Kas laiendatud ulatusega tehnoloogia on tagurlik?
Eelmisel nädalal ütles Huawei Yu Chengdong intervjuus, et "on jama väita, et pikendatud ulatusega sõiduk pole piisavalt arenenud. Laiendatud ulatusega režiim on praegu kõige sobivam uus energiasõiduki režiim."
See avaldus vallandas taas tööstuse ja tarbijate vahel tulise arutelu täiustatud hübriidtehnoloogia (edaspidi täiustatud protsess) üle. Oma seisukohti on avaldanud mitmed autofirmade juhid, näiteks Ideali tegevjuht Li Xiang, Weima tegevjuht Shen Hui ja WeiPai tegevjuht Li Ruifeng.
Wei kaubamärgi tegevjuht Li Ruifeng vestles Weibos otse Yu Chengdongiga, öeldes, et "raua tootmine peab ikka veel keeruline olema ja tööstuses valitseb üksmeel, et programmide lisamise hübriidtehnoloogia on