Интересные подходы к гибридизации: Chevrolet Corvette E-Ray и Porsche 911

На модерации Отложенный

Электромобили могут показаться концептуально скучными. Есть двигатель, некоторые батареи, и все они заряжаются, как ваш iPhone. Но когда эта же технология применяется к автомобилю, у которого уже есть двигатель внутреннего сгорания, все становится намного интереснее. Упаковка двух силовых агрегатов вместе становится более сложной, выбор типов и химических составов аккумуляторов становится намного более важным, и многочисленные способы, которыми электрическая энергия усиливает привод с ДВС, становятся увлекательными.

Одним из примеров двух явно разных подходов к достижению похожих результатов являются Chevrolet Corvette E-Ray и только что гибридизированный Porsche 911 GTS.

Оба автомобиля имеют батареи примерно одинаковой емкости, оба силовых агрегата используют один электрический мотор для привода колес, и оба автомобиля отказались от системы подключения к сети. Однако между Corvette и Porsche есть замечательные различия.

В традиционном стиле E-Ray выполняет свою работу с помощью удивительно простого и экономичного решения. Поскольку Porsche имеет более высокую цену - даже базовый 911 стоит дороже, чем загруженный E-Ray - его автомобиль использует более сложное решение: электрический турбокомпрессор в стиле Формулы 1 без обычного вентиля отброса.

Различия между этими двумя гибридными системами кроются в батарейных ячейках или в том, как и почему каждый автопроизводитель решил использовать свои соответствующие форм-факторы. У E-Ray всего 80 ячеек в виде мешков, все соединенные последовательно, устроенных в позвоночнике шасси, похоже на большой шоколадный батончик. В отличие от этого, Porsche использует небольшой банк цилиндрических ячеек, некоторые из которых соединены параллельно, примерно такого же размера, как обычный автомобильный аккумулятор напряжением 12 В. Этот аккумулятор работает при еще более высоком напряжении, чем у Corvette, но, по крайней мере на бумаге, предлагает меньше чисто электрической производительности для шин. Это не критика в адрес Porsche; почему каждый автопроизводитель разработал эти явно разные системы - это увлекательно.

Литий-ионные ячейки Corvette - это чудовища. Они примерно размером с квадратную тарелку. Каждая ячейка может выдерживать невероятные 525 ампер в течение короткого периода. Их размер и химический состав позволяют такой ток, который является ключевым для обеспечения высокой мощности, особенно крутящего момента, при относительно низком напряжении. Конфигурация пакета 80S 1P (все ячейки последовательно, ни одна параллельно) дает номинальное значение 288 В для всей системы в брутто 1,9 киловатт-часа, из которых фактически используется гораздо меньше. Более низкое напряжение означает более низкие обороты двигателя (в общем случае), а более высокий ток означает больший крутящий момент. Электрическая силовая установка Corvette выдает 160 лошадиных сил (119 киловатт). С полной гибридной силовой установкой, включая 495-сильный 6,2-литровый V-8, общая мощность составляет 655 л.с.

Аккумулятор Porsche также составляет 1,9 кВт-ч брутто, и чтобы быть открытым, о нем мы еще много не знаем. Он гораздо меньше, потому что автопроизводитель использует цилиндрические ячейки, вероятно, 21700, названные так из-за их диаметра 21 миллиметр и длины 70 миллиметров. Тот же форм-фактор используется в текущей линейке электромобилей Rivian, некоторых моделях Tesla и Lucid Air. Кажется, что в крошечный ящик под капотом упаковано более 200 ячеек, примерно 96-112, скорее всего, соединенных последовательно. 112 даст номинальное напряжение пакета 403,2 В и конфигурацию 112S 2P (определенно есть две группы параллельно). Они обладают более высокой энергетической плотностью, чем ячейки, используемые в E-Ray, но не более мощные.

