Чи є технологія розширеного радіусу дії відсталою?
Минулого тижня представник Huawei Юй Чендун заявив в інтерв'ю, що «нісенітниця — говорити, що транспортний засіб із збільшеним запасом ходу недостатньо просунутий. Режим збільшеного запасу ходу наразі є найбільш підходящим режимом транспортного засобу на новій енергії».
Ця заява знову викликала гарячу дискусію між галуззю та споживачами щодо технології доповненої гібридної архітектури (далі – доповнений процес). Свою думку висловили й низка керівників автомобільних підприємств, такі як генеральний директор Ideal Лі Сян, генеральний директор Weima Шень Хуей та генеральний директор WeiPai Лі Руйфен.
Лі Руйфен, генеральний директор бренду Wei, поспілкувався безпосередньо з Юй Чендуном на Weibo, заявивши, що «виробництво заліза все ще має бути складним, і в галузі існує консенсус щодо того, що гібридна технологія додавання програм є відсталою». Крім того, генеральний директор бренду Wei негайно придбав M5 для тестування, додавши до обговорення ще один запах пороху.
Фактично, ще до цієї хвилі дискусій про те, «чи є підвищення зворотним», керівники Ideal та Volkswagen також мали «гарячу дискусію» з цього питання. Фен Сіхань, генеральний директор Volkswagen China, прямо заявив, що «програма підвищення – це найгірше рішення».
Дивлячись на вітчизняний автомобільний ринок останніх років, можна помітити, що нові автомобілі зазвичай обирають два види живлення: збільшений запас ходу або чисту електрику, і рідко використовують гібридні моделі з підзарядкою. Навпаки, традиційні автомобільні компанії, навпаки, використовують нові енергетичні продукти з чистою електрикою або гібридними моделями з підзарядкою, і їм взагалі байдуже на збільшений запас ходу.
Однак, оскільки на ринку все більше нових автомобілів впроваджують систему збільшеного запасу ходу, а також з'являються популярні моделі, такі як Ideal One та Enjie M5, система збільшеного запасу ходу поступово стає відома споживачам і сьогодні стає основною формою гібридного автомобіля на ринку.
Швидке зростання популярності автомобілів із подовженим запасом ходу неминуче вплине на продажі паливних та гібридних моделей традиційних автомобільних компаній, що є коренем суперечки між вищезгаданими традиційними автомобільними компаніями та новозбудованими автомобілями.
Отже, чи є технологія збільшеного запасу ходу зворотною? У чому різниця між заряджанням від мережі? Чому нові автомобілі обирають збільшений запас ходу? На ці питання Че Дунсі знайшов відповіді після глибокого вивчення двох технічних шляхів.
1. Розширений діапазон та плагінний мікшування мають один і той самий корінь, а структура розширеного діапазону простіша.
Перш ніж обговорювати збільшений запас ходу та гібридний автомобіль, давайте спочатку представимо ці два типи потужності.
Згідно з національним стандартним документом «Термінологія електромобілів» (gb/t 19596-2017), електромобілі поділяються на повністю електричні транспортні засоби (далі — повністю електричні транспортні засоби) та гібридні електричні транспортні засоби (далі — гібридні електричні транспортні засоби).
Гібридні транспортні засоби можна розділити на послідовні, паралельні та гібридні відповідно до структури потужності. Серед них, послідовний тип означає, що рушійна сила транспортного засобу походить тільки від двигуна; паралельний тип означає, що рушійна сила транспортного засобу забезпечується двигуном і двигуном одночасно або окремо; гібридний тип стосується двох режимів руху послідовно/паралельно одночасно.
Розширювач запасу ходу – це серійний гібрид. Розширювач запасу ходу, що складається з двигуна та генератора, заряджає акумулятор, а акумулятор приводить у рух колеса, або ж розширювач запасу ходу безпосередньо подає живлення на двигун для руху транспортного засобу.
Однак концепція інтерполяції та змішування є досить складною. Щодо електромобілів, гібриди також можна розділити на гібриди з зовнішньою зарядкою та гібриди без зовнішньої зарядки залежно від ємності зовнішньої зарядки.
Як випливає з назви, якщо є порт зарядки та можливість зовнішньої зарядки, це гібрид із зовнішньою зарядкою, який також можна назвати «підключаємим гібридом». Згідно з цим стандартом класифікації, розширений запас ходу є різновидом інтерполяції та змішування.
Аналогічно, гібрид без можливості зовнішньої зарядки не має порту заряджання, тому його не можна заряджати зовні. Він може заряджати акумулятор лише за допомогою двигуна, рекуперації кінетичної енергії та іншими методами.
