Что такое подключаемый гибрид или плагин-гибрид (plug-in hybrid)?

Prius PHV/Prime

Летом 2007 года Toyota представила общественности прототип под названием Prius PHV (Plug-in Hybrid Vechicle), созданный на базе классической модели второй генерации. Автомобиль получил увеличенную аккумуляторную батарею, заряжаемую от внешней электросети.

В начале 2012 года, ограниченные партии «подзаряжаемого гибрида» стали предлагаться на ключевых рынках компании Тойота: в Японии, Северной Америке и Европе. Автомобиль мог проехать около 25 километров только на одной электротяге и полностью заряжался всего за 1.5 часа.

Подзаряжаемый от внешней электросети Toyota Prius PHV 2021 модельного года

Обновленная версия Prius PHV, созданная на базе классической модели четвертого поколения, но с вдвое большей литий-ионной батареей, была представлена в феврале 2021 года. В режиме электротяги, новая батарея позволяла проезжать до 68 километров. Довести ее заряд до максимума от бытовой электросети можно было в диапазоне от 2 до 14 часов. В Северной Америке Prius PHV продается как Prius Prime.

Двигатели, устанавливаемые на Prius PHV:

2ZR-FXE (1.8 л, 99 л.с.).

Двигатели, устанавливаемые на Prius Prime:

2ZR-FXE (8 л, 95 л.с.).

Комплектации и цены Toyota Prius PHV

Кроме базовой комплектации S автомобиль можно найти ещё в нескольких комплектациях. Основными являются A, A Premium и GR Sport. Все из них имеют систему безопасности Safety Sense P.

Вид сбоку

Базовая комплектация рассмотрена выше. Её цена составляет 2 329 000 рублей

В комплектацию A входит:

система GPS-навигации и радио;
аудиосистема JBL;
полноцветный ЖК монитор с диагональю 11,6 дюймов;
система оповещения о пробках;
камера заднего обзора.

Стоимость начинается с 2 718 000 рублей.

Комплектацию A Premium дополняет:

кожаная обивка салона;
электропривод передних сидений;
парктроник;
разъём электропитания;
самозатемняющееся зеркало заднего вида.

Цена дойдёт до 3 015 000 рублей.

Спортивная комплектация GR Sport дополнительно включает:

18-ти дюймовые диски;
комбинированную обивку;
спортивные сиденья с регулировкой;
динамически настроенную подвеску.

Стоимость составит 2 650 000 рублей.

Заметка! Все цены указаны на новые автомобили и переведены с иностранной валюты по текущему курсу.

Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) состоит в следующем: старт, первоначальный разгон и езду на малых оборотах обеспечивает электрический мотор-генератор, при повышенных нагрузках подключается бензиновый мотор. Компьютер регулирует его работу так, чтобы были обеспечены самые высокие показатели экономичности.

Шестерня делителя мощности, передающая крутящий момент на ведущие колеса, вращается посредством электромотора. Основной принцип действия гибридного автомобиля заключается в формировании передаточного числа трансмиссии делителем мощности, именно он распределяет уровень включенности в работу каждого из моторов.

Такая схема гибридного автомобиля называется последовательно-параллельной. Она соединила все преимущества последовательно и параллельной схем. В итоге инженеры японского автоконцерна смогли создать максимально надежный агрегат, ведь управление крутящим моментом происходит при помощи электроники, исключая участие множественных механических узлов и механизмов.

Рекуперативная система торможения также передает кинетическую энергию на генератор, восполняя запас аккумулятора. Для экстренного торможения применяется обычная фрикционная тормозная система.

Сравним подключаемый гибрид со стандартным гибридом

Инфографика: сравнение стандартного и подключаемого гибридов

У плагин-гибридных автомобилей значительные преимущества в плане экономии топлива по сравнению с другими транспортными средствами:

машина-гибрид в зависимости от модели, достигает примерно вдвое большей топливной экономичности, чем обычная машина такого же размера и характеристик;
гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети может достичь вдвое большей топливной экономичности, чем обычный гибрид;
гибрид с подзарядкой от сети, работающий на биотопливе (например, 85-процентном этаноле или биодизеле) может почти полностью исключить использование бензина.

