Гибриды последовательные и не очень

Десятилетия инженеры «прикручивали» электротягу к ДВС. Теперь гибридизация ушла на новый виток развития ­­— ДВС «прикручивают» уже к электромашинам и делают это так изощренно, что простому автолюбителю непросто определить особенности новых технологий. Давайте разберемся, что же такое «последовательные гибриды»?

Вообще-то, термина «альтернативные гибриды» в автомобильной индустрии нет. Но здесь мы не собираемся рассматривать гибриды прежних поколений, что были сделаны на базе обычных машин и в основном использовали топливо. Мы поговорим только о тех гибридах, которые могут выступать альтернативой электромобилям. Они устроены по их подобию, способны проезжать на чистой электротяге больше сотни километров, а некоторые из них можно вообще эксплуатировать без топлива.

Skywel HT-i хорошо экономил бензин, но это не помогло завоевать покупателя

Интерес к таким «электрогибридам» растет. Покупатель получает преимущества батарейной машины, но не попадает в зависимость от зарядной инфраструктуры и при желании может экономить на топливе, используя для движения более дешевую электроэнергию. С другой стороны, и обобщать преимущества нельзя — гибрид гибриду рознь. Разница между некоторыми моделями огромна.
Сейчас наибольшие рыночные успехи имеют те компании, что выпускают так называемые последовательные гибриды — Li Auto, Voyah, Seres. Но их также производят Exlantix, Rox, Lynk & Co, Zeekr и другие бренды NEV, или сегмента «новых энергетических транспортных средств».
В России таких гибридов уже немало. Принципиальное отличие «последовательных» состоит в том, что у этих автомобилей ДВС лишен механической связи с колесами и работает только на выработку электроэнергии — следовательно, по действующим в России нормам, его мощность не учитывается при расчете налогов. И это не единственный плюс. Как правило, NEV динамичнее аналогов с ДВС, поскольку их тяговые электромоторы обладают значительно большим крутящим моментом. И существенно экономичнее в городе, так как способны при торможении возвращать в батарею до 35–40% ранее растраченной на разгон энергии за счет рекуперации.
Друг от друга «последовательные» отличаются незначительно — мощностью электроприводов и емкостью батареи. Особняком стоят только редкие модели с малым аккумулятором, который вообще не подразумевает подзарядки извне (например, Nissan Note e-Power, прозванный в народе «бензиновой электричкой»).

Мощный Changan UNI-K iDD без AWD оказался нужен немногим

Назвать последовательные гибриды идеальными, конечно же, нельзя. Достаточно поместить такой автомобиль в условия, когда нет рекуперации («ползучее» движение в пробках или движение с постоянной скоростью на трассе), когда на ДВС/генератор приходится большая нагрузка или он работает в неэффективном режиме (высокая скорость движения), когда в батарее остается слишком мало заряда — и «последовательные» начинают сжигать бензин намного охотнее своих топливных «одноклассников», теряют в динамике, перегреваются и т. д.
От этих проблем пытались избавиться в гибридах параллельно-последовательного типа, конструкция которых подразумевала возможность подключения ДВС к колесам. Любая такая схема усложняет автомобиль, делает его дороже либо подразумевает какие-то компромиссы. Поэтому многие из «альтернативных» гибридов, которые в недалеком прошлом первыми выходили на наш рынок, оказались просто неконкурентоспособными.

Voyah Free имели три отличающиеся гибридные модификации. Успех имела лишь одна

Кручу-верчу
В качестве примера на ум приходит Skywell HT-i. Автомобиль имел довольно вместительную тяговую батарею, был оснащен простой и элегантно устроенной «двухмодовой» силовой установкой DM-i, разработанной компанией BYD. Она включала в себя 130‑киловаттный тяговый электромотор и атмосферный бензиновый двигатель объемом 1,5 л, работающий по экономичному циклу Миллера. ДВС был механически связан с генератором по последовательной схеме, но через муфту сцепления мог подключаться и к передним колесам прямой передачей, чтобы на шоссейных скоростях передвигаться без потерь на генерацию и использовать параллельную схему при обгонах.
Идея прекрасно работала – позволяла далеко не маленькому переднеприводному SUV и на трассе укладываться в шестилитровый расход на сотню, и в городе сжигать не больше 7–8 л. Компания BYD выпустила уже десятки миллионов машин с силовой установкой DM-i, а некоторые гибриды этого бренда, завозимые к нам серыми дилерами, имели неплохой спрос. Но Skywell HT-i, как и его чисто электрический аналог ET5, в России провалился — из-за малой известности бренда и несоответствия качества машины ценнику.

Гибриды у Chery получились сложными и не имели весомых плюсов...

