Расширитель диапазона
Расширитель запаса хода (ВСУ), работающая на топливе — это вспомогательная силовая установка , которая увеличивает запас хода электромобиля с аккумуляторной батареей за счет приведения в действие электрического генератора , который заряжает аккумулятор автомобиля. Такая схема известна как серийная гибридная трансмиссия. Наиболее часто используемыми расширителями запаса хода являются двигатели внутреннего сгорания , но топливные элементы или другие типы двигателей. можно использовать [1]
Транспортные средства с увеличенным запасом хода также называются электромобилями с увеличенным запасом хода ( EREV ), электромобилями с увеличенным запасом хода ( REEV ) и электромобилями с увеличенным запасом хода ( BEVx ) Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB). [2]
Многие автомобили с расширителем запаса хода, в том числе Chevrolet Volt и BMW i3 , оба из которых сняты с производства, могут заряжать свои аккумуляторы как от сети, так и от расширителя запаса хода, и, следовательно, представляют собой тип гибридного электромобиля с подключаемым модулем. (ПХЭВ). [3] [4] Гибридные электромобили (HEV), мягкие гибриды (MHEV) и большинство PHEV в основном приводятся в движение за счет внутреннего сгорания (с более крупными двигателями и топливными баками и меньшими батареями и электродвигателями), тогда как электромобили с увеличенным запасом хода работают наоборот. [5]
Мотивация
[ редактировать ]Основная функция расширителя запаса хода — увеличение запаса хода автомобиля. Автономность хода является одним из основных препятствий на пути коммерческого успеха электромобилей, а увеличение запаса хода автомобиля при разряженной батарее помогает снизить беспокойство по поводу запаса хода . [6]
Расширитель запаса хода также может снизить потребление топлива, увеличивающего запас хода (например, бензина), за счет использования основного топлива (например, аккумулятора), сохраняя при этом запас хода однотопливного транспортного средства, работающего на таком топливе, как бензин. . Топливо, увеличивающее запас хода, обычно считается менее экологически и экономически чистым в использовании, чем основной источник топлива, поэтому система управления транспортным средством отдает предпочтение использованию основного топлива, если оно доступно. Однако из-за ограничений дальности действия основного источника топлива расширитель запаса хода позволяет автомобилю получить многие экономические и экологические преимущества основного топлива, сохраняя при этом полный запас хода источника топлива, увеличивающего запас хода. [7] Тем не менее, выгоды (затраты, выбросы углекислого газа), получаемые от использования автомобиля с расширителем запаса хода, в конечном итоге зависят от того, как управляется автомобиль, и, в частности, от того, как часто используется расширитель запаса хода. [8]
Например, такие автомобили, как BMW i3 с дополнительным расширителем запаса хода и Chevrolet Volt, оснащены аккумуляторами достаточной емкости, чтобы проехать 80–160 км (50–100 миль), чего достаточно для многих поездок, но недостаточно для поездок на большие расстояния. . Таким образом, водитель может использовать энергию аккумулятора для поездок на работу и ежедневного вождения, но при этом иметь возможность проехать из Нью-Йорка в Бостон (около 320 км (200 миль)), используя вспомогательный бензиновый двигатель внутреннего сгорания, без частых остановок для зарядки аккумулятора. (что может занять несколько часов). Таким образом, владелец транспортного средства получает преимущества от использования более дешевой и менее углеродоемкой электроэнергии для большей части вождения, сохраняя при этом возможность совершать более длительные поездки на том же автомобиле.
Когда расширитель запаса хода использует обычное топливо, он может дозаправляться на обычных заправочных станциях , что обеспечивает ему запас хода, аналогичный обычным автомобилям. [9] [10] [11]
Поскольку электромобиль с увеличенным запасом хода приводится в движение только электродвигателем, он может избавиться от веса и стоимости, связанных с системой трансмиссии с коробкой передач , обычно используемой в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Кроме того, поскольку расширителю запаса хода не требуется увеличивать или уменьшать мощность в соответствии с потребностями автомобиля в мощности (эту задачу выполняет электродвигатель), размер расширителя запаса хода можно подобрать так, чтобы удовлетворить среднюю потребность автомобиля в мощности, а не ее пиковую мощность. требуемая мощность (например, при ускорении). Расширитель диапазона также может работать гораздо ближе к наиболее эффективной скорости вращения . Эти конструктивные особенности позволяют электромобилям с увеличенным запасом хода сравнительно эффективно преобразовывать энергию ископаемого топлива в электроэнергию и обеспечивать движение транспортного средства.