Несмотря на все внимание СМИ к плагин-гибридам, отдельному потребителю пока еще не представляется возможным купить такой. Несколько гибридов с подзарядкой от электросети были подготовлены для тестирования в коммерческих автопарках и государственных учреждениях (США)

Многие крупные автомобилестроители выпустили концептуальный прототип гибрида, подзаряжаемого от сети, для демонстрации на международных автосалонах, но лишь немногие автопроизводители взяли на себя обязательства об оглашении конкретной даты производства этих транспортных средств .

Что такое гибридные автомобили?

Машины, использующие не только обычный ДВС, функционирующий на дизельном или бензиновом топливе, но и имеющие альтернативный источник питания в виде электродвигателя называются гибридными автомобилями. Они отлично подходят как для езды по городу, так и на трассе. Электродвигателю не нужен длительный отрезок времени для разгона. Он достаточно быстро производит запуск и останавливается.

Двигатель внутреннего сгорания начинает активно работать только для включения электрического генератора, который подает ток в аккумуляторы и электромотор. Также ДВС включается на высоких оборотах, т. е. когда машина движется по трассе.

Четко продуманная схема функционирования гибридных агрегатов делает их очень выносливыми и работоспособными. Такие моторы считаются более экологически чистыми.

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

Список автомобилей с гибридными двигателями
Audi Q5 Hybrid
BMW Active Tourer
Chevrolet Volt
Ford Escape Hybrid (Fusion Hybrid)
Hyundai Sonata Hybrid
Honda CR-Z (Insight Hybrid)
Jaguar Land Rover
Mitsubishi Outlander PHEV
Nissan Altima Hybrid
Toyota Prius (Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid

Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.

Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.

Полная конструкция гибрида

Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:

двигателя внутреннего сгорания. Конструкция детали разрабатывалась так, чтобы облегчить вес, минимизировать затраты топлива и количество вредных выбросов;
электрического двигателя. Он сгенерирован с топливным баком и может вырабатывать энергию для заряда АКБ. Деталь встраивается в силовую систему или располагается отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
трансмиссии. В зависимости от типа гибрида существуют интегрированные коробки передач, КПП с механикой или автоматическим управлением. Некоторые детали работают по принципу плавной нагрузки;
топливного бака. Обеспечивает подачу топлива в ДВС;
аккумуляторы. В гибридных машинах устанавливаются две батареи – высоковольтная для работы мотора и на 12 В для запитки бортовой системы. Системы запускаются от аккумулятора стандартного типа – высоковольтный и инвертор функционируют только при постоянном охлаждении;
инвертор. Нужен для преобразования тока, идущего от высоковольтного аккумулятора в переменный трехфазный для электромотора, регулировки распределения энергии;
генератор. Работает по принципу электрического агрегата, производит электроэнергию.

Интересно знать!
При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

Функционирование двигателя-гибрида

Принцип бесперебойной работы современного гибридного двигателя основывается на отдельном или одновременном функционировании ДВС и электромотора. Для управления системой применяется бортовой компьютер. Прибор по режиму движения определяет вид активного силового агрегата:

на городских дорогах требуется электродвигатель с небольшой мощностью;
при езде на загородном шоссе задействуется топливный мотор;
в смешанном режиме (периодические остановки и ускорения) агрегаты работают вместе.

Преимущество — трафик в пробках бесплатно

Пробки на дорогах являются одной из основных причин очень высокого сгорания в обычных двигателях. Зимой дополнительно мешает низкая температура, которая не позволяет двигателю быстро выйти на оптимальную рабочую температуру. Летом кондиционер, позволяющий пережить жару, также повышает «аппетит» к топливу. Для этого постоянные запуски и остановки. В этой ситуации гибриды на высоте. Часто бывает, что всю пробку можно проехать, не запуская двигатель внутреннего сгорания, а с подключаемыми гибридами запас хода можно дополнительно увеличить за счет частого торможения. В ситуации, когда больше всего сжигают бензиновые и дизельные двигатели, больше всего экономят гибриды.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.

Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.