Еще один пример не слишком удачного захода – гибридные Chery Tiggo 7 Pro и 8 Pro, имевшие в названии приставку e+Hybrid или Plug-in Hybrid. Обе модели были выполнены по многомоторной схеме. ДВС мощностью 147 л.с. отдавал крутящий момент уникальной трехступенчатой Dedicated Hybrid Transmission (DHT). Она представляла собой коробку-робот с урезанным числом передач с двумя интегрированными электромоторами. Один дискообразный, выполняющий роль стартера-генератора на 55 кВт, стоял на приемном валу, а второй мощностью 70 кВт подключался к разным передачам, что в общей сложности давало девять (!) схем преобразования крутящего момента и аж 11 сценариев езды.

...но это учли при разработке последовательных гибридов Exlantix

Но в столь хитрой системе подачи тяги к колесам, которую китайцы разрабатывали вместе с австрийскими специалистами, проблемным местом оказался переход от разгона к равномерному движению и рекуперации, ограниченной к тому же по мощности. В итоге обе модели, которые и так имели на борту не самые емкие батареи (по 18 кВт·ч), в чисто электрическом режиме проезжали мало, особой экономии топлива не показывали, а стоили при этом ощутимо дороже обычных Tiggo.
Будь у таких гибридов хотя бы полный привод (для чего инженерам требовалось лишь добавить третий электромотор на заднюю ось), немалая цена этих машин выглядела бы для российских покупателей более оправданной.
К слову, полноприводный DHT-гибрид существует. Схема с дополнительным мотором, названная CDM Super Hybrid System, применяется на одной из модификаций EXEED RX, которую тоже планировали вывести на российской рынок, но передумали.

Идея недорогого гибрида с параллельным режимом возвращается с Geely EX5 EM-i

Гибрид как программа
Еще одну интересную реализацию параллельной схемы предложила компания Changan, когда разрабатывала гибридный привод, который мог бы соперничать с DM-i BYD. Там не стали усложнять механику — совместили на одной оси 1,5‑литровый 166‑сильный ДВС с электромотором на 110 кВт и добавили хитроумную систему из cцеплений (расположены как спереди, так и позади электродвигателя), благодаря чему силовая установка смогла работать и в чисто электрическом режиме, и в параллельном, развивая крутящий момент в 585 Нм (основной вклад — от электромотора). Ну а далее вся эта силища передавалась шестиступенчатым роботом на колеса. Обратный поток крутящего момента для рекуперации тоже «адаптировался» коробкой под силу торможения.
Система получила название iDD. Электрическая часть имела довольно мощную и емкую батарею, обеспечивающую запас хода в 135 км. С мощностью рекуперации или генерации тоже проблем у нее не возникало, что выливалось в реально скромный расход бензина и энергии. Вдобавок в системе управления гибридным приводом предусмотрели огромное множество настроек, профилей и даже сценариев использования автомобиля (например, с приоритетом под ежедневную домашнюю зарядку), до чего конкуренты до сих пор не додумались.
Но кто из простых автолюбителей станет разбираться в этом? А главное, много ли найдется желающих взять кроссовер, который позиционируется как спортивный, но разгонные возможности которого на корню обрезает передний привод?

В Evolute i-Space для российского рынка удалось использовать более доступную схему гибридной силовой установки, в результате чего цена автомобиля получилась привлекательной

Обманщики и отступники
Всем ранним китайским гибридам была свойственна одна неприятная черта: так как запас хода считался не по фактическому расходу в поездке, а по паспортному, полученному при замерах по методике CLTC, NEDC или WLTP, то счетчики вводили водителя в заблуждение. Борт-компьютер, например, обещал безостановочный пробег в 1000 км, а в реальности уже через 500–600 км машина требовала заправки. У современных гибридов, счетчики которых можно переключить на «динамический» замер расхода, проблемы с оценкой запаса хода уже нет.
А еще у вас могло сложиться впечатление, что параллельно-последовательные схемы дают больше минусов, чем плюсов. В некоторых случаях так и есть — сложность приводов высока, а плюсы от «параллельности» в сложении моментов проявляются далеко не всегда.
Вышеупомянутая марка Voyah в гибридном минивэне Dream PHEV сначала делала ставку на параллельно-последовательную схему, но в новых модификациях Long Range с увеличенной батареей отказалась от нее в пользу более простой и выгодной последовательной схемы.
Гибридные Evolute i-Space вообще сделали для нашего рынка «последовательными» волевым решением. В оригинальных китайских моделях используется трансмиссия HDT300, которая совмещает два электромотора (тяговый и стартер-генераторный) и позволяет направить момент от ДВС к колесам. Но на российских версиях узел подключения из коробки изъят. Благодаря этому i-Space не стали сильно дешевле в производстве, зато вписались в низкие налоги.
Тем не менее новейший Geely EX5 EM-i, который сейчас выходит на российский рынок, выполнен по параллельно-последовательной схеме. В этой модели инженеры сосредоточились на достижении высоких показателей. Гибридная система новинки состоит из 1,5‑литрового ДВС с едва ли не рекордным тепловым КПД (46,5%) и трансмиссией E-DHT, включающей в себя 218‑сильный электродвигатель, эффективность которого достигает 92,5%. Литий-железо-фосфатная батарея тоже передовая — поддерживает быструю зарядку на высокой мощности и, следовательно, лучше принимает и энергию рекуперации, что сулит высокую экономичность и реально большой запас хода.