Поколения
[ редактировать ]- Расширители диапазона первого поколения представляют собой уже готовые двигатели внутреннего сгорания .
- Второе поколение состоит из поршневых двигателей новой конструкции с нуля для достаточно постоянной нагрузки в серийных гибридах. К ним относятся двигатели Ванкеля , роторные двигатели внутреннего сгорания и двигатели со свободным поршнем .
- Третье поколение — это микротурбины и топливные элементы , работающие при постоянной нагрузке. [12]
регулирование CARB
[ редактировать ]В соответствии с поправками 2012 года к Правилам транспортных средств с нулевым уровнем выбросов, принятыми в марте 2012 года Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB), электромобиль с увеличенным запасом хода, обозначенный как BEVx, должен соответствовать, среди прочего, следующим критериям: [2]
- Транспортное средство должно иметь номинальный запас хода на полностью электрическом двигателе не менее 120 км (75 миль). Это больше, чем 80 км (50 миль), необходимые для автомобиля с нулевым уровнем выбросов ;
- Вспомогательная силовая установка (ВСУ) должна обеспечивать запас хода, меньший или равный запасу хода батареи;
- ВСУ не должен включаться до тех пор, пока не будет исчерпан заряд батареи ;
- Транспортное средство должно соответствовать требованиям к автомобилям со сверхнизким уровнем выбросов (SULEV); и
- ВСУ и все связанные с ней топливные системы должны соответствовать требованиям по нулевым выбросам в результате испарения .
Приложения
[ редактировать ]Расширители диапазона обычно используются в морских ( автономных подводных аппаратах ), самолетах и генераторах/коммунальных системах, автомобильной промышленности. [13] и гибридные электромобили . [14]
Автомобильная промышленность
[ редактировать ]Шевроле Вольт
[ редактировать ]
General Motors описывает Chevrolet Volt как электромобиль, оснащенный аккумулятором емкостью 16 кВтч, а также бензиновым двигателем внутреннего сгорания (ДВС), «расширяющим запас хода» в качестве генераторной установки , и поэтому назвал Volt «электромобилем с увеличенным запасом хода» или E-REV. [3] [4] [15] В интервью в январе 2011 года главный инженер Chevy Volt Памела Флетчер назвала Volt «электромобилем с увеличенным запасом хода». [16] Первые 40–80 км (25–50 миль) Volt работает как чисто электрический автомобиль в режиме истощения заряда . Когда емкость аккумулятора падает ниже заранее установленного порога после полной зарядки, автомобиль переходит в режим поддержания заряда, а система управления Volt выбирает наиболее оптимально эффективный режим движения для улучшения производительности и эффективности на высоких скоростях. [3] [17] [18]
Согласно данным General Motors о расстоянии, пройденном владельцами Volt в Северной Америке в реальном времени, к середине июня 2014 года они проехали более 800 миллионов полностью электрических километров (500 миллионов миль). GM также сообщила, что владельцы Volt ездят более 63% в полностью электрическом режиме. Владельцы Volt, которые регулярно заряжают аккумулятор, обычно проезжают более 1560 км (970 миль) между заправками и посещают заправочную станцию реже одного раза в месяц. [19] В аналогичном отчете, опубликованном GM в августе 2016 года, сообщается, что владельцы Volt проехали почти 2,4 миллиарда км (1,5 миллиарда миль) в режиме EV, что составляет 60% от общего пройденного ими расстояния. [20]
БМВ и3
[ редактировать ]
Полностью электрический автомобиль BMW i3 с аккумулятором емкостью не менее 22 кВтч предлагается в качестве опции с бензиновым расширителем запаса хода APU . [21] Расширителем запаса хода является тот же двухцилиндровый бензиновый двигатель объемом 647 куб. См, который используется в скутере BMW C650 GT, с топливным баком емкостью 9 л (2,0 имп галлона; 2,4 галлона США). Первоначально в модели для США емкость бака была ограничена электроникой до меньшего объема — 7 л. [22] Расширитель диапазона срабатывает, когда уровень заряда батареи падает до 6%. Он генерирует электричество, увеличивая дальность действия со 130–160 км (80–100 миль) до 240–300 км (150–190 миль). [23] [24] Производительность в режиме увеличения запаса хода может быть более ограниченной, чем при работе от аккумулятора, поскольку BMW разработала расширитель запаса хода в качестве резервного, позволяющего добраться до места подзарядки. [25]
