Существует как минимум три типа гибрида — стандартный гибридный автомобиль, подзаряжаемый гибрид и электромобиль с генератором (ДВС). Каждый из них — тема отдельной большой статьи, поэтому сосредоточимся сегодня только на стандартном гибридном автомобиле.
Гибридные схемы
В гибридном автомобиле применяются три основных схемы питания.
Первая — параллельно-последовательная. Двигатель, электромотор и генератор могут работать как одновременно, так и независимо друг от друга, передавая мощность через планетарный редуктор. Фактически мы можем получать отдачу от двигателя, от электромотора либо от электромотора и двигателя одновременно. А также можем заряжать двигателем батарею через генератор, а за счет электромотора продолжать движение либо рекуперировать (сохранять) энергию электромотором (который в этот момент выступает генератором). И даже можем выполнять все три действия одновременно, заряжать через генератор батарею, снимать мощность на колеса с двигателя и электромотора. И все эти действия постоянно сменяют друг друга во время движения. То есть все время идут переходные процессы распределения энергии.
Вторая — параллельная. Двигатель и электромотор передают энергию через дифференциал. В чем заключается основное отличие от параллельно-последовательной схемы? В том, что у данной схемы есть несколько основных режимов — отдача только от двигателя, отдача от электромотора, отдача от электромотора и двигателя одновременно, заряд двигателем батареи через электромотор и рекуперация (сохранение) энергии электромотором (генератором). Одновременно заряжать батарею и ехать за счет электромотора в этой схеме невозможно, в отличие от параллельно-последовательной.
Третья, и самая простая для понимания схема — последовательная. Когда двигатель заряжает через генератор и инвертор, и батарею, а с нее, в свою очередь, берет энергию электромотор. В момент торможения электромотор выполняет функции генератора.
А теперь простым языком без заумных терминов. В случае с параллельно-последовательной схемой мощность передается на колеса соответственно ситуации. На автомобиле с такой схемой в зависимости от интенсивности разгона вы можете начать движение как на одном электромоторе, так и при интенсивном разгоне с места сразу использовать двигатель и электромотор одновременно. Пока двигатель набирает обороты, электромотор выдает пиковые значения мощности. После выхода на оптимальный режим работы отдача электромотора снижается, вплоть до нулевой. А если вы в этот момент захотите ускориться (в том числе на трассе), вновь подключится электромотор. Если батарея во время движения разряжается, то двигатель начинает отдавать часть мощности для зарядки через генератор батареи. И конечно, при торможении излишняя энергия также запасается в батареи.
По такому принципу устроено большинство гибридов от Toyota.
Возникает вопрос — почему только Toyota. Да потому, что для последовательно-параллельной схемы обязательным условием выступает планетарная передача, а до недавнего времени права на гибридную установку с планетарной передачей всецело принадлежали только Toyota. Сейчас Toyota сделала технологию общедоступной, передав права на нее в общее пользование.
В параллельной схеме автомобиль может начать движение на электротяге при разгоне, пока бензиновый двигатель выходит на полную отдачу, электромотор отдает мощность, далее подключается в работу в зависимости от включенной передачи в роботизированной трансмиссии, тем самым общая отдача практически всегда номинальная. На трассе принцип примерно тот же — есть короткий диапазон отдачи, в котором электромотор выступает в качестве помощника. Если батарея требует подзарядки, то электромотор начинает забирать энергию ДВС — до момента зарядки батареи. При торможении все стандартно: электромотор запасает энергию в батарею. По такому принципу работают прежние параллельные гибриды от Honda (современные уже перешли на другую технологию).
В последовательной схеме бензиновый двигатель не имеет связи с колесами и является только генератором, который заряжает тяговую (буферную) батарею. Непосредственный привод на колеса осуществляется электромотором. И в этой схеме очень просто понять, как повысить отдачу с колес. ДВС вращает генератор, передавая заряд в инвертор, который перераспределяет потоки энергии в зависимости от необходимости, напрямую электромотору или заряжая буферную (тяговую) батарею. Хотите больше мощности на выходе — повышаете отдачу всех элементов в цепочке.
Так работают гибриды от Nissan на технологии e-Power и подзаряжаемые Chevrolet Volt и BMW i3 (с генератором).
Для примера — Nissan в своих гибридах, выпускаемых для внутреннего рынка, использует трехцилиндровый двигатель объемом 1,2 литра на 79 л.с. и электромотор EM57 с отдачей 80 кВт (109 л.с), а для европейского рынка планируется запуск модели Qashqai c двигателем объемом 1,5 литра мощностью 154 л.с. и с тем же EM57 отдачей 140 кВт (190 л.с.). Наглядный пример, когда при повышении отдачи системы увеличивают отдачу всех ее элементов.
Помимо этого, в последовательных гибридах еще есть отдельный класс — Long Range EV. В этом случае на электромобили устанавливается ДВС, который служит генератором для повышения запаса хода на батарее. По данной схеме устроен BMW i3, использующий 0,6-литровый двигатель для увеличения запаса хода, либо Chevrolet Volt, который разработан под использование данной схемы изначально.
Другое ответвление. Не так давно Honda перешла на новую технологию, имеющую название e:Hev. Назвать ее можно так — последовательно-параллельная схема. Проще говоря — в диапазоне средних скоростей (до 80 км/ч) это последовательный гибрид, двигающийся за счет мощности электродвигателя.