Почему расход топлива взлетает, если подключаемый гибрид не заряжается?

Подключаемый гибрид, который не заряжается, расходует в два-четыре раза больше топлива, чем указано в каталоге; поскольку конструкция автомобиля ориентирована на питание от электричества, а без зарядки приходится возить вес батареи и избыточную мощность двигателя исключительно на бензине. Средний заявленный комбинированный расход подключаемого гибрида по WLTP составляет около 1,5 литра, но при нарушении дисциплины зарядки этот показатель вырастает до уровня 6 л/100 км. На этой странице инженерные причины этого разрыва между каталогом и заправочным пистолетом объясняются с помощью цифр.

Как формируется каталожное значение и почему реальный расход ему не соответствует?

Расход подключаемого гибрида (PHEV) при одобрении типа основан на предположении, что автомобиль определённую часть цикла проедет на электричестве, а остальную часть - на бензине. Понятие, описывающее это предположение, называется Utility Factor, то есть доля электромобильной езды. При одобрении типа для частных автомобилей эта доля принимается равной примерно 69%. В реальной жизни та же доля в частном использовании падает в среднем до 37%, а в корпоративных автопарках - лишь до 20%.

Такое отставание доли имеет единственное следствие: бензиновый двигатель работает на дистанции, многократно превышающей отведённые ему в каталожном расчёте километры. Масштабный анализ реальных данных примерно по 100 000 подключаемых гибридов показал, что фактический расход на заправочной колонке превышает значение одобрения типа в 2–4 раза для частных автомобилей и в 3–4 раза для корпоративных. В то время как комбинированное значение WLTP среднего PHEV составляет ~1,57 л/100 км , в реальном использовании оно 6 л/100 км взлетает до уровня. Вот математика этого: более чем троекратное превышение официального значения.

Наказание за пустую батарею: как вес и избыточная мощность повышают расход топлива?

Проще всего понять незаряжаемый подключаемый гибрид, представив его как двухфазную задачу балансировки. С одной стороны - перевозимая масса, с другой - система, приводящая эту массу в движение. Проигрываете вы в обоих случаях.

Насколько велико наказание за вес батареи?

Батарея PHEV обычно имеет ёмкость около 15 кВт·ч, а это масса, достигающая сотен килограммов. Дополнительный вес батареи и электродвигателя может сделать расход выше, чем у сопоставимого бензинового автомобиля. Влияние веса батареи на гибридную эффективность измерено и количественно: по мере увеличения батареи эффективность гибридного режима падает с 49,1 миль на галлон до 45,2 миль на галлон - то есть штраф в 8% только из-за массы. Эта энергия не возвращается ниоткуда; она оплачивается на каждом километре шоссе как груз, перевозимый на бензине.

Почему мощность двигателя увеличивает расход?

Вторая проблема - это мощность системы. Большинство подключаемых гибридов из маркетинговых соображений производительности заставляют бензиновый двигатель и электромотор работать вместе с высокой отдачей. Но мощность означает вместе с массой трение, потери на кренах и низкий КПД при частичной нагрузке. Данные анализа связывают это с чётким коэффициентом: каждые 10 кВт мощности, снимаемые с системы, снижают реальный расход и CO2 на 2–4%. По запасу хода корреляция та же: каждые 10 км дополнительного электрического запаса улучшают реальные показатели на 8–14%. Иными словами, сочетание мощного двигателя и небольшой батареи даёт худший результат в реальном мире; решение - забирать мощность у двигателя и расходовать её на запас хода.

Насколько велика разница между нес заряжаемым PHEV и полным гибридом?

Полный гибрид (HEV) - это автомобиль без зарядного порта; он заряжает свою небольшую батарею за счёт рекуперативного торможения и бензинового двигателя. Система полностью спроектирована под этот баланс: небольшая батарея, малая дополнительная масса, распределение мощности, откалиброванное под бензиновый двигатель.

Подключаемый гибрид, который не заряжается, находится в полной противоположности этого баланса. Он напрасно возит на себе вес большой батареи, становится гораздо более зависимым от бензинового двигателя, и сами производители отмечают, что в этом сценарии автомобиль работает менее эффективно, чем полногибридный брат аналогичного размера. Измерено, что при смешанной городской/трассовой эксплуатации подключаемые гибриды несколько отстают от своих полногибридных аналогов. Официальное заявление энергетического ведомства указывает на то же: расход PHEV зависит от расстояния между зарядками, и если автомобиль вообще не заряжается, топливная экономичность падает примерно до уровня гибрида аналогичного размера - то есть все электрические преимущества подключаемого гибрида исчезают, остаётся только штраф за массу.

Первая строка таблицы показывает, насколько эффективна технология при правильном использовании: когда PHEV с батареей 15 кВт·ч заряжается каждый день, его расход по сравнению с полным гибридом снижается на 69%. Тот же автомобиль, когда дисциплина зарядки нарушается, возвращает всё это преимущество и даже немного больше.

Как привычки зарядки переворачивают цифры?

