Гибридные автомобили. История рождения, обслуживание, ремонт. Часть 3
Теперь от теории отдохнули, и можно продолжать. Хотя у нас будут еще не раз обращения к практической информации. На данном этапе развития темы теоретическим знаниям отдается существенно больше времени. Пока без них – никуда.
Высоковольтная батарея
Высоковольтная батарея Prius К10 состоит из 240 элементов номинальным напряжением 1,2 В каждый. Они очень похожи на батарейки для фонарика размера Д. Эти элементы собираются по 6 штук в так называемые «бамбуки» (внешне есть небольшое сходство). Батарея состоит из двух корпусов, в которых находятся 20 «бамбуков».
Общее номинальное напряжение ВВБ составляет 288 В. Рабочее ее напряжение колеблется в режиме холостого хода от 320 до 340 В. При падении напряжения в батарее до 288 В запуск ДВС становится невозможен. При этом на экране дисплея загорится символ батареи со значком «288». Чтобы запустить ДВС в этом случае, японцы в К10 применили штатное зарядное устройство, доступ к которому осуществляется из багажника.
Нам часто задают вопросы, как им пользоваться. Отвечаю: пользоваться им можно только тогда, когда на дисплее горит значок «288». В противном случае при нажатии на кнопку «Старт» вы просто услышите противный писк и загорится красная лампочка: «Ошибка». Во-вторых, к клеммам маленького аккумулятора нужно подцепить «донора», т. е. либо зарядное устройство, либо хорошо заряженный мощный аккумулятор (но ни в коем случае не пусковое устройство!). После этого при ВЫКЛЮЧЕННОМ зажигании следует нажать кнопку «Старт» не менее чем на 3 секунды. Когда загорится зеленая лампочка – пойдет зарядка ВВБ. Закончится она автоматически через 1–5 минут. Этой зарядки вполне хватит для 1–2 запусков ДВС.
Когда мотор запустится, ВВБ будет заряжаться уже от конвертора. Если 2–3 попытки не привели к запуску ДВС и при этом значок «READY» («Готов») на табло не говорит о том, что автомобиль готов к движению, следует прекратить бесполезные запуски и искать причину неисправности.
В К11 высоковольтная батарея состоит из 228 элементов напряжением 1,2 В каждый, объединенных в 38 сборок по 6 элементов, с полным номинальным напряжением 273,6 В. Рабочее напряжение при этом составляет 280–330 В. Сама высоковольтная батарея находится за задним сиденьем.
При этом элементы выглядят не как оранжевые «бамбуки», а представляют собой плоские модули в пластмассовых корпусах серого цвета.
Максимальный ток батареи соответствует 80 А в заряженном состоянии и 50 А при разрядке. Номинальная емкость батареи – 6,5 А·ч (ампер/часов), однако электроника автомобиля позволяет использовать только 40% этой емкости, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Перемножив напряжение батареи на ее емкость, получим номинальный запас энергии. Он соответствует 6,4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас – 2,56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы разогнать автомобиль с водителем и пассажиром до 108 км/ч (без помощи ДВС) четыре раза. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 мл бензина. (Эти цифры приводятся только для того, чтобы представить количество накопленной энергии в батарее.)
Автомобилем нельзя управлять без топлива (органического), даже если стартовать с полного номинального заряда ВВБ на протяженном спуске. Большую часть времени у водителя имеется в распоряжении приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи. Очень часто ВВБ попадают в ремонт именно после того, как в бензобаке заканчивается бензин, но владелец пытается «дотянуть» до заправки. В таком случае на табло загорается пиктограмма «Check Engine» и треугольник с восклицательным знаком. Если в этом случае продолжить движение, то элементы разрядятся до напряжения менее 3 В и придут в негодность.
На К20 японские инженеры для увеличения мощности пошли другим путем: они снизили количество элементов до 168, оставив в ВВБ лишь 28 модулей. Но с помощью специального устройства «booster» в инверторе напряжение батареи может повышаться до 500 В. Увеличение номинального напряжения MG2 в кузове К20 позволило повысить его мощность до 50 КВт без изменения габаритов.
Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею. Это 12-вольтная кислотно-свинцовая батарея, емкостью 28 А·ч, которая живет в левой части багажника (в К20 и К30 – в правой). Ее функция заключается в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена, и главное реле батареи высокого напряжения отключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтным источником служит конвертер. Он также постоянно подзаряжает вспомогательную батарею во время работы. Основные блоки управления обмениваются данными по внутренней CAN-шине. Оставшиеся системы общаются по внутренней сети «Body Eleсtronics Area Network». В ВВБ имеется и свой блок управления, который следит за температурой элементов, напряжением на них, внутренним сопротивлением, а также управляет встроенным в батарею вентилятором. На К10 на самих «бамбуках» установлены восемь температурных датчиков. Они являются терморезисторами. Дополнительный датчик контролирует температуру воздуха вокруг ВВБ. На К11 количество температурных датчиков элементов сократили до четырех, а на К20 – до трех штук.
Устройство распределения мощности
Крутящий момент и энергия ДВС и обоих мотор/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным TOYOTA «устройством распределения мощности» (PSD, Power Split Device). И хотя оно достаточно просто в производстве, понять сходу, как работает, не так-то просто. Поэтому уделим ему достаточно времени. PSD позволяет Prius работать одновременно в трех режимах – как последовательный гибрид, как параллельный гибрид и как последовательно-паралельный гибрид. При этом получать преимущества каждого из них.
Так, ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же время переменное количество мощности можно снять с ДВС, превратив эту энергию вращения в электрическую. Она может заряжать батарею или передаваться к одному из мотор/генераторов, чтобы помогать вращению колес. Гибкость этого механического/электрического распределителя энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и уменьшать выбросы вредных газов во время движения. Такое невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, реализованной в параллельном гибриде. И недостижимо для последовательного гибрида без потерь электрической энергии.
Prius имеет трансмиссию, которую называют CVT (Continue Variable Transmission). На русском языке этот термин звучит как «бесступенчато-регулируемая», или «постоянно-переменная» трансмиссия. Основой ее является устройство распределения мощности PSD. Такая бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как обычная коробка-автомат, за исключением того, что передаточное отношение в ней может меняться непрерывно и плавно, а не в коротких диапазонах шагов: первая передача, вторая, третья и т. д. Позже мы рассмотрим, чем работа PSD отличается от особенностей обычной бесступенчато-регулируемой передачи, т. е. вариатора.
Устали? Отдыхаем опять в практических разделах
Самым задаваемым вопросом по «коробке» автомобиля Prius является следующий: какое масло в нее заливается, сколько его требуется и как часто следует производить замену жидкости? Очень часто среди работников автосервиса бытует такое заблуждение: раз в коробке нет щупа – значит, масло там менять вообще не нужно. Это заблуждение привело к гибели уже не одну коробку.
Поэтому сообщаем, что замену рабочей жидкости в трансмиссии Prius производить нужно! Для модификаций этого ТС марки жидкости и их объемы должны соответствовать: К10 – масло Т-4/(3,8 л); К11 – Т-4/(4,6 л); К20, К30 – WS/(3,8 л).
Менять смазку следует через каждые 40 тыс. км. По японским срокам масло меняется раз на 60–80 тыс. км, но для особо тяжелых условий эксплуатации (а японцы относят эксплуатацию автомобилей в России как раз к таким – и мы с ними солидарны), масло положено менять в 2 раза чаще.
Поговорим об основных различиях в обслуживании коробок, т. е. о работах по замене масла. Если в К20, чтобы поменять масло, надо просто открутить сливную пробку и, слив старое, залить новое, то на кузовах К10 и К11 все не так просто. Конструкция масляного поддона на этих машинах выполнена таким образом, что если просто открутить сливную пробку, сольется только часть масла, причем не самого грязного. А 300–400 г самого загрязненного масла с различным мусором (кусочки герметика, продукты износа) останется в поддоне.