АвтомобильCorvette E-RayPorsche 911 GTS HybridДвигательАтмосферный 6,2-литровый V-8Турбо 3,6-литровый Flat-SixМощность двигателя495 л.с. / 470 фунт-фут478 л.с. / 420 фунт-футЭлектромотор(ы)Один электромотор, установленный на переднюю осьМотор, установленный на корпус трансмиссии с электрическим турбонаддувомВыход электромотора(ов)160 л.с. (120 кВт) / 120 фунт-фут53,6 л.с. (40 кВт) / 110 фунт-футОбъем / напряжение аккумулятора1,9 кВт-ч брутто (1,1 кВт-ч используемых) / 288 В1,9 кВт-ч брутто (не указано используемое) / 400 ВТип аккумуляторных ячеекМешковыеЦилиндрическиеКонфигурация аккумуляторных ячеек80S 1P96S-112S 2P (предположительно)Общая мощность655 л.с. / 595 фунт-фут532 л.с. / 448 фунт-фут

Плотность мощности описывает способность пакета выдавать высокие токи, и 21700 ячейки обычно уступают в этом отношении более крупным мешкам или призматическим аккумуляторам. Система Porsche, скорее всего, может выдавать около 67 л.с. (50 кВт). Но это всего лишь оценка. Хотя мы знаем максимальную мощность мотор-генератора в коробке передач (40 кВт), энергопотребление электрического турбонаддува - загадка. Гибридный Porsche, включая его 3,6-литровый Flat-Six, общей мощностью 532 л.с.

Почему они пошли по-разному? Оба автопроизводителя хотят достичь разных целей, которые, случайно, требуют примерно одинаковое количество энергии. E-Ray приводит в движение переднюю ось только с помощью электрической энергии. General Motors хотела небольшой пакет, который мог бы выдавать высокий ток для этого. Их литий-ионный шоколадный батончик, установленный в туннеле, - отличное решение.

Porsche, с другой стороны, производит другие гибридные автомобили с использованием оборудования, работающего на напряжении 400 В, как, например, его активные подвески. 400 В также лучше подходит для использования на более высоких оборотах двигателя, что приятно, если вы хотите разогнать турбонаддув до более 100 000 оборотов в минуту. Более высокий ток не является строго необходимым, особенно если 40-киловаттный мотор, приводящий в движение задние колеса, уже получает снижение скорости - и, соответственно, прирост крутящего момента - от коробки передач, как это и есть в случае с 911.

Электрический турбонаддув - это крайне интересное инженерное решение. Если вы знакомы с тем, как работает обычный турбонаддув, то знаете, что его эксплуатация без вентиля отброса не является хорошей идеей. Хорошо, это очень весело на короткое время, по крайней мере. Так как же Porsche это делает? Электродвигатель находится между горячим и холодным концами турбины. Ротор этого двигателя и вал турбины сцеплены вместе, они, фактически, неразлучны - они очень любят друг друга.

Как и электродвигатель в обычном электромобиле, этот двигатель может либо питать турбонаддув скачком тока из аккумулятора, либо отправлять энергию обратно, используя регенеративное торможение. Тормозя вал турбины, вы можете ограничить скорость турбины и компрессора, тем самым ограничивая наддув, а также создавая энергию в процессе. Porsche говорит, что автомобиль может извлекать до 11 кВт (15 л.с.) только от турбонаддува. Работают также и двигатели Формулы 1. Как это круто?

Кстати, у турбины есть собственный инвертор, который, вероятно, будет точно контролировать скорость турбины и компрессора на протяжении всего диапазона оборотов двигателя и положений дроссельной заслонки. В связи с этим, задержка наддува от инерции вала турбины не является большой проблемой, хотя, конечно, это было большим инженерным вопросом.

Интегрированный стартер-генератор двигателя может извлекать энергию на холостом ходу, как альтернатор. Турбонаддув также может заряжать аккумуляторы при ускорении. В сравнении с этим E-Ray может извлекать энергию только при замедлении. Его функция "Charge+" помогает в этом, ограничивая ток разряда и получая "бесплатное пиво" на каждом возможном шагу. Об этом говорит главный инженер Corvette Джош Холдер. У меня есть запись.

Исходя из бумаги, сравнивая эти две машины, трудно понять, почему многие все еще противятся гибридам с высокой производительностью. Обе системы обеспечивают значительную мощность и возможности. В случае Porsche, она прибавляет всего 103 фунта к весу старой не гибридной GTS. E-Ray весит еще 260 фунтов по сравнению с Z06 (все равно меньше, чем у нового BMW M2!). Если вам так важен вес, избавьтесь от пассажира. Или, в случае Porsche, не отмечайте опцию задних сидений. Они больше не являются стандартными для 911.

Это не упоминает и другие интересные способы использования электрического тока, такие как питание двигателя аксессуарами без клиновидного ремня или создание аэродинамической поддержки, как у Gordon Murray T.50 с его огромным вентилятором на хвосте. По мере улучшения технологии аккумуляторов, эта технология станет легче, дешевле и более увлекательной.

Когда у вас есть электричество, хранящееся на борту, мир открывается перед вами.