По данным BMW, в начале выпуска i3 использование расширителя запаса хода было гораздо больше, чем ожидал автопроизводитель, более 60%. Со временем он значительно уменьшился, некоторые люди почти никогда его не использовали, и к 2016 году он регулярно использовался менее чем в 5% i3. [26]
Опция расширения диапазона стоит дополнительно 3850 долларов США в США. [27] дополнительные 4710 евро (~ 6300 долларов США ) во Франции, [28] и 4490 евро (~ 6000 долларов США ) в Нидерландах. [29]
Опция расширения запаса хода для BMW i3 была разработана в соответствии с правилами CARB для вспомогательной силовой установки (APU) под названием REx. Согласно правилам CARB, принятым в марте 2012 года, BMW i3 2014 года с установленным блоком REx станет первым автомобилем, который будет квалифицироваться как электромобиль с увеличенным запасом хода или «BEVx». CARB описывает этот тип электромобиля как «электромобиль с аккумуляторной батареей (BEV) с относительно большим запасом хода, к которому добавлена APU». APU, который поддерживает заряд батареи на уровне около 6% после того, как аккумулятор разряжен при обычном использовании, строго ограничен в дополнительном диапазоне, который он может обеспечить. [2] [30]
Другие примеры
[ редактировать ]
Другие электромобили с увеличенным запасом хода включают снятый с производства Cadillac ELR и снятый с производства Fisker Karma . [31] [32] [33] В июне 2016 года Nissan объявил, что до марта 2017 года представит в Японии компактный автомобиль с увеличенным запасом хода. [ нужно обновить ] В серийном подключаемом гибриде будет использоваться новая гибридная система, получившая название e-Power, которая дебютировала с концептуальным кроссовером Nissan Gripz, представленным на автосалоне во Франкфурте в 2015 году . [34] Эта технология, без возможности подключения, была использована в Nissan Note e-Power и Nissan Kicks e-Power .
Лондонское такси LEVC TX было выпущено в 2017 году и оснащено аккумулятором емкостью 33 кВтч, который заряжается от 1,5-литрового бензинового двигателя. [35]
Li Auto One — это большой внедорожник, сочетающий в себе батарею емкостью 41 кВтч и небольшой 1,2-литровый бензиновый двигатель. [36] [37]
Этот подход также использовался для тяжелых транспортных средств, таких как компании Wrightbus. Gemini 2 [38] и новый Маршрутмастер [39] автобусы.
Водородные топливные элементы также используются в качестве расширителя запаса хода для электрических автобусов с аккумуляторной батареей , что позволяет им иметь больший запас хода. [40] Например, Mercedes-Benz eCitaro имеет запас хода 280 километров (170 миль) в качестве модели с аккумуляторной батареей, а автобус eCitaro на топливных элементах имеет запас хода 400 километров (250 миль) благодаря топливному элементу Toyota мощностью 60 кВт, который подзаряжает аккумулятор. аккумулятор. [41]
Компания Ford имеет патенты на бензиновый генератор, устанавливаемый на кузове, для своих полностью электрических пикапов. [42] Компания Rivian имеет патенты на дополнительные аккумуляторы, монтируемые на кровать, для увеличения дальности действия. [43] Электрические грузовики Rivian могут заряжать друг друга на увеличенный запас хода. [44]
Беспилотные летательные аппараты
[ редактировать ]Программа Wolverine 3 2010 года включала расширитель дальности полета ICE для своего беспилотного летательного аппарата . [45]
Силовой агрегат
[ редактировать ]
В электромобиле с увеличенным запасом хода используется серийная гибридная трансмиссия.
