить нагрузку, аккумулятор работает на уровне заряда 30–80 процентов, или примерно 3,5–4,0 В/элемент для литий-ионных аккумуляторов, а не на обычных 3,0–4,20 В/элемент.

Зарядные устройства для электрокаров

Зарядные устройства от известного производителя с гарантией 5 лет

Зарядное устройство для электромобиля Victron EV Charging Station

Обеспечивает до 22 кВт мощности в трехфазном режиме или до 7,3 кВт в однофазном, поддерживает работу с GX-устройствами и VRM, имеет встроенный Wi-Fi, Bluetooth, сенсорный дисплей и кольцо световой индикации.

Купить

Зарядная станция для электромобилей Victron EV Charging Station NS

Это идеальное решение для тех, кто хочет заряжать электромобиль от солнца, управлять процессом с телефона или GX-устройства, контролировать статистику через VRM-портал, и при этом иметь надежное и стильное устройство.

Купить

Черная передняя часть для EV Charging Station NS

 Сменная лицевая часть корпуса для зарядной станции Victron Energy EV Charging Station NS. Также предусмотрена версия белого цвета.

Купить

Посмотреть больше

Аккумуляторы HEV работают мгновенно и имеют сходство со стартерным аккумулятором, применяя короткие импульсы мощности для разгона, а не длительные, непрерывные разряды, как в случае с электромобилем. Аккумулятор HEV редко разряжается до низкого уровня заряда (SoC) в 20 процентов. При нормальном использовании параллельный HEV потребляет менее 2 процентов доступной емкости аккумулятора на милю (1,6 км). Уменьшение емкости остается незамеченным, и аккумулятор HEV все еще хорошо работает с менее чем половиной начальной емкости.

Рисунок 2: Емкость аккумуляторов HEV после окончания срока службы

На рисунке 2 показана емкость аккумуляторов шести гибридных автомобилей при пробеге 256 000 км (160 000 миль). Испытание было проведено Программой FreedomCAR и транспортных технологий (FCVT) Министерства энергетики США в 2006 году в соответствии с практикой SAE J1634 и включало Honda Civic, Honda Insight и Toyota Prius.

При пробеге 256 000 км (160 000 миль) два автомобиля Honda Civic имели емкость 68%, Insight – 85%, а Prius – 39%. Снижение емкости не повлияло на топливную экономичность.

Гибридный аккумулятор двух автомобилей Honda Civic имел остаток емкости 68 процентов; Insight – 85 процентов, а Prius – 39 процентов. Даже с меньшей емкостью в конце срока службы, топливная экономичность существенно не пострадала. Insight продемонстрировал снижение топливной экономичности на 1,2 мили на галлон (0,12 л/км) во время теста, тогда как Prius снизил топливную экономичность на 3,2 мили на галлон (0,33 л/км). Кондиционер был выключен в обоих случаях.

Для гибридных грузовиков полной массой 33 тонны (73 000 фунтов) предъявляются строгие требования к аккумуляторам. Аккумулятор должен иметь возможность непрерывно заряжаться и разряжаться при температуре 4°C, выдавать мощность 10 кВт (200 л.с.) в течение 10 минут, работать при температуре от –20°C до 40°C (от –4°F до 104°F) и обеспечивать 5 лет службы. Суперконденсаторы обеспечили бы необходимую долговечность, но высокая стоимость и низкая плотность энергии противоречат этому варианту. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют хорошие характеристики разряда, но заряжаются медленно. Литий-ионные аккумуляторы, особенно LTO, были бы хорошим выбором, но высокая потребляемая мощность требует активного охлаждения. NiMH второго поколения проходит испытания, также можно попробовать прочные NiCd.

Аккумуляторы LiFePO4

Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)

Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.

Купить

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки

Купить

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy

Купить

Посмотреть больше

Парадокс гибридного автомобиля

Какой бы хорошей ни была гибридная версия, она не лишена иронии. На конференции, посвященной передовым автомобильным аккумуляторам, противник гибридных электромобилей (HEV) поспорил с производителем HEV, что дизельный автомобиль предлагает лучшую экономию топлива, чем гибрид. Будучи хорошим продавцом, производитель HEV категорически отверг это утверждение. Возможно, оба варианта правы. В городских условиях HEV явно обеспечивает лучшую экономию топлива, тогда как дизель потребляет меньше топлива на шоссе. Сочетание обоих вариантов обеспечило бы лучшее решение, но высокая стоимость дизельно-гибридного решения может не окупиться низкими ценами на топливо, хотя такие автомобили доступны в Европе.

Высококачественные гибридные электромобили оснащены полноразмерным двигателем внутреннего сгорания мощностью 250 л.с. и электродвигателем общей мощностью 150–400 л.с. Такие транспортные средства обязательно найдут покупателей, особенно если правительство будет предоставлять гранты за «экологичность». Жаль, что потребители, которые ходят пешком, ездят на велосипеде или пользуются общественным транспортом, не получат таких выплат. Здравый смысл подсказывает нам экономить энергию, меньше ездя на автомобиле или используя меньшие транспортные средства, когда это необходимо.

Вольфганг Хатц, тогдашний руководитель отдела силовых агрегатов Volkswagen Group, заявил, что гибридная технология — это очень дорогой способ сэкономить небольшое количество топлива, и утверждал, что Volkswagen производит гибриды только из-за политического давления. Он поддерживает дизель как наиболее энергоэффективный двигатель, особенно на автомагистралях.