Также гибридные авто имеют целый ряд конструктивных решений и максимум вспомогательных систем для высокой экономичности и снижения уровня вредных выбросов: система старт-стоп, изменение фаз ГРМ, система EGR, подогрев ОЖ отработавшими газами и т.д.

К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.

Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.

Положительные стороны гибридных двигателей

Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

Очень высокая стоимость самого автомобиля.
Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.

Описание режимов работы гибридного двигателя

Такой агрегат автоматически регулирует действие ДВС и электрического привода. Владельцу автомобиля требуется перевести селектор трансмиссии в необходимое положение и нажать на кнопку старта. Прочие действия выполнит бортовая электроника, информация выводится на экран компьютера.

Автомобиль поддерживает несколько режимов работы (на примере Prius III поколения):

EV Mode, предусматривающий использование только электрической тяги;
ECO Mode, рассчитанный на достижение минимального расхода топлива и предназначенный для маневрирования;
Normal, ориентированный на стандартные условия эксплуатации;
Power Mode, повышающий динамику за счет одновременного использования ДВС и электрической тяги.

Запуск ДВС

При недостаточном уровне заряда батареи или резком нажатии на педаль акселератора осуществляется запуск бензинового мотора. Двигатель разгоняет машину и производит подзарядку батареи. На Prius предусмотрено служебное включение ДВС, необходимое для прогрева масла, промывки системы смазки или очистки форсунок от отложений без снятия. Алгоритм действий описан в инструкции по эксплуатации, в стандартных условиях работы принудительно завести ДВС невозможно.

При нажатии на педаль акселератора происходит запуск мотора.

Для старта бензинового агрегата используется энергия тягового электрического мотора, который раскручивает коленчатый вал до 1000 об/мин за 1–2 секунды. После начала работы контроллер определяет состав смеси, холодный ДВС прогревает каталитический нейтрализатор и обеспечивает подзарядку батареи.

Старт на электротяге и разгон

При плавном нажатии на акселератор электрический мотор набирает скорость через планетарный редуктор. Блок управления отслеживает уровень заряда батареи и не допускает падение емкости ниже критического уровня. Разгон на электрической тяге продолжается до 50 км/ч, после чего подключается ДВС.

Запуск ДВС на ходу

Включение бензинового привода происходит при падении емкости аккумулятора или повышении сопротивления движению. Электрический мотор прокручивает коленчатый вал через планетарный редуктор, который затем распределяет потоки мощности. После снижения нагрузки или окончания зарядки ДВС автоматически глушится.

Задний ход

Чтобы начать маневрирование, необходимо перевести рычаг в положение R, блок управления переключает обмотки.

При маневрировании автомобиля работает блок управления.

Для движения используется только электрический двигатель, но в случае низкого заряда запускается бензиновый мотор. Коленчатый вал вращает генератор и восстанавливает емкость аккумулятора либо подает питание на обмотки электрического привода. При деградации батареи возникают сложности с маневрированием задним ходом. Перед включением реверса необходимо дать поработать генератору несколько минут.

Типы батарей, используемых в подключаемых гибридах

Батареи для подключаемых гибридов

Не все плагин-гибридные модификации одинаковы. Вся разница в аккумуляторах. Литий-ионные аккумуляторы стоят дороже всего, но дают самый большой запас хода на чистом электричестве. Свинцово-кислотные доступнее, но сокращают запас хода. А никель-металлогидридные находятся посередине шкалы в отношении цены и аккумулирования энергии.

Сегодняшние переоборудованные гибриды с подзарядкой от электросети на основе «Prius» аккумулируют в 2—7 раз больше энергии, чем стандартная батарея «Prius». В целом, средний показатель расхода у подзаряжаемых от сети гибридов на основе «Prius» составляет 65—95 миль на галлоне.

Чем больше энергии запасает аккумулятор, тем дальше транспортное средство может проехать в полностью электрическом режиме, и тем дольше оно сможет увеличивать пробег. Аккумулирование большего количества энергии зависит не только от размера батареи, — тип используемого аккумулятора также имеет значение.