См. также
[ редактировать ]- Трансмиссия гибридного автомобиля
- Микротурбины
- Список гибридных и подключаемых гибридных автомобилей
- Дизель-электрическая трансмиссия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Харроп, Питер (13 марта 2015 г.). «Расширители запаса хода гибридных автомобилей: прощайте, поршни» . ИДТехЭкс . Проверено 18 мая 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Джон Воелкер (23 октября 2013 г.). «Электромобиль BMW i3 2014 года: почему Калифорния устанавливает требования к запасу хода и ограничения по двигателю» . Отчеты о зеленых автомобилях . Проверено 19 января 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Матте, Роланд; Эберле, Ульрих (1 января 2014 г.). «Система Voltec – накопление энергии и электродвижение» . Проверено 4 мая 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Chevrolet Volt выходит на дорогу раньше запланированного срока» . Нью-Йорк Таймс . 25 июня 2009 г. Проверено 19 января 2014 г.
- ^ Павлик, Тина (07 мая 2023 г.). «Гибриды и электромобили с расширителями запаса хода — это одно и то же?» . МоторБисквит . Проверено 12 марта 2024 г.
- ^ Вортиш, Питер; Хлонд, Бастиан; Уайт, Кристина; Маллиг, Николай (июнь 2015 г.). «Электромобили с расширителями запаса хода как подходящая технология (ЕВРЕСТ)» . Технологический институт Карлсруэ . Проверено 18 мая 2015 г.
- ^ Брэдли, Томас; Фрэнк, Эндрю. «Проектирование, демонстрации и оценка воздействия на устойчивость гибридных электромобилей с подключаемым модулем» (PDF) .
- ^ Брэдли, Томас; Куинн, Кейси. «Анализ коэффициентов полезности подключаемых гибридных электромобилей» (PDF) .
- ^ Майкл Грэм Ричард (14 октября 2009 г.). «Может ли тревога по поводу дальности саботировать перспективы создания электромобилей?» . Планета Грин Дискавери. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г. Проверено 14 марта 2010 г.
- ^ «Гибридный электромобиль (PHEV)» . Центр энергетики и глобальной окружающей среды, Технологический институт Вирджинии . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 г. Проверено 29 декабря 2010 г.
- ^ «Что такое подключаемый гибридный автомобиль?» . HybridCars.com . Проверено 29 декабря 2010 г.
- ^ Расширители запаса хода для электромобилей на суше, воде и воздухе, 2013–2023 гг . 8 июля 2013 г. – через www.idtechex.com.
- ^ «Электромобиль и расширитель запаса хода» (PDF) .
- ^ «Двигатели многоразового использования, включая морские, военные, автомобильные и легкие самолеты» . www.dukeengines.com .
- ^ Джонатан Остинг (12 октября 2010 г.). «Является ли Chevrolet Volt настоящим электромобилем? General Motors защищает маркировку EV» . MLive.com . Проверено 2 июня 2010 г.
- ^ Кучмент, Анна (январь 2011 г.). «Практически экологично: вопросы и ответы с главным инженером Chevy Volt» . Научный американец . Том. 304, нет. 1. Природа Америки. п. 25. ISSN 0036-8733 . Проверено 27 марта 2011 г.
- ^ Норман Майерсон (15 октября 2010 г.). «Отделение мифа от факта во время дебюта Volt» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 октября 2010 г.
- ^ Фрэнк Маркус (10 октября 2010 г.). «Откручиваем Chevy Volt, чтобы посмотреть, как он работает» . Моторный тренд . Проверено 11 октября 2010 г.
- ^ «Владельцы Chevrolet Volt преодолели полмиллиарда электрических миль» (пресс-релиз). США: Дженерал Моторс. 17 июня 2014 г. Проверено 2 июля 2014 г.
- ^ Кобб, Джефф (1 августа 2016 г.). «100-тысячный Chevy Volt продан в США» . HybridCars.com . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Викнеш Виджаентиран (20 июля 2010 г.). «Первое крупное выступление BMW Megacity на Олимпийских играх 2012 года в Лондоне» . Моторное управление . Проверено 23 июля 2010 г.
- ^ Джон О'Делл. «Увеличение запаса хода BMW i3: увеличение на 40% в 2017 году» . Парень из зелёной машины . Проверено 18 сентября 2020 г.
- ^ Джей Коул (29 июля 2013 г.). «Расширитель диапазона BMW i3 увеличивает пробег до 87 миль, снижает производительность» . ВнутриEVs . Проверено 29 июля 2013 г.
- ^ Грег Кейбл (24 февраля 2013 г.). «Первые поездки на гибридном спортивном автомобиле BMW i8 и полностью электрическом i3» . Автокар . Проверено 27 февраля 2013 г.