Поэтому, чтобы заменить жидкость, нужно снять поддон, слить грязь, почистить его и только тогда установить на место. При снятии поддона мы получаем еще один дополнительный бонус – это возможность продиагностировать состояние коробки по продуктам износа, находящимся в поддоне. Самое страшное для автовладельца – это когда он на дне поддона может обнаружить желтую (бронзовую) стружку. Это будет означать, что такой коробке жить осталось совсем недолго.
Оригинальная прокладка поддона изготовлена из коры пробкового дуба. Если отверстия на ней не приобрели овальную форму – ее можно использовать повторно безо всяких герметиков. Главное при установке поддона – не перетянуть болты. Иначе можно разрезать прокладку гранями поддона.
Продолжение следует
ЧАСТЬ 3
Глобальные права на электромобили
Любая ниша на рынке тут же кем-то занимается, тем более если эта ниша перспективная. В 1888 году руководители компании Elwell-Parker решили создать фирму Electric Construction Corporation, которая удивительным образом получила единоличную монополию сроком на 10 лет на производство электромобилей.
Технологический прорыв: создание аккумуляторов нового типа
Все изобретенные ранее аккумуляторы имели один большой недостаток – они были кислотными. А это таило в себе определенные сложности использования и трудности при обслуживании: в стеклянный сосуд были погружены две одинаковые свинцовые пластинки. Такие аккумуляторы имели достоинства: высокое напряжение разряда, большой коэффициент полезного действия и сравнительно невысокую стоимость. Но недостатков было намного больше: большой вес вследствие использования свинцовых пластин, большое количество опасной для жизни серной кислоты внутри (хоть и разведенной, но опасной при попадании на кожу человека), стремительное падение емкости при продолжительной работе, небольшой срок службы, наличие особых условий эксплуатации – без тряски, толчков и т. п., необходимость постоянного ухода, требующего специальных навыков.
За решение этой задачи взялись ученые и изобретатели, достигнувшие определенных успехов: Томас Эдисон изобретает железно-никелевый аккумулятор, а Вальдемар Юнгер – никель-кадмиевый.
После этого технологического прорыва развитие гибридных авто и электромобилей ускорилось.
1891 год – Уильям Моррисон (William Morrison) построил 6-местный автомобиль, на котором впервые в мире было использовано рулевое колесо для управления.
1894 год – Луи Антуан Кригер (Louis Antoine Krieger) представил парижской публике свой вариант электромобиля, примечательно, что этот экземпляр имел рекуперирующие тормоза, что помогло увеличить пробег авто, так как позволяло восстанавливать заряд аккумулятора.
1895 год – На организованных в США автогонках первым к финишу пришел электромобиль.
1896 год – В США организована первая в мире фирма по продаже электромобилей.
1896 год – Компания Hartford Electric Light начала создавать сервисы по замене аккумуляторов.
1897 год – В Лондоне создан первый в мире парк электрических такси «Hummingbird», а в Нью-Йорке создан парк прокатных электрических авто.
Компания London Electric Cab перешла на регулярное техническое обслуживание электромобилей Walter Bersey: диагностике и ремонту подвергались 40-элементные аккумуляторы и электродвигатели мощностью 3 л.с.
Американская компания Pope Manufacturing Company сумела построить и продать 478 электромобилей.
Первый в мире гибридный автомобиль
1899–1990 годы – Фердинанд Порше совместно с австрийской фирмой Hofwagenfabrik Ludwig Lohner & Co создал первый в мире гибридный автомобиль.
В центре автомобиля были установлены два бензиновых двигателя внутреннего сгорания, которые через механический привод раскручивали электрогенераторы. Выработанный ими электрический ток сначала поступал на электродвигатели в колесах (электромоторы имели мощность от 2,5 до 3,5 л.с., а в пике могли выдавать до 7 л.с.), а далее избыточная мощность поступала в аккумуляторы этого гибридного автомобиля. Это был последовательный гибрид в чистом виде.
