Расширитель диапазона — это вспомогательный блок питания (APU) на основе топлива , который увеличивает диапазон аккумуляторного электромобиля , приводя в действие электрогенератор , который заряжает аккумулятор автомобиля. Такая компоновка известна как последовательная гибридная трансмиссия. Наиболее часто используемые расширители диапазона — это двигатели внутреннего сгорания , но могут использоваться топливные элементы или другие типы двигателей. [1]
Транспортные средства с увеличенным запасом хода также называются электромобилями с увеличенным запасом хода ( EREV ), электромобилями с увеличенным запасом хода ( REEV ) и аккумуляторными электромобилями с увеличенным запасом хода ( BEVx ) Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB). [2]
Многие автомобили с увеличенным запасом хода, включая Chevrolet Volt и BMW i3 , оба снятые с производства, способны заряжать свои батареи как от сети, так и от расширителя запаса хода, и поэтому являются типом подключаемого гибридного электромобиля (PHEV). [3] [4] Гибридные электромобили (HEV), мягкие гибриды (MHEV) и большинство PHEV в основном работают на сгорании (с более крупными двигателями и топливными баками и меньшими батареями и электродвигателями), в то время как электромобили с увеличенным запасом хода являются противоположностью. [5]
Основная функция расширителя диапазона — увеличение дальности действия транспортного средства. Автономность диапазона является одним из главных препятствий для коммерческого успеха электромобилей, а увеличение дальности действия транспортного средства при разрядке батареи помогает уменьшить беспокойство по поводу дальности действия . [6]
Расширитель диапазона также может снизить потребление топлива, увеличивающего запас хода (например, бензина), используя основное топливо (например, энергию аккумулятора), при этом сохраняя запас хода автомобиля на одном топливе, работающем на таком топливе, как бензин. Топливо, увеличивающее запас хода, как правило, считается менее экологически и экономически безопасным в использовании, чем основной источник топлива, поэтому система управления транспортным средством отдает предпочтение использованию основного топлива, если оно доступно. Однако из-за ограничений запаса хода с основным источником топлива расширитель диапазона позволяет транспортному средству получить многие из преимуществ по стоимости и охране окружающей среды основного топлива, сохраняя при этом полный запас хода источника топлива, увеличивающего запас хода. [7] При этом преимущества (стоимость, выбросы углерода), получаемые от использования транспортного средства с расширителем диапазона, в конечном счете зависят от того, как транспортное средство ездит, и в частности от того, как часто используется расширитель диапазона. [8]
Например, такие автомобили, как BMW i3 с опциональным расширителем диапазона и Chevrolet Volt, оснащены достаточно большими батареями для проезда на 80–160 км (50–100 миль), что достаточно для многих поездок, но недостаточно для поездок на большие расстояния. Таким образом, водитель может использовать заряд батареи для поездок на работу и ежедневной езды, но все равно иметь возможность проехать от Нью-Йорка до Бостона (около 320 км, 200 миль) с помощью вспомогательного бензинового двигателя внутреннего сгорания, не останавливаясь часто для зарядки батареи (что может занять несколько часов). Таким образом, владелец транспортного средства получает выгоду от использования более дешевой и менее углеродоемкой электроэнергии для большинства поездок, сохраняя при этом возможность отправляться в более длительные поездки на том же транспортном средстве.
Когда расширитель запаса хода использует обычное топливо, он может заправляться на обычных заправочных станциях , что обеспечивает ему такой же запас хода, как и у обычных автомобилей. [9] [10] [11]
Поскольку электромобиль с увеличенным запасом хода приводится в движение только электродвигателем, он может избавиться от веса и стоимости, связанных с коробкой передач, обычно используемой в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания. Кроме того, поскольку расширителю запаса хода не нужно увеличивать или уменьшать выходную мощность в соответствии с потребностями автомобиля в мощности (эту задачу выполняет электродвигатель), расширитель запаса хода может быть рассчитан на удовлетворение средней потребности автомобиля в мощности, а не пиковой потребности (например, при ускорении). Расширитель запаса хода также может работать гораздо ближе к своей наиболее эффективной скорости вращения . Эти конструктивные особенности позволяют электромобилям с увеличенным запасом хода преобразовывать энергию ископаемого топлива в электроэнергию и движение автомобиля относительно эффективно. Двигатель внутреннего сгорания также может иметь более длительный срок службы, поскольку ему не нужно работать на высоких оборотах (что приводит к повышенному износу).
