поводом для этой заметки послужило вот такое сообщение.
серьёзно?
электродвигатель является элементом трансмиссии и не может сравниваться с ДВС по определению!
как говорится «вы Шариков чушь говорите, а самое возмутительное то, что говорите её безапелляционно и уверенно.» но тем не менее некоторая часть правды в этом заявлении есть. попробуем отделить мух от котлет.
классификация транспорта использующего ТяговыеЭлектроДвигатели.
- электрический гибрид — это ТранспортноеСредство использующее два источниках энергии. в качестве двигателя приводящее ТС используется ТЭД. в качестве Основной ЭнергетическойУстановки используется двигатель внутреннего сгорания как правило это ГазоПоршневаяУстановка.
ГПУ (газопоршневая установка) — это, по сути, классический ДВС (бензиновый или дизельный), где энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней, а затем во вращение коленвала. он дёшев, но имеет узкий диапазон эффективных оборотов. однако могут быть применены другие виды ДВС, о чем будет сказано отдельно.
энергия вырабатываемая ГЭУ передаётся ТЭД который приводит в движение ТС. в качестве ГЭУ можно использовать, топливные элементы, солнечные панели и т.п. - электромобиль. здесь все еще проще: энергия на борту не вырабатывается, а только храниться, используется ТЭД. других двигателей на борту нет.
- внешняя контактная сеть. по этой теме писать особо нечего думаю и так все ясно. ТС использует ТЭД, а энергию получает от внешнего источника. как правило это общественный транспорт: трамваи, троллейбусы, метро и электрички.
ну теперь чуть подробной рассмотрим типы гибридов.
последовательный гибрид.
схема получила своё название из-за последовательного распространения мощности. ДВС->генератор->Преобразователь Частоты->ТЭД.
схема активно применяется на большегрузном транспорте: тепловозы, катерные самосвалы (масса груза самосвала может быть 500 тон) и т.п. схема применяется в большегрузе из-за свойств ТЭД. например плавная регулировка без «рывков», очень большой момент электродвигателя на большом интервале оборотов, что позволяет легко «сорвать с места» огромную массу. схема как правило не дает выигрыша по использованию топлива и часто называется электротрансмиссией. схема активна используется в большегрузном транспорте, в строительной и бронетехнике.
исторический факт
Panzerjäger Tiger (P) «Ferdinand» (позже «Elefant») была одним из самых известных и массовых образцов бронетехники второй мировой войны с чистой электромеханической трансмиссией: два карбюраторных двигателя не были напрямую связаны с гусеницами. каждый двигатель приводил в действие отдельный электрогенератор. электроэнергия подавалась на два ТЭД.
по роду тока, использования ПреобразователяЧастоты (это устройство часто называется инвертором), типа управления, схему можно еще дальше разделить на подвиды, но мы этого делать не будем, в целях большей ясности классификации.
интересный факт
БелАЗ-75710 — полноприводный двухосный карьерный самосвал грузоподъёмностью 450 тонн — самый большой карьерный самосвал в мире. силовая установка включает в себя два электрогенератора, каждый из которых подсоединён к двигателю мощностью 1715 кВт. система электропривода переменного тока с двумя инверторами.
последовательный гибрид в легковом и общественном транспорте.
казалось бы схема не дает выигрыша в экономичности значит её использование в легковом транспорте не имет смысла, но не торопитесь с выводами, все можно исправить применив более изощереннное управление и сделав ставку на силовую электронику, что значительно проще сделать на легковом транспорте т.к. не нужны огромные мощности.
схема как правило сложнее, имет явно выраженный промежуточный накопитель энергии (буферная батарея). для буферной батареи небольшой ёмкости удобно использовать супер конденсаторы. сама схема выглядит так: ГЭУ->ПН->ПЧ->ТЭД.
казалось бы какие экономические преимущества может давать всего лишь добавление буферной батареи? а тем не менее применение ПН дает огромные экономические преимущества.
ГЭУ = ГПУ + генератор.
главный залог экономичности, что ГПУ всегда работает в оптимальном режиме. кроме того управление позволяет тратить ровно столько энергии сколько сейчас необходимо. как это работает.
ГПУ запускается и работает в максимально комфортном режиме. ГПУ приводит в действие генератор (часто говорят тяговый генератор), который заряжает ПН. при достижении определённого уровня заряда ГПУ отключается. на заряде буферной батареи ТС может как правило проехать несколько километров. когда заряд в ПН падает ниже некоторого предела, снова запускается ГПУ которая по средствам генератора заряжает ПН до определённого уровня, после чего снова отключается.
такая логика работы позволяет добиться высокой эффективности, которая позволяет легковому автомобилю тратить несколько литров топлива на 100 километров. однако предъявляет требование к ГПУ — она должна надёжно запускаться, иметь большое число циклов старт-стоп. что на сегодняшний день легко обеспечивается ГПУ.
ГЭУ = микротурбина.
строго говоря газотурбинный двигатель и микротубина это не синонимы, однако не будем вдаваться в технические детали. для нас важно то, что вращение вала газотурбинного двигателя преобразуются в электричество.