Гибриды с параллельными режимами по-прежнему перспективны

Особый путь
Некоторые марки в развитии гибридов и электромобилей с «расширителем диапазона» действия выбрали особые пути. Те же китайские производители выходили на российский рынок с различными схемами параллельно-последовательных гибридных приводов. Одни не получили распространения из-за сложности, другие — по чисто маркетинговым причинам. Однако независимо от схемы для любого гибрида критически важны четыре компонента.
Первый и главный — эффективность генерации, которая выражается тепловым КПД. От него прямо зависит, сколько киловатт-часов будет получено с каждого сожженного литра бензина. В лучших системах достигается показатель 3,5‑4 кВт·ч, но это — при оптимальных режимах. Если же не слишком мощный ДВС нагрузить максимальной генерацией в 70–90 кВт, он будет работать буквально на износ и с КПД, меньшим в разы.
Второй критерий — достигаемая мощность рекуперации при торможении. Понятно, что гибрид, который при замедлении может «загонять» в батарею энергию на мощности 60–80 кВт, сможет лучше сберегать ее заряд по сравнению с моделью, у которой максимум рекуперации, например лишь 30–40 кВт. Ограничением здесь, кстати, нередко выступает и батарея — не все типы могут принимать высокие зарядные мощности.
Третий фактор прямо относится к батарее и ее способности накапливать и отдавать энергию. Ее емкость — параметр важный, но не решающий. Если батарея имеет ограничения по допустимым токам в зависимости от уровня заряженности, если у нее узкий рабочий температурный диапазон, то инженерам приходится ломать голову над тем, как эти ограничения обойти, и вводить в конструкцию сложные системы терморегуляции, на работу которых, к слову, также будет тратиться немало энергии.
Ну а четвертым компонентом является карта режимов гибрида. При одних условиях выгодно поддерживать высокий уровень заряда тяговой батареи, при других — на некоем достаточном минимуме. Также и с генерацией — в каких-то
случаях выгодна интенсивная, в каких-то циклическая, а в каких-то — и непрерывная. Идеально, чтобы все обстоятельства учитывала сама машина, а не водитель. Так что для инженеров, испытателей и программистов здесь огромное поле для оптимизации систем управления.

Производитель автомобилей Tank внедрил специальную гибридную систему, разработанную для тяжелых внедорожников, когда электромотор способен усиливать крутящий момент в сложных дорожных условиях

Заряжать так заряжать
Полноценный гибрид выделить среди других легко — он позволяет проходить приличные расстояния как в режиме EV, так и следовать только на топливе, а запасенную электроэнергию использовать лишь тогда, когда это максимально оправданно — к примеру, в городских условиях, для ускорения разгона тяжелого автомобиля или когда нужна контролируемая мощная тяга для преодоления сложных участков бездорожья.
С этой целью в Great Wall Motor разработали целое семейство «умных» приводов под общим названием HI4 (Hybrid Intelligent 4WD). Предназначены они для SUV и внедорожников Tank. Базовая система HI4 подразумевает четырехступенчатую трансмиссию DHT для подключения ДВС (турбомотор объемом 1,5 л), два электромотора общей мощностью до 440 л.с. и выбор тяговых батарей — емкостью от 27 до 52 кВт. В зависимости от конфигурации компонентов система может обеспечивать максимальную автономность на одной зарядке, высокую экономичность, универсальность или малую стоимость (на уровне гибридов с 2WD).
Система HI4‑Z, рассчитанная на более крупные автомобили, отличается трехступенчатой трансмиссией, но имеет повышенную производительность электрической части — батарея способна накапливать до 59 кВт·ч, а параллельно-последовательная схема привода может отдавать до 972 л. с.
Однако есть еще система HI4‑T, разработанная для тяжелых внедорожников и экстремальных условий эксплуатации. Тут мы видим уже полный арсенал для высокой проходимости: мощный ДВС, девятиступенчатый автомат с пониженным рядом, блокировки и т. д. Электромотор у таких систем один, он развивает до 163 л.с., но в сочетании с ДВС — 395 или 517 л.с. (299 или 422 л.с. с учетом 30‑минутной мощности). Служит электромотор здесь и стартером, и генератором, хотя его основное назначение — усиливать в переходных режимах крутящий момент двухлитрового рядного турбомотора или трехлитрового V6. В первом случае максимум достигает 750 Нм, во втором 800 Нм. Cловом, «гибридизация» мирового автопрома идет, и мы продолжаем следить за самыми горячими новинками этих технологий.