Не забудь подписаться и поблагодарить нашу команду, приятного чтения!
Изучите основы технологии гибридных автомобилей, а также разницу между параллельным, последовательным и подключаемым гибридом.
- Гибридные автомобили используют два разных источника энергии, как правило, бензиновый двигатель и электродвигатель.
- Гибридные автомобили используют один или оба источника энергии для приведения в движение, часто используя электродвигатель на низких скоростях и двигатель на высоких (или оба одновременно).
- Гибридные автомобили оснащены топливным баком и аккумуляторной батареей, которая питает электродвигатель (электродвигатели).
Гибридные автомобили, которые когда-то ассоциировались с защитниками окружающей среды и были представлены лишь несколькими моделями, теперь стали частью мейнстрима, и большинство автопроизводителей предлагают по крайней мере один гибридный вариант. Но что именно представляет собой гибрид в автомобильном смысле? Проще говоря, это автомобиль или грузовик, в котором используются два разных источника энергии. Технически, Бэтмобиль с его комбинацией турбинного двигателя и двигателя внутреннего сгорания является гибридом. Но вы не Брюс Уэйн, и, насколько мы знаем, Бэтмобиль не продаётся.
Что такое гибрид?
В Соединённых Штатах в гибридных автомобилях для движения используется как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель, но единственным топливом, которое вы будете заливать, будет бензин. (Дизельные гибриды существуют, но в основном они используются в локомотивах и других транспортных средствах повышенной грузоподъёмности.) В гибридах есть небольшие высоковольтные аккумуляторы для питания электродвигателей, но вы не подключаете их к сети.
При отсутствии внешнего источника питания электроэнергия для двигателя вырабатывается при торможении в процессе, называемом рекуперативным торможением, или сокращённо рекуперацией. Если вы поклонник гонок «Формулы-1», то, возможно, слышали, что это называется системой рекуперации кинетической энергии (KERS). Система рекуперации не заменяет традиционные тормоза, а работает как важная альтернатива. Электрическая энергия, вырабатываемая в ходе этого процесса, сохраняется в аккумуляторе для немедленного повторного использования при следующем ускорении. Когда вы проезжаете светофор, накопленная энергия снова приводит автомобиль в движение и задерживает перезапуск бензинового двигателя — в некоторых случаях до тех пор, пока вы не разгонитесь до 40 км/ч. Когда вы снова останавливаетесь, цикл повторяется. Благодаря этому расход топлива гибридного автомобиля в городе намного ниже, чем у негибридного, не говоря уже о расходе на шоссе.
Как работает рекуперативное торможение?
Регенерация - естественное следствие функционирования электродвигателей. Когда вы подводите электричество к электродвигателю, он приводит в движение (или помогает двигаться) автомобиль. Когда автомобиль трогается с места, тот же двигатель становится генератором, который может обратить поток электронов вспять и использовать это движение для подачи электроэнергии обратно в аккумулятор. Вот почему гибридные электродвигатели иногда называют мотор-генераторами. Важно отметить, что этот процесс замедляет ход автомобиля, поэтому регенерация запускается и управляется компьютером, когда вы нажимаете на тормоз или спускаетесь с уклона.
Насколько мала батарея гибрида? Обычно не более 1 кВт⋅ч, что составляет от 1 до 2 процентов от размера батареи полноценного электромобиля.
Движение с одной педалью, при котором нажатие на педаль газа может активировать рекуперацию, в основном используется в полностью электрических автомобилях, а не в гибридах, потому что у электромобилей более мощные электрические системы и аккумуляторы большего размера. Насколько мала батарея гибрида? Обычно она не превышает одного киловатт-часа (кВт·ч), что составляет всего 1–2 процента от размера аккумулятора полностью электрического автомобиля.
Тем не менее, гибридная система рекуперации может быть достаточно мощной для большинства обычных замедлений. Компьютер всегда отслеживает, насколько сильно вы нажимаете на педаль тормоза, поэтому он задействует традиционные тормоза — колодки и диски — при более резких остановках и в экстренных ситуациях. Такой подход, при котором рекуперация является приоритетом, позволяет максимально эффективно накапливать электроэнергию для движения, что значительно повышает экономию топлива. Рекуперация — это базовый элемент, который есть у всех гибридов, но различия возникают при использовании бензиновых двигателей.
Параллельные гибриды
Параллельные гибриды являются наиболее распространённым типом, так как они сконструированы таким образом, чтобы выборочно использовать бензиновый двигатель или электродвигатель для движения автомобиля. Они также могут задействовать оба двигателя одновременно. Электродвигатель работает на более низких скоростях, потому что именно тогда его высокий начальный крутящий момент и эффективность позволяют наилучшим образом использовать ограниченную энергию аккумулятора. После задержки запуска бензиновый двигатель подключается и в конечном итоге берёт на себя управление по мере набора скорости и перехода в крейсерский режим, когда двигатель работает в оптимальном режиме. В некоторых конструкциях используется один электродвигатель, расположенный между двигателем и обычной трансмиссией, в то время как в других используется система из двух электродвигателей, которые работают вместе, выполняя функцию бесступенчатой трансмиссии для двигателя. Примерами первых являются ранние гибриды Honda, а также современные модели Hyundai и Kia, такие как Elantra. Ко вторым относятся гибриды Toyota, Lexus и Ford, такие как Maverick.