плюсы газотурбинного двигателя: компактность, малое число движущихся частей, может работать на разных видах топлива, выхлоп очень чистый.
однако есть и минусы: очень высокая стоимость, высокие обороты (требуется редуктор), низкий КПД на частичных нагрузках, что критично для транспорта.
соответственно ничем принципиальным схема не отличается. но из-за дороговизны микротурбины схема используется редко. в США одно время были распространены газотурбовозы, в России схема использовалась в экспериментальных гибридных автобусах.
особенность схемы небольшое число циклов старт-стоп микротурбины, что относит схему ближе к электротрансмиссии.
ГЭУ = топливный элемент.
здесь все тоже самое просто в качестве ГЭУ применяют водородный топливный элемент. топливный элемент дает несколько больший КПД (порядка 60%). в основном же схема мало отличается.
ГЭУ = солнечная панель.
здесь тоже нет никаких отличий. единственное принципиальное ограничение это площадь солнечных панелей, которое ограничивает генерируемую мощность. теоретически схему можно использовать «на очень лёгком» легковом транспорте, но более логичное её применение скажем на прогулочных катерах: накопили энергию провели экскурсионную поездку, во время поездки и её окончании и подготовки к следующей поездки можно накапливать энергию. кроме того туристические экскурсии как правило проходят в погожий солнечный денёк, что тоже очень важно.
заряжаемый гибрид (плагин-гибрид)
ничего принципиально нового схема тоже не приносит. фактически отличие только в ёмкости ПН. плагин-гибрид может заряжать ПН от внешнего источника энергии и проехать на нём значительное расстояние — порядка 100 километров.
параллельный гибрид.
параллельный гибрид — тип гибридного автомобиля, в котором двигатель внутреннего сгорания, как правило ГПУ, и электромотор соединены с трансмиссией параллельно. оба двигателя могут работать одновременно, так и по отдельности. такой подход позволяет электродвигателю улучшать режимы ГПУ областях оборотов и моментов в которых ГПУ неэффективна. например при необходимости большого момента и низких оборотов (при старте). схема используется в основном на легковом транспорте.
последовательно-параллельный гибрид (split-power)
как думаю понятно из названия это «гибрид гибридов» важный тип для легковых авто тип (например, Toyota Hybrid Synergy Drive). система, где ДВС может и заряжать батарею, и напрямую через планетарную передачу вращать колёса. это «золотая середина», объясняющая топливную эффективность Prius. однако это сложная схема особенно с механической точки зрения.
электромобиль
эта самая простая схема с механической точки зрения. схеме не требуются раздатки, валы, коробки передач. почти всю механику успешно заменят электроника. современная электроника достаточно надёжна, что определяет большую надёжность электромобиля.
на ТС установлен только один тип двигателей — электрический, который выступает как ТЭД. энергия на борту электромобиля не вырабатывается, а только хранится в накопителе энергии. сейчас в качестве накопителя энергии как правило выступает литиевый аккумулятор.
поэтому сейчас аккумулятор это самое слабое место электромобиля. аккумулятор должен работать в широком диапазоне температур и мощностей, быстро заряжаться и иметь достаточно высокую плотность запасаемой энергии, иметь большое число циклов заряд-разряд. аккумуляторов отвечающие таким противоречивым требованием пока не существует.
наиболее распространённый аккумуляторлитий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP, «лифер») т.к. сравнительно дешев. LFP — разновидность литий-ионного аккумулятора в котором катод изготовлен из феррофосфата лития, a анод — из графита. батареи LFP не содержат дорогого кобальта.
однако аккумулятор не идеальный:
- не самая высокая плотность запасаемый энергии ~150 Вт•ч/кг
- число циклов заряд-разряд до потери 20 % ёмкости: 2000—7000 зависит от тока разряда/заряда, глубины разряда.
- для зарядки при отрицательных температурах требует дополнительных инженерных решений.
московский электробус.
отдельно упомяну. когда-то в «тучные годы» было решено развивать городской электротранспорт. это наиболее известное применение электромобилей в России. электробус использует литий-титанатный аккумулятр. его особенностью является то, что имеет очень небольшое время заряда — десятки минут, высокая надёжность, большое число циклов заряд-разряд (Toshiba заявляет 25 000) однако при этом имет ряд недостатков.
- дорогой
- низкая плотность запасаемой энергии: 60—100 Вт*ч/кг
сума характеристик определяет стратегию зарядки на конечных остановках. видимо городскому начальству такая стратегия показалась достаточно удобной.
заключение
сейчас среди ТС применяющие ТЭД выделить тот или иной признак классификации бывает довольно сложно, особенно на легковом транспорте. ТС может использовать характерные черты разных групп классификации. инженеры заняты выявлением «волшебной» комбинации.
какой подход победит с моей точки зрения? в легковом транспорте видимо электромобиль т.к. это самая «простая» схема, а на легковом транспорте стоимость производства имеет решающее значение. кроме того не так давно я писал про фотоэлектрические модули — возможно технология найдет свою нишу на транспорте. её главное преимущество — минимальные изменения инфраструктуры. в качестве топлива может использоваться например тот или иной вид газа.
текст создан при экспертной поддержке DeepSeek