Регистрация Войти
Вопрос

Что гибридный двигатель делает с избыточной энергией?

Этот вопрос основан на информации из брошюр Toyota Hybrid и личном опыте, но я полагаю, что он актуален для всех гибридных автомобилей.



Идея заключается в том, чтобы использовать электродвигатель для торможения (поэтому мощность электродвигателя часто превышает мощность, которую можно получить от аккумулятора) и таким образом заряжать аккумулятор. Но что происходит, если аккумулятор полностью заряжен? Что гибрид делает с избыточной энергией? Или для торможения используется бензиновый двигатель?



Я заметил, что двигатель работает громче, когда в конце длинного спуска используется система помощи при спуске, а аккумулятор полностью заряжен. Но это может быть связано с тем, что в конце склон становится более крутым.


Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/45634/what-does-the-hybrid-engine-do-with-surplus-energy
1
+ Читать

16 Комментариев

  1. Я живу в холмистой местности. Есть одна дорога, которой я регулярно пользуюсь. Она поднимается на 600 метров, а затем так же круто спускается с другой стороны. Примерно на середине спуска (в положении «D») аккумулятор заряжается, и Prius использует компрессию двигателя для оставшейся части спуска, чтобы рассеять оставшуюся энергию (как если бы он был в положении «B»). Для этого не используются дисковые тормоза (и вы не страдаете от износа тормозных колодок).

  1. Когда аккумулятор будет заряжен до «полной ёмкости», система рекуперативного торможения перестанет использоваться. Автомобиль будет использовать обычные тормоза, как негибридный. Вы почувствуете разницу.



    Дополнительная информация: об этом может свидетельствовать индикатор на приборной панели. Такой индикатор есть на приборной панели Nissan Leaf (хотя это не гибрид). Не знаю ни одной Toyota, Honda или BMW, у которых он есть.
    Индикатор пониженного рекуперативного торможения.
    Слева от белой точки в верхнем левом углу изображения есть четыре круга. Три из них одинарные, один — двойной. Это означает, что доступна 1/4 мощности рекуперативного торможения. При полной зарядке мощность будет равна нулю, и рекуперативное торможение не будет осуществляться.

  1. Вы упускаете из виду часть того, как работает система. У вас есть электродвигатель и бензиновый двигатель. Они используются вместе, чтобы приводить транспортное средство в движение, когда это необходимо (при резком ускорении). Они дополняют друг друга. Когда аккумуляторная батарея заряжена, бензиновый двигатель может быть выключен, и всю работу будет выполнять электродвигатель. Когда заряд батареи падает до определённого уровня, бензиновый двигатель может быть снова запущен и помочь привести транспортное средство в движение. При нажатии на тормоз электродвигатель работает как генератор, заряжая аккумуляторы до полной ёмкости. Если требуется более эффективное торможение, в дело вступают обычные роторы/суппорты, которые выполняют свою работу за счёт трения. Если во время торможения аккумуляторы полностью заряжены, часть энергии расходуется впустую... но я понимаю, что такое случается нечасто. Да, спуск может быть одной из таких ситуаций.
  1. У Prius есть только режимы «D» и «B», как вы и сказали. В данном случае он в режиме «D» (но когда аккумулятор полностью заряжен, он работает так же, как в режиме «B»). Если я переведу его в режим «B» на вершине, то он будет тормозить двигателем на протяжении всего спуска (и заряжаться будет медленнее — для полной зарядки аккумулятора потребуется большая часть спуска, а не половина).
  1. Вы используете дополнительное торможение двигателем или Prius делает это автоматически? В моем гибридном RAV4 есть режим «S», который позволяет регулировать уровень торможения двигателем. Насколько я понимаю, в Prius есть только режимы «D» и «B». Я никогда не спускался на RAV4 с такого длинного холма, что требовалось торможение двигателем.
  1. Это неправильно — здесь используется компрессия двигателя, а не тормоза. Смотрите мой ответ.
  1. Аккумулятор никогда не заряжается полностью, но когда уровень заряда достигает 80 %, система плавно переключается на дисковые тормозные колодки.
  1. Да, я понимаю эти принципы, но слабым местом является ограниченная ёмкость аккумулятора. То есть, когда аккумулятор полностью заряжен, электродвигатель просто не используется для торможения?
  1. Prius не использует дисковые тормоза — он работает за счёт компрессии двигателя и прибегает к фрикционным тормозам только в том случае, если вы резко тормозите (а не поддерживаете постоянную скорость на спуске).