- ^ Джон Воелкер (12 марта 2013 г.). «Электромобиль BMW i3: расширитель диапазона ReX не для ежедневного использования?» . Отчеты о зеленых автомобилях . Проверено 12 марта 2013 г.
- ^ Дафф, Майк (08 марта 2016 г.). «BMW i Chief: более крупные модели i будут предлагаться в качестве опции с расширителем запаса хода» . Автомобиль и водитель . Проверено 18 марта 2016 г.
- ^ Бенджамин Престон (29 июля 2013 г.). «BMW представляет электромобиль i3» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 29 июля 2013 г.
- ^ Майкл Торрегросса (30 июля 2013 г.). «Электромобиль — официально представлен BMW i3» (на французском языке). Ассоциация за будущее электромобилей Средиземноморья (AVEM) . Проверено 31 июля 2013 г.
- ^ Эрик Лавдей (22 июля 2013 г.). «Официально: опция расширителя диапазона BMW i3 добавляет 4490 евро (5919 долларов США) к цене в Нидерландах» . InsideEVs.com . Проверено 29 июля 2013 г.
- ^ Том Молоуни (24 октября 2014 г.). «i3 REx: мысли одного владельца об ограничениях BEVx» . Блог BMW . Проверено 24 января 2014 г.
- ^ Эрик Лавдей (6 февраля 2013 г.). «Frost & Sullivan прогнозирует бум электромобилей с увеличенным запасом хода» . PluginCars.com . Проверено 11 августа 2013 г.
- ^ Сэм Абуэльсамид (2 апреля 2009 г.). «Что такое серийный гибридный электромобиль/электромобиль с увеличенным запасом хода?» . Автоблог Зеленый . Проверено 11 августа 2013 г.
- ^ Джон Воелкер (13 марта 2012 г.). «Фискер Карма 2012 — Обзор» . Отчеты о зеленых автомобилях . Проверено 11 августа 2013 г.
- ^ Граймель, Ганс (25 июня 2016 г.). «Список дел Ниссана: Запас хода, автономность» . Автомобильные новости . Проверено 27 июня 2016 г.
- ^ Молдрич, Кертис (4 апреля 2018 г.). «Обзор LEVC TX: новое электротакси в Лондоне» . Автомобильный журнал . Великобритания . Проверено 17 октября 2018 г.
- ^ «Ли Сян представляет «один» внедорожник с шестью сиденьями, четырьмя экранами и гибридной трансмиссией» . Автосовки . 21 марта 2019 г.
- ^ «Идеальный автомобиль | создайте мобильный дом, создайте счастливый дом» [Идеальный автомобиль | создайте мобильный дом, создайте счастливый дом] 6 октября (на китайском языке) . Проверено 2021 г.
- ^ Наварро, Ксавьер (14 мая 2009 г.). «Гибридный автобус, который вдвое снижает расход топлива» . Автоблог . Проверено 21 ноября 2015 г.
- ^ «Технические характеристики нового Routemaster» (PDF) . Группа Райтс . Проверено 21 ноября 2015 г.
- ^ «Гамбург проведет испытания eCitaro с расширителем запаса хода на топливных элементах в 2021 году» . Устойчивый автобус . 05.09.2019 . Проверено 27 октября 2022 г.
- ^ «Барабанная дробь для Mercedes eCitaro с расширителем диапазона FC» . lectrive.com . 23 мая 2023 г. Проверено 10 августа 2023 г.
- ^ «Электрический патент Ford F-150 показывает газовый генератор с увеличенным запасом хода» . Motor1.com . Проверено 24 октября 2021 г.
- ^ Штумпф, Роб (11 ноября 2020 г.). «Патенты Rivian, съемный аккумуляторный блок, монтируемый на кровать, для увеличенной дальности действия» . Драйв . Проверено 24 октября 2021 г.
- ^ «Электрические грузовики Rivian могут заряжать друг друга» . Engadget . 9 июня 2019 года . Проверено 24 октября 2021 г.
- ^ Брук, Линдси (21 июня 2010 г.). «Секреты нового двигателя для БПЛА Рикардо могут привести к увеличению дальности полета электромобилей» . Международное общество автомобильных инженеров . Проверено 22 ноября 2015 г.