Умеренное количество энергии от свинцово-кислотных аккумуляторов. На одном конце этого разнообразия находятся плагин-модификации на базе «Prius», которые аккумулируют не слишком много энергии: около 2-3 кВт∙ч. Основным преимуществом свинцово-кислотной технологии является ее доступность. Она также достаточно безопасна и имеет высокую производительность. Однако срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов не столь долог, как некоторых других типов батарей. Кроме того, они аккумулируют меньше электроэнергии, поэтому нужно использовать более массивные и тяжелые блоки.

Много энергии от литий-ионных аккумуляторов: на противоположном конце этого разнообразия располагаются модификации на базе «Prius», которые запасают большое количество бортовой энергии — целых 9 кВт∙ч. Эти подзаряжаемые от сети гибридные автомобили используют литий-ионные батареи, так как они аккумулируют много энергии в меньших и более легких блоках. Такое количество дополнительной энергии позволяет подзаряжаемому гибриду проехать в полностью электрическом режиме 25-30 миль, и достичь «увеличенного» пробега на большие расстояния в 40—50 миль. Недостатком является стоимость. В некоторых из этих модификаций, одна аккумуляторная батарея стоит более $10000. К этому также относится безопасность и срок службы батареи.

В середине «энергоразнообразия» никель-металлогидридные аккумуляторы. В центре располагаются подзаряжаемые от сети гибридные автомобили со средним количеством бортовой энергии — около 4-5 кВт∙ч. Некоторые из таких транспортных средств сочетают дополнительные никель-металлгидридные аккумуляторы (NiMH) с нынешними никель-металлогидридными батареями в «Prius». Производительность, долговечность, безопасность и характеристики никель-металлогидридных аккумуляторов понятны. Однако, никель-металлогидридные батареи, как правило, аккумулируют меньше энергии, чем литий-ионные.

Принцип работы двигателя Тойоты Приус

В момент старта тяговый мотор вращает шестерню планетарного редуктора и соединенную с ней главную пару с дифференциалом. Крутящий момент передается на колеса, и автомобиль начинает движение. При фиксации недостатка электрической тяги происходит автоматическое включение бензинового агрегата, который работает на обедненной смеси в наиболее экономном режиме. Связанные между собой детали планетарного редуктора определяют соотношение мощности ДВС, переданной на ведущие колеса и на генерацию электроэнергии.

Мотор–генератор отвечает за уровень зарядки батареи и может работать на неподвижной машине с включенным бензиновым агрегатом. Узел способен запускать ДВС, делая гибридную систему гибкой и не зависящей от условий эксплуатации. Трансмиссия обеспечивает равномерное распределение нагрузки и отличается надежностью, в конструкции отсутствуют сложные гидравлические либо механические компоненты.

Тяговый мотор вращает пару с дифференциалом у планетарного редуктора.

Гибридные автомобили – что это такое?

Принцип транспортного средства, построенного на гибридной схеме, весьма прост. В его основу положен принцип обычного бензогенератора, когда силовой агрегат транспортного средства вращает генератор и осуществляет зарядку тяговой батареи.

Видео — как устроен гибридный автомобиль:

В свою очередь, энергия батареи позволяет автомобилю какое-то время двигаться исключительно на электрической тяге с «нулевым» количеством токсичных выбросов. После того, как энергия в батареях иссякнет, в работу снова включается бензиновый мотор, который позволяет продолжать движение и при этом восполняет заряд в аккумуляторных батареях.

Надо сказать, что наряду с этой схемой существует и другая, носящая название plug-in hybrid. В ней аккумулятор заряжается не только от мотора, но и от обычной бытовой электросети, а его емкости достаточно для поездок на небольшие расстояния (как правило, около 30-40 километров). По факту это значит, что доехать до работы и обратно вы можете, совершенно не используя бензиновый двигатель (и, соответственно, не тратя топлива).

Общая критика плагин-гибридов и возможные ответы

“Я всегда считал, что возможно создать машину, которая улучшит показатель 100 миль на галлон. Вот что нужно стране: создать машину с высокой производительностью и всеми прелестями обычного легкового автомобиля, но чтобы работала она на электричестве” — Доктор Энди Фрэнк (Andy Frank), считающийся отцом современного плагин-гибрида.