  1. Вкратце: гибриды не только используют рекуперативное торможение, но и оснащены электроусилителем руля



    На самом деле аккумулятор никогда не заряжается полностью. Насколько я понимаю, уровень заряда всегда поддерживается в диапазоне от 40 % до 80 %, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Вероятно, при уровне заряда аккумулятора 80 % возможно небольшое рекуперативное торможение. Кроме того, аккумулятор подключен к двум (или трем в случае полного привода) мотор-генераторам. Если уровень заряда аккумулятора близок к 80 %, мотор-генераторы дополняют мощность двигателя внутреннего сгорания. Если аккумулятор настолько заряжен, что управляющий компьютер не хочет подавать на него дополнительную энергию, система переключается на использование дисковых тормозов. Вы можете услышать переключение на дисковые тормоза при торможении до полной остановки. При полной остановке вы услышите, как двигаются тормозные колодки, когда система переключается с рекуперативного торможения на дисковые тормоза.



    В некоторых гибридных автомобилях Toyota есть режим торможения двигателем. В моем гибридном автомобиле Toyota RAV4 2016 года это фактически режим ручного переключения с 6 эмулируемыми передачами. Когда вы выбираете более низкую передачу, это означает, что торможение двигателем будет более интенсивным, а ускорение — более резким, если оно вам вдруг понадобится. Удобно для езды в горных районах и на автострадах. Не очень удобно для спуска с небольших холмов, так как в этом режиме торможения двигателем не используется рекуперативное торможение.



    Если вы ездили на гибридном автомобиле Toyota, то наверняка замечали индикатор «EV». Это значит, что автомобиль может двигаться только на электричестве, когда потребность в мощности невелика. Например, в моем гибридном автомобиле Toyota RAV4 2016 года аккумулятор может обеспечить 42 л. с., в то время как общая мощность гибридной системы составляет 197 л. с. Таким образом, только 21% мощности может обеспечиваться за счет электричества. На практике это означает, что при ускорении или движении на высокой скорости часть энергии вырабатывается за счёт электричества, а часть — за счёт двигателя внутреннего сгорания.



    В чём же тогда идея гибрида? Идея в том, что бензиновые двигатели плохо работают на частичных нагрузках. Предположим, что оптимальная энергоэффективность двигателя внутреннего сгорания достигается при мощности 70 л. с. (электрический вариатор автоматически выбирает оптимальные обороты в зависимости от мощности). Если вам нужна мощность 50 л. с., её не может обеспечить аккумулятор (который способен выдавать только до 42 л. с.). Таким образом, двигатель работает на мощности 70 л. с., а избыточные 70 л. с. — 50 л. с. = 20 л. с. поступают в аккумулятор (при условии, что аккумулятор не заряжен полностью). Если вам требуется 30 л. с., они попеременно подаются от аккумулятора, а аккумулятор попеременно заряжается на мощности 70 л. с. — 30 л. с. = 40 л. с. Таким образом, при попеременном использовании двигателя внутреннего сгорания и аккумулятора двигатель внутреннего сгорания работает с более высоким КПД. Кроме того, электрический наддув по требованию позволяет использовать более эффективные двигатели с циклом Аткинсона, поскольку электрический наддув компенсирует их недостатки.
  1. У меня Hyundai Ioniq, который тоже так себя ведёт: на длинных спусках он заряжает аккумулятор, а затем включает двигатель внутреннего сгорания для сжатия воздуха. Всё это управляется педалью тормоза (если только мне не нужно более эффективное торможение) или круиз-контролем, а стоп-сигналы не загораются, пока скорость автомобиля не снизится достаточно сильно.
  1. Теперь у меня есть версия с подключаемым модулем — его аккумулятор достаточно ёмкий, поэтому за один спуск он заряжается примерно на ⅓. P.S. Я отредактировал пост, чтобы внести ясность. Спасибо за комментарий!
  1. Хорошо, это хорошее объяснение — я ставлю вам лайк!
  1. @DanubianSailor — энергия может расходоваться в процессе обычного торможения (то есть из-за трения/нагрева). Система защитит себя от перезарядки. Как только аккумуляторы зарядятся, электродвигатель перестанет использоваться в качестве источника торможения, и всю работу будут выполнять обычные тормоза.
  1. Но как именно расходуется энергия? Насколько мне известно, генератор электроэнергии может выйти из строя, если энергия не будет расходоваться.
  1. Существует множество гибридных систем, от подключаемых модулей, в которых двигатель требуется использовать редко (Chevy Volt), до мягких, таких как автомобили Honda IMA). А также различные системы регенерации тормозов. Пожалуйста, уточните.
Вы уже ответили на этот вопрос