Однак, наразі гібридний тип на ринку переважно відрізняється структурою потужності. Наразі гібридна система з підзарядкою від мережі є паралельною або гібридною гібридною системою. Порівняно з двигуном з розширеним запасом ходу (серійний тип), гібридний двигун з підзарядкою від мережі (гібрид) може не лише забезпечувати електроенергією акумулятори та двигуни, але й безпосередньо керувати транспортними засобами через гібридну трансмісію (ECVT, DHT тощо) та утворювати спільну силу з двигуном для керування транспортними засобами.
Гібридні системи з підзарядкою, такі як Great Wall Lemon Hybrid System, Geely Raytheon Hybrid System та BYD DM-I, є гібридними системами.
Двигун у розширювачі запасу ходу не може безпосередньо приводити в рух транспортний засіб. Він повинен виробляти електроенергію через генератор, накопичувати електроенергію в акумуляторі або безпосередньо подавати її до двигуна. Двигун, як єдине джерело рушійної сили всього транспортного засобу, забезпечує живлення для транспортного засобу.
Таким чином, три основні частини системи розширення запасу ходу – розширення запасу ходу, акумулятор та двигун – не мають механічного з'єднання, але всі вони електрично з'єднані, тому загальна структура є відносно простою; Структура гібридної системи з підзарядкою є складнішою, що вимагає зв'язку між різними динамічними доменами через механічні компоненти, такі як коробка передач.
Загалом кажучи, більшість компонентів механічної трансмісії в гібридній системі мають такі характеристики, як високі технічні бар'єри, тривалий цикл застосування та патентний пул. Очевидно, що нові автомобілі, які "шукають швидкості", не встигають завестися з передачами.
Однак для традиційних підприємств, що працюють на транспортних засобах, механічна трансмісія є однією з їхніх сильних сторін, і вони мають глибокий технічний досвід та досвід масового виробництва. Коли наближається хвиля електрифікації, традиційним автомобільним компаніям, очевидно, неможливо відмовитися від десятиліть або навіть століть накопичення технологій та почати все спочатку.
Зрештою, важко зробити великий розворот.
Таким чином, простіша структура з розширеним запасом ходу стала найкращим вибором для нових автомобілів, а гібрид із підзарядкою, який може не тільки повною мірою використовувати відпрацьоване тепло механічної трансмісії та зменшити споживання енергії, став першим вибором для трансформації традиційних автомобільних підприємств.
2. Розширений запас ходу розпочався сто років тому, а акумулятор двигуна колись був пляшкою для перезаряджання.
Після з'ясування різниці між підключаємим гібридом та збільшеним запасом ходу, а також причин, чому нові автомобілі зазвичай обирають збільшений запас ходу, традиційні автомобільні компанії обирають підключаємий гібрид.
Отже, для розширеного діапазону, чи означає проста структура відсталість?
Перш за все, з точки зору часу, розширена дальність дії справді є відсталою технологією.
Історію збільшеного запасу ходу можна простежити до кінця 19 століття, коли Фердинанд Порше, засновник Porsche, побудував перший у світі серійний гібридний автомобіль Lohner Porsche.
Lohner Porsche — це електромобіль. На передній осі встановлено два ступичні двигуни для приведення в рух. Однак через короткий запас ходу Фердинанд Порше встановив два генератори для збільшення запасу ходу автомобіля, що утворило серійну гібридну систему та стало родоначальником збільшення запасу ходу.
Оскільки технологія розширеного радіусу дії існує вже понад 120 років, чому вона не розвивається стрімко?
По-перше, у системі збільшеного запасу ходу двигун є єдиним джерелом живлення колеса, а пристрій збільшеного запасу ходу можна розглядати як великий скарб сонячної зарядки. Перший використовує викопне паливо та виробляє електроенергію, тоді як другий використовує сонячну енергію та виробляє електроенергію.
Отже, основна функція подовжувача запасу ходу полягає в перетворенні типу енергії, спочатку перетворюючи хімічну енергію викопного палива в електричну енергію, а потім перетворюючи електричну енергію в кінетичну енергію за допомогою двигуна.
Згідно з базовими фізичними знаннями, певне споживання енергії обов'язково відбувається в процесі перетворення. В усій системі з подовженим запасом ходу відбувається щонайменше два перетворення енергії (хімічна енергія, електрична енергія, кінетична енергія), тому енергетична ефективність системи з подовженим запасом ходу є відносно нижчою.
В епоху бурхливого розвитку паливних транспортних засобів традиційні автомобільні компанії зосереджуються на розробці двигунів з вищою паливною ефективністю та коробок передач з вищим ККД. У той час, яка компанія могла б покращити тепловий ККД двигуна на 1% або навіть наблизитися до Нобелівської премії?
Тому структура потужності з розширеним запасом ходу, яка не тільки покращує, але й знижує енергоефективність, була залишена позаду та проігнорована багатьма автомобільними компаніями.