Дополнительные аккумуляторы весят слишком много.

Ответ: лишний вес батареи несколько компенсирован благодаря уменьшению веса двигателя внутреннего сгорания. На высоких скоростях, в частности, эффективность использования топлива зависит в первую очередь от аэродинамики, пробег зависит от дополнительного веса, что примерно соответствует одному или двумя лишним пассажирам.

Дополнительные батареи стоят слишком дорого.

Ответ: при продажах автопроизводителями в больших объемах, более мощные и дешевые никель-металлгидридные или литий-ионные батареи могут продаваться по ценам всего на несколько тысяч долларов большим, чем у сегодняшних гибридов. Зарядка будет происходить в основном ночью в более дешевые непиковые часы. Принимая в расчет покупку, топливо и обслуживание, общий срок службы, стоимость владения гибридным автомобилем с подзарядкой от электросети ниже, чем бензиновым автомобилем.

Получение энергии от сети (для зарядки машин) приведет к дополнительным выбросам.

Ответ: то, что промышленность называет выбросами, относящимися к «полному циклу производства топлива» (включая парниковые газы), у транспортных средств, получающих энергию от электросети, гораздо ниже, чем у бензинового автотранспорта, даже относительно американской энергосистемы (которая на 50 % включает уголь). Машины, заряжаемые в непиковые часы, используют энергию, произведенную объектами, которые не прекращают работу ночью. Многие районы страны получают большую часть энергии от более чистых источников, вроде природного газа и гидроэнергетики. Гораздо проще улучшить централизованные электростанции, чем миллионы машин с большим сроком службы. И, наконец, плагин-гибриды, подзаряжаемые от фотоэлектрических установок, расположенных на крыше, имеют практически нулевой уровень выбросов.

Надёжность гибрида, поломки Toyota Prius PHV

За безопасность машины отвечает система безопасности Toyota Safety Sense.

В её состав входят:

стандартные системы ABS, EBD, BAS, TCS;
помощь при спуске/подъёме;
адаптивный круиз-контроль;
сигнализационное оповещение при экстренном торможении;
слежение за полосой движения с предупреждением выезда;
управление дальним светом.

Тойота Приус PHV имеет следующие достоинства: стильный вызывающий дизайн, большой запас хода на электротяге, возможность использования солнечной энергии для подзарядки, экономичность.

Из недостатков стоит отметить маленькую предельную скорость, низкий клиренс и высокую стоимость.

Гибрид Toyota Prius PHV лишен недостатков всех предыдущих моделей. За многие километры пробега могут изнашиваться только задние амортизаторы. Потребуется замена.

Экстерьер Toyota Prius PHV

Обновлённый экстерьер Toyota Prius PHV полон футуризма и смелых дизайнерских решений. Спереди установлена радиаторная решётка скошенной формы.

Toyota Prius PHV Передний бампер

Ниже – большой бампер с воздухозаборниками. Головная оптика представлена светодиодными огнями с «хищным прищуром». На передних крыльях разместились блоки светодиодных фар.

Toyota Prius PHV вид сбоку справа

Профиль стал более обтекаемым и спортивным. Вогнутое стекло крышки багажного отделения продолжается маленьким спойлером. К слову, багажная дверца теперь изготовлена из лёгкого и прочного углепластика.

Задняя оптика сложной формы установлена на кузове, но её линия продолжается по всей границе верхней части крышки. Выглядит эффектно и привлекательно.

Toyota Prius PHV вид сбоку сзади

Вид сзади

Задняя оптика Toyota Prius PHV

Шильдик с моделью автомобиля

Toyota Prius PHV имеет следующие габаритные размеры кузова: длина – 4,645 м, ширина – 1,760 м, высота – 1,470 м.

Описание режимов работы гибридного двигателя

Автомобиль поддерживает несколько режимов работы (на примере Prius III поколения):

EV Mode, предусматривающий использование только электрической тяги;
ECO Mode, рассчитанный на достижение минимального расхода топлива и предназначенный для маневрирования;
Normal, ориентированный на стандартные условия эксплуатации;
Power Mode, повышающий динамику за счет одновременного использования ДВС и электрической тяги.