Серийные Гибриды
Этот тип менее распространён, но его популярность растёт. В нём также используется основной приводной двигатель, который приводит транспортное средство в движение, используя энергию аккумулятора, накопленную при торможении, на низких скоростях и поглощая энергию при ускорении. Когда скорость увеличивается и энергия аккумулятора заканчивается, двигатель включается, чтобы привести в действие второй специальный генератор, который преобразует энергию бензина в электричество для питания аккумулятора. Это означает, что колёса приводятся в движение электричеством на всех скоростях, поэтому подача энергии всегда ощущается как плавная и бесперебойная. Недостатком является то, что преобразование бензина в электричество представляет собой дополнительный этап, снижающий эффективность, но новые подходы делают это менее значимым. Honda — последний чемпион в этой области, который выпускает последние версии Civic, CR-V и гибридов Accord.
Размытые линии
Как и всё остальное, гибридные системы не соответствуют этим определениям в полной мере. Toyota Hybrid Synergy Drive — это в первую очередь параллельная система, но её конструкция с двумя двигателями также позволяет кратковременно генерировать последовательную мощность, когда наиболее эффективная рабочая скорость двигателя вырабатывает больше мощности, чем требуется водителю. Точно так же новейшая гибридная система Honda, работающая преимущественно в последовательном режиме, может подключать двигатель для непосредственного привода колёс в определённых условиях, когда компьютер решает, что это более эффективно. Оба исключения — это хорошо, потому что они показывают, что инженеры ищут наиболее эффективное решение, а не то, которое проще всего объяснить.
Как гибриды приносят вам пользу
Основное преимущество любого гибрида заключается в том, что он улавливает и повторно использует энергию торможения, которая в противном случае была бы потеряна из-за нагрева и износа тормозов. Гибриды, которые интересуют большинство людей, используют эту восстановленную энергию для экономии топлива и увеличения расхода на милю с помощью электродвигателя, который задерживает запуск бензинового двигателя, но гибриды для любителей спорта используют накопленную энергию для увеличения общей мощности и скорости.
Топливосберегающие гибриды - отличный выбор для тех, кто хочет сэкономить деньги или уменьшить выбросы углекислого газа. В конце концов, высокий уровень миль на галлон и низкий уровень выбросов углекислого газа - это две стороны одной медали. Если вы живете в квартире или у вас будет только одна машина, электромобиль может оказаться непрактичным. С другой стороны, гибрид - это чисто бензиновый автомобиль, у которого нет привязи или особых требований к заправке.
С более практической точки зрения, сильный акцент гибридов на рекуперативном торможении означает, что их тормозные колодки и роторы прослужат намного дольше, чем у обычных автомобилей. У них также нет отдельного стартера, потому что за это отвечает электродвигатель. А маленький аккумулятор гибрида не занимает много места и не требует дорогостоящего химического состава аккумулятора.
Другие виды гибридов
Так называемые «мягкие гибриды» имеют скромные 48-вольтовые аккумуляторы, которые не могут обеспечить достаточную тягу. Однако такие системы пополняются за счёт регенерации и объединяют стартер и генератор в один блок, который может плавно запускать двигатель «на передаче», так сказать, для более плавной работы систем запуска и остановки.
Гибриды на топливных элементах - это серийные гибриды, оснащенные электродвигателем, рекуперативным торможением и небольшой высоковольтной батареей. Но у них нет бензинового двигателя. Вместо этого у них есть топливный элемент, устройство, которое преобразует газообразный водород в электричество, при этом единственным побочным продуктом является вода. Поэтому гибриды на топливных элементах постоянно работают на электричестве и так же бесшумны, как электромобили. Их баки с водородом можно заполнить за пять минут, как в обычных автомобилях, но доступность станций крайне ограничена и в основном ограничивается крупными населенными пунктами Калифорнии.
Подключаемые гибриды — это обычные гибриды с увеличенным аккумулятором, который позволяет им работать на полной скорости только на электричестве на расстоянии от 30 до 80 километров. Здесь возникают все проблемы, связанные с зарядкой аккумулятора электромобиля, но они не так остро ощущаются, потому что аккумулятор подключаемого гибрида примерно в четыре раза меньше, чем у электромобиля. Благодаря этому их проще подключать к домашней электросети, и те, кто сможет это сделать, будут ездить на электромобиле по будням без ограничений: на электромобиле по будням, но с возможностью использования бензина для дальних поездок. И они по-прежнему эффективны при работе на бензине, потому что сохраняют преимущества обычных гибридов. К недостаткам можно отнести более высокую стоимость покупки из-за более крупной батареи, большую вероятность того, что более крупная батарея будет занимать место в багажнике, и, возможно, меньший объём топливного бака.