Согласно поправкам 2012 года к Правилам о транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов, принятым в марте 2012 года Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB), аккумуляторное электрическое транспортное средство с увеличенным запасом хода, обозначенное как BEVx, должно соответствовать, среди прочего, следующим критериям: [2]
Расширители диапазона обычно используются в морских ( автономных подводных аппаратах ), воздушных судах , генераторах/комплексах, автомобилях [13] и гибридных электромобилях . [14]
General Motors описывает Chevrolet Volt как электромобиль, оснащенный аккумулятором на 16 кВт·ч, а также бензиновым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) «с увеличенным запасом хода» в качестве генераторной установки , и поэтому Volt окрестили «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] Volt работает как чисто электрический автомобиль в течение первых 40–80 км (25–50 миль) в режиме истощения заряда . Когда емкость аккумулятора падает ниже заранее установленного порога от полного заряда, автомобиль переходит в режим поддержания заряда, и система управления Volt выберет наиболее оптимально эффективный режим движения для улучшения производительности и повышения эффективности на высокой скорости. [3] [17] [18]
Согласно подсчету General Motors в режиме реального времени расстояния, пройденного владельцами Volt в Северной Америке, к середине июня 2014 года они накопили более 800 миллионов полностью электрических км (500 миллионов миль). GM также сообщила, что владельцы Volt более 63% времени ездят в полностью электрическом режиме. Владельцы Volt, которые регулярно заряжают свои автомобили, обычно проезжают более 1560 км (970 миль) между заправками и посещают заправочную станцию реже одного раза в месяц. [19] В аналогичном отчете, выпущенном GM в августе 2016 года, сообщалось, что владельцы Volt накопили почти 2,4 миллиарда км (1,5 миллиарда миль), пройденных в режиме электромобиля, что составляет 60% от их общего пройденного расстояния. [20]
.jpg/1280px-BMW_i3_(19939421151).jpg)
Полностью электрический автомобиль BMW i3 с емкостью аккумулятора не менее 22 кВт·ч предлагает опциональный бензиновый расширитель запаса хода APU . [21] Расширитель запаса хода — это тот же двухцилиндровый бензиновый двигатель объемом 647 куб. см, который используется в скутере BMW C650 GT с топливным баком объемом 9 л (2,0 имп. галлона; 2,4 галлона США). Первоначально емкость бака в американской модели была ограничена электроникой до 7 л. [22] Расширитель запаса хода включается, когда уровень заряда аккумулятора падает до 6%. Он вырабатывает электроэнергию для увеличения запаса хода со 130–160 км (80–100 миль) до 240–300 км (150–190 миль) [23] [24] Производительность в режиме расширения запаса хода может быть более ограниченной, чем при работе от аккумулятора, поскольку BMW разработал расширитель запаса хода в качестве резервного варианта, позволяющего добраться до места подзарядки. [25]
По данным BMW, в начале выпуска i3 использование Range-Extender было намного больше, чем ожидал автопроизводитель, более 60%. Со временем оно значительно сократилось, некоторые люди почти не использовали его, и к 2016 году оно регулярно использовалось менее чем в 5% i3. [26]
Опция расширения диапазона стоит дополнительно 3850 долларов США в Соединенных Штатах, [27] дополнительно 4710 евро (~ 6300 долларов США ) во Франции, [28] и 4490 евро (~ 6000 долларов США ) в Нидерландах. [29]
Опция расширения диапазона BMW i3 была разработана для соответствия регламенту CARB для вспомогательного силового агрегата (APU), называемого REx. Согласно правилам CARB, принятым в марте 2012 года, BMW i3 2014 года с установленным блоком REx станет первым автомобилем, который будет квалифицироваться как аккумуляторный электромобиль с увеличенным диапазоном или «BEVx». CARB описывает этот тип электромобиля как «аккумуляторный электромобиль (BEV) с относительно высоким электрическим диапазоном, к которому добавлен APU». APU, который поддерживает заряд батареи примерно на уровне 6% после того, как блок был истощен при нормальном использовании, строго ограничен в дополнительном диапазоне, который он может обеспечить. [2] [30]
Другие электромобили с увеличенным запасом хода включают снятые с производства Cadillac ELR и снятые с производства Fisker Karma . [31] [32] [33] В июне 2016 года Nissan объявил, что представит в Японии компактный автомобиль с увеличенным запасом хода до марта 2017 года. [ требуется обновление ] Серийный подключаемый гибрид будет использовать новую гибридную систему, получившую название e-Power, которая дебютировала с концептуальным кроссовером Nissan Gripz, представленным на Франкфуртском автосалоне 2015 года . [34] Эта технология без возможности подключения была развернута в Nissan Note e-Power и Nissan Kicks e-Power .
Такси LEVC TX London было запущено в 2017 году и оснащено аккумулятором емкостью 33 кВт·ч, который заряжается от 1,5-литрового бензинового двигателя. [35]
Li Auto One — большой внедорожник, который сочетает в себе аккумулятор емкостью 41 кВт·ч с небольшим 1,2-литровым бензиновым двигателем. [36] [37]
Этот подход также использовался для большегрузных транспортных средств, таких как автобусы Gemini 2 [38] и New Routemaster [39] компании Wrightbus .
Водородные топливные элементы также использовались в качестве расширителя запаса хода для аккумуляторных электрических автобусов , что позволяло им иметь больший запас хода. [40] Например, Mercedes-Benz eCitaro имеет запас хода 280 километров (170 миль) в качестве аккумуляторной электрической модели, а автобус eCitaro на топливных элементах имеет запас хода 400 километров (250 миль) благодаря 60-киловаттному топливному элементу Toyota, который подзаряжает аккумулятор. [41]
У Ford есть патенты на бензиновый генератор, устанавливаемый на кузове, для их полностью электрических пикапов. [42] У Rivian есть патенты на дополнительные аккумуляторы, устанавливаемые на кузове, для увеличения запаса хода. [43] Электрогрузовики Rivian могут заряжать друг друга для увеличения запаса хода. [44]
Программа Wolverine 3 2010 года включала в себя расширитель диапазона ICE для беспилотного летательного аппарата . [45]
Электромобиль с увеличенным запасом хода использует последовательную гибридную трансмиссию.