По-друге, окрім низької енергоефективності, двигуни та акумулятори також є двома основними причинами, що обмежують розвиток збільшеного запасу ходу.
У системі збільшеного запасу ходу двигун є єдиним джерелом потужності транспортного засобу, але 20 ~ 30 років тому технологія двигуна приводу транспортних засобів не була зрілою, а вартість була високою, обсяг був відносно великим, а потужність не могла керувати транспортним засобом самостійно.
У той час ситуація з акумуляторами була подібною до ситуації з двигунами. Ні щільність енергії, ні ємність окремого акумулятора не могли зрівнятися з сучасними технологіями акумуляторів. Якщо ви хочете мати велику ємність, вам потрібен більший об'єм, що призведе до вищих витрат і збільшення ваги транспортного засобу.
Уявіть собі, що 30 років тому, якби ви зібрали автомобіль із збільшеним запасом ходу відповідно до трьох електричних показників ідеального автомобіля, вартість би одразу зросла.
Однак, розширений запас ходу повністю забезпечується двигуном, і двигун має такі переваги, як відсутність гістерезису крутного моменту, тиха робота тощо. Тому до популяризації розширеного запасу ходу в галузі легкових автомобілів, він більше застосовувався до транспортних засобів та кораблів, таких як танки, гігантські гірничодобувні машини, підводні човни, які не чутливі до вартості та обсягу, і мають вищі вимоги до потужності, тиші, миттєвого крутного моменту тощо.
На завершення, генеральний директор Wei Pai та Volkswagen цілком логічно стверджувати, що збільшений запас ходу – це відстала технологія. В епоху буму паливних автомобілів збільшений запас ходу з вищою вартістю та нижчою ефективністю справді є відсталою технологією. Volkswagen та Great Wall (бренд Wei) також є двома традиційними брендами, які виросли в паливну епоху.
Настав час для сьогодення. Хоча в принципі немає якісних змін між сучасною технологією збільшеного запасу ходу та технологією збільшеного запасу ходу, що виникла понад 100 років тому, це все ще генераторна генерація збільшеного запасу ходу, транспортні засоби з моторним приводом, яку все ще можна назвати «відсталою технологією».
Однак, через століття нарешті з'явилася технологія збільшеного запасу ходу. Зі стрімким розвитком технологій двигунів та акумуляторів, перші дві швабри стали її найважливішою конкурентною перевагою, стерши недоліки збільшеного запасу ходу в паливну епоху та почавши завойовувати ринок палива.
3. Вибіркове змішування в міських умовах роботи та умовах роботи на високій швидкості з розширеним діапазоном
Для споживачів байдуже, чи є розширений запас ходу відсталою технологією, а головне — яка з них більш паливноекономічна та комфортніша в управлінні.
Як згадувалося вище, розширювач діапазону є послідовною структурою. Розширювач діапазону не може безпосередньо керувати транспортним засобом, а вся потужність надходить від двигуна.
Таким чином, транспортні засоби з системою розширеного запасу ходу мають подібні враження від водіння та характеристики водіння, як і звичайні трамваї. Що стосується споживання енергії, розширений запас ходу також подібний до чистої електрики – низьке споживання енергії в міських умовах та високе споживання енергії на високій швидкості.
Зокрема, оскільки подовжувач запасу ходу лише заряджає акумулятор або подає живлення на двигун, його швидкість може підтримуватися у відносно економічному діапазоні більшу частину часу. Навіть у режимі чисто електричного пріоритету (спочатку споживаючи енергію акумулятора), подовжувач запасу ходу не може навіть запуститися, ані споживати паливо. Однак двигун паливного автомобіля не завжди може працювати у фіксованому діапазоні швидкостей. Якщо вам потрібно обігнати та розігнатися, вам потрібно збільшити швидкість, а якщо ви застрягли в заторі, ви будете довго стояти на холостому ходу.
Таким чином, за нормальних умов руху споживання енергії (витрата палива) з подовженим запасом ходу на низькошвидкісних міських дорогах, як правило, нижче, ніж у транспортних засобів з таким самим об'ємом палива.
Однак, як і у випадку з чистою електрикою, споживання енергії в умовах високої швидкості вище, ніж в умовах низької швидкості; навпаки, споживання енергії транспортними засобами на паливі в умовах високої швидкості нижче, ніж у міських умовах.
Це означає, що за умов роботи на високій швидкості споживання енергії двигуном вище, заряд акумулятора розряджатиметься швидше, а подовжувач запасу ходу повинен працювати на «повному навантаженні» протягом тривалого часу. Більше того, через наявність акумуляторних блоків, вага автомобіля з подовженим запасом ходу того ж розміру, як правило, більша, ніж у транспортних засобів, що працюють на паливі.