Возможно, у Volkswagen есть решение — 1-литровый автомобиль (рис. 3). Его называют 1-литровым автомобилем, потому что концептуальный автомобиль сжигает всего один литр топлива на 100 км. Чтобы доказать эту концепцию, тогдашний председатель правления VW доктор Фердинанд Пих проехал на автомобиле из их штаб-квартиры в Вольфсбурге в Гамбург на собрание акционеров. Средний расход составил всего 0,89 литра на 100 км (317 миль на галлон).

Рисунок 3: Автомобиль Volkswagen с 1-литровым двигателем

Говорят, что автомобиль с 1-литровым двигателем является самым экономичным автомобилем в мире, но он так и не попал в производство.

Аэродинамика и вес помогают достичь низкого расхода топлива. В то время как у типичного автомобиля коэффициент сопротивления 0,30, у автомобиля с 1-литровым двигателем он составляет всего 0,16. Карбоновая и магниевая рама уменьшают вес до 290 кг (640 фунтов). Одноцилиндровый дизельный двигатель генерирует 8,5 л.с. (6,3 кВт), а топливный бак объемом 6,5 литра (1,43 галлона) обеспечивает запас хода 650 километров (400 миль). Средний расход топлива составляет 0,99 литра на 100 км (238 миль на галлон).

Хотя 1-литровый автомобиль не пошел в производство, VW продемонстрировал, что использование ископаемого топлива можно увеличить, если его стоимость возрастет, или если легкомысленное потребление приведет к неприемлемо высокому уровню загрязнения. Перевозка людей между пунктами назначения может быть возможна с помощью легкого транспортного средства весом всего 290 кг, что меньше, чем 540-килограммовый аккумулятор Tesla S. Вместо того, чтобы потреблять 150–250 Вт·ч на километр, как электромобиль, 1-литровый автомобиль будет использовать всего около 40 Вт·ч/км. Даже несмотря на то, что он сжигает ископаемое топливо, воздействие на окружающую среду будет меньше, чем у электромобиля, работающего на электроэнергии, которая в основном производится из ископаемого топлива.

Подзаряжаемый гибридный электромобиль (PHEV)

Большинство гибридных автомобилей с подзарядкой используют полностью электрифицированный силовой агрегат в серийной конфигурации без механической связи между двигателем внутреннего сгорания и колесами. Система работает исключительно на электродвигателе для движения, а двигатель внутреннего сгорания включается только тогда, когда аккумуляторы разряжаются, чтобы поставлять электроэнергию для электродвигателя и заряжать аккумулятор. Запас хода полностью заряженного аккумулятора составляет около 50 км (30 миль).

Гибридный автомобиль идеально подходит для поездок на работу и выполнения поручений. Во время езды на аккумуляторах бензин не расходуется, а проезд по автомагистралям освобожден от уплаты налогов. Однако счет за электроэнергию для зарядки аккумуляторов дома увеличится.

В отличие от параллельного HEV, который полагается на аккумулятор лишь на короткие моменты, аккумулятор PHEV находится в режиме истощения заряда, что означает, что аккумулятор должен работать интенсивнее, чем в HEV. Это увеличивает нагрузку на аккумулятор и сокращает срок его службы. Хотя падение емкости до 39 процентов лишь незначительно повлияет на производительность Toyota Prius HEV, такая потеря уменьшит запас хода PHEV на электротяге с 50 км до 20 км (с 30 до 12 миль).

Chevy Volt оснащен литий-ионным аккумулятором емкостью 16 кВт·ч весом 181 кг (400 фунтов) и питает электродвигатель мощностью 149 л.с. (111 кВт). Температура призматических элементов поддерживается на уровне 20–25 °C (68–77 °F) во время зарядки и движения. Розетка 115 В переменного тока заряжает аккумулятор за 8 часов; розетка 230 В переменного тока сокращает время зарядки до 3 часов. Запас хода составляет 64 км (40 миль), прежде чем 1,4-литровый четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания включает генератор переменного тока мощностью 53 кВт, который питает электродвигатели.

Экономика

Как бы хорошо ни звучал PHEV, долгосрочная экономия может быть меньше, чем ожидалось, особенно если в течение срока службы автомобиля потребуется замена аккумулятора. Старение аккумулятора – это проблема, о которой производители автомобилей избегают упоминать, боясь отпугнуть покупателей. Автомобилист, привыкший ездить на автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, ожидает достаточной мощности как при высоких, так и при низких температурах и минимального снижения производительности с возрастом. Аккумулятор не может полностью удовлетворить эти потребности, и владельцу придется мириться с уменьшением запаса хода зимой, а также смириться с небольшим уменьшением пробега с каждым последующим годом из-за старения аккумулятора.

Современные автомобили не просто обеспечивают транспорт; они также включают удобства для безопасности, комфорта и удовольствия. Самыми простыми из них являются фары и стеклоочистители. Покупатели также хотят иметь обогрев салона и кондиционирование воздуха, услуги, которые воспринимаются как должное в транспортном средстве, сжигающем ископаемое топливо. Тепло является побочным продуктом в двигателе внутреннего сгорания, которое должно производиться с помощью аккумулятора в плагин-гибридном автомобиле, но большую проблему вызывает кондиционирование воздуха, которое потребляет 3–5 кВт энергии. Комфорт, возможно, придется обеспечивать менее экономно при работе от аккумулятора.

Многие покупатели гибридных автомобилей (PHEV) ценят экологическое преимущество и удовольствие от управления тихим транспортным средством, работающим на электроэнергии. Это очень привлекательно для покупателей, поскольку электрическое движение более естественно, чем у двигателя внутреннего сгорания. Водители должны адаптироваться к новому образу жизни, заряжая автомобиль ночью, когда электроэнергия дешева, а затем преодолевая измеренные расстояния. Пользователи этих автомобилей также оценят новые зарядные станции на рабочих местах и в торговых центрах.