Экономичность подключаемого гибрида зависит от того, за сколько километров расходуется энергия его батареи. Типовое одобрение большинства PHEV предполагает электрический запас хода в пределах 30–60 км, и при регулярной зарядке эти автомобили проезжают за год 5 000–10 000 км на электротяге. У моделей с запасом хода свыше 80 км этот показатель 12 000–20 000 км/год и выше; сегодня многие модели предлагают около 100 км электрического запаса хода. То есть один и тот же автомобиль резко различается по годовому счёту за топливо между владельцем, у которого есть зарядная розетка дома, и пользователем без неё.

Почему такой широкий разброс? Потому что доля электрической езды зависит от четырёх переменных: ежедневного пробега, частоты зарядки, ёмкости батареи и стиля вождения. Международное сравнение это наглядно показывает - самая высокая реальная электрическая доля в США и Норвегии находится в диапазоне 53-54%, а в примерах со слабой зарядной инфраструктурой и привычками она падает до 24-26%; в корпоративных автомобилях эта доля опускается до 18%. Низкая мотивация водителей корпоративных автомобилей заряжаться означает, что технологию оплачивают те, у кого топливо не входит в личные счета, и худшие результаты в реальных условиях мы видим именно в этой группе.

Зарядка один-два раза в неделю вовсе не бесполезна. Большая батарея служит буфером между зарядками; некоторые подзаряжаемые гибриды благодаря этому буферу могут обеспечить экономичность лучше обычных гибридов. Но чтобы преимущество достигло реального размера, основой должен быть ежедневный заряд - в этом и заключается цель дизайна plug-in.

Влияет ли езда с пустой батареей только на расход?

Нет; у этого есть и долгосрочная стоимость. Производители прямо указывают, что батарея PHEV при условиях низкого заряда и малого использования может деградировать быстрее. Идеальное использование - удерживать уровень заряда в диапазоне 20-80% Брошенный без зарядки на месяцы подзаряжаемый гибрид и каждый литр сжигает дороже, и сокращает срок службы самого дорогого своего компонента.

Рекуперативное торможение вносит в эту картину реальный, но ограниченный вклад. В трафике со остановками восстановление энергии слегка подзаряжает батарею; пользовательские измерения указывают примерно на до 4% вклада в экономию топлива. Это не заменяет зарядную розетку - оно лишь возвращает часть энергии торможения. Кроме того, при низком заряде батареи электронная защита системы повышает расход; по мере разряда батареи нагрузка на бензиновый двигатель неизбежна.

Для какого пользователя подключаемый гибрид имеет смысл, а в какой ситуации это ловушка?

Дерево решений на самом деле сводится к одному вопросу: покрывает ли батарею, которую можно зарядить до выезда из дома, ваш ежедневный пробег?

• Если ежедневный пробег в пределах электрического запаса хода и дома есть зарядка: Технология работает по своему назначению; по сравнению с HEV возможно преимущество в расходе до 69% и десятки тысяч электрических километров в год.
• Если возможность зарядки частичная: Электрическая доля падает до диапазона 48%; преимущество есть, но далеко откатологического обещания. Модели с большой батареей здесь всё ещё могут иметь смысл.
• Если зарядка вообще невозможна (например, дома нельзя установить зарядное устройство): Plug-in расходует хуже полного гибрида аналогичного размера; в этом сценарии правильный выбор - полный гибрид.

И сторону затрат нужно читать честно: актуальные анализы владения приходят к выводу, что для большинства водителей PHEV в первые несколько лет - а возможно, и никогда - не создаст денежной выгоды. Экономия зависит не от цены топлива и километров, а прежде всего от привычки к зарядке.

Итог: Три числа, один вывод

Каталог заявляет 1,57 л/100 км; пользователь без зарядки видит 6 л/100 км; пользователь, который правильно заряжает, опускается значительно ниже показателей HEV. Единственная переменная, связывающая эти три числа, - это дисциплина зарядки. Подключаемый гибрид - это автомобиль, электрический «бак» которого регулярно держится полным; когда этот бак пуст, остаётся лишь бензиновая машина, обременённая штрафом в 8% массы и избыточной мощностью мотора. Если у вас нет возможности заряжаться, проблема не в автомобиле, а в выборе автомобиля.

Источники

• Реальное использование подзаряжаемых гибридных электромобилей - ICCT
• PHEV обещали эффективность, но водители сжигают в три раза больше топлива - Carscoops
• Нужно ли заряжать гибридный автомобиль? - Mazda USA
• Подзаряжаемые гибридные электромобили - Центр данных по альтернативным видам топлива (DOE)
• Информация о гибридных автомобилях - Green Vehicle Guide
• Оценка подзаряжаемых гибридных автомобилей в реальных условиях - Dauphin et al., ScienceDirect
• Подзаряжаемые гибридные электромобили в Европе - эмпирический анализ, IOP Science
• Влияние веса батареи и моделей зарядки - Shiau et al., CMU
• Почему фактический расход топлива подзаряжаемых гибридов часто выше - Newswise
• Экономит ли подзаряжаемый гибрид ваши деньги? - Consumer Reports