Паливні транспортні засоби виграють від наявності коробки передач. За умов високої швидкості транспортний засіб може перемикатися на вищу передачу, завдяки чому двигун працює на економічній швидкості, а споживання енергії є відносно нижчим.
Отже, загалом кажучи, споживання енергії з подовженим запасом ходу в умовах високошвидкісної роботи майже таке ж, як і у транспортних засобів на паливних елементах з таким самим об'ємом двигуна, або навіть вище.
Після обговорення характеристик споживання енергії транспортних засобів з подовженим запасом ходу та палива, чи існує гібридна технологія, яка може поєднувати переваги споживання енергії на низькій швидкості транспортних засобів з подовженим запасом ходу та споживання енергії на низькій швидкості транспортних засобів, що працюють на паливі, і може мати більш економічне споживання енергії в ширшому діапазоні швидкостей?
Відповідь – так, тобто, змішайте це.
Коротше кажучи, гібридна система з підзарядкою від мережі є зручнішою. Порівняно з гібридною системою з розширеним запасом ходу, перша може керувати автомобілем безпосередньо за допомогою двигуна в умовах високої швидкості; порівняно з паливом, гібридна система з підзарядкою від мережі також може бути схожою на систему з розширеним запасом ходу. Двигун подає потужність на електродвигун і керує автомобілем.
Крім того, гібридна система з підзарядкою також має гібридні трансмісії (ECVT, DHT), що дозволяє досягти «інтеграції» відповідної потужності двигуна та двигуна для справляння зі швидким прискоренням або високим навантаженням.
Але, як то кажуть, щось можна отримати, лише якщо від цього відмовишся.
Через наявність механічного механізму трансмісії, структура підключаємого гібридного заряджання є складнішою, а об'єм відносно більшим. Таким чином, між підключаємим гібридом та моделями з подовженим запасом ходу одного рівня, ємність акумулятора моделі з подовженим запасом ходу більша, ніж у моделі з подовженим запасом ходу, що також може забезпечити довший запас ходу виключно на електротязі. Якщо автомобіль їздить лише в міській місцевості, заряджати зарядний пристрій з подовженим запасом ходу можна навіть без дозаправки.
Наприклад, ємність акумулятора ідеального автомобіля 2021 року становить 40,5 кВт·год, а запас ходу на електротязі за циклом NEDC — 188 км. Ємність акумулятора Mercedes Benz gle 350 e (гібридна версія з підзарядкою) та BMW X5 xdrive45e (гібридна версія з підзарядкою), близьких за розміром, становить лише 31,2 кВт·год та 24 кВт·год, а запас ходу на електротязі за циклом NEDC — лише 103 км та 85 км.
Причина популярності моделі BYD DM-I наразі значною мірою полягає в тому, що ємність акумулятора попередньої моделі більша, ніж у старої моделі DM, і навіть перевищує ємність акумулятора моделі з подовженим запасом ходу того ж рівня. Подорожувати містом можна, використовуючи лише електроенергію без пального, а вартість використання автомобілів відповідно зменшиться.
Підсумовуючи, для нещодавно побудованих автомобілів, гібридні автомобілі з підзарядкою (гібриди) зі складнішою структурою вимагають не лише тривалішого циклу попередніх досліджень та розробок, але й великої кількості випробувань на надійність усієї гібридної системи, що, очевидно, не є швидким за часом.
Зі швидким розвитком технології акумуляторів та двигунів, розширення запасу ходу за допомогою простішої конструкції стало «скороченим шляхом» для нових автомобілів, безпосередньо минаючи найскладнішу силову частину автомобілебудування.
Але для нової енергетичної трансформації традиційних автомобільних компаній вони, очевидно, не хочуть відмовлятися від силових, трансмісійних та інших систем, у дослідження та розробки яких вони інвестували багато років енергії (людських та фінансових ресурсів), а потім починати все з нуля.
Гібридні технології, такі як plug-in hybrid, які можуть не тільки повною мірою використовувати відпрацьоване тепло паливних компонентів транспортного засобу, таких як двигун і коробка передач, але й значно зменшити споживання палива, стали поширеним вибором традиційних автомобільних підприємств як в країні, так і за кордоном.
Отже, незалежно від того, чи це підключаємий гібрид, чи підключаємий гібрид із збільшеним запасом ходу, це фактично схема обороту в період вузького місця сучасної технології акумуляторів. Коли проблеми запасу ходу акумулятора та ефективності поповнення енергії будуть повністю вирішені в майбутньому, витрата палива буде повністю усунена. Гібридні технології, такі як збільшений запас ходу та підключаємий гібрид, можуть стати режимом живлення деяких спеціальних автомобілів.
Час публікації: 19 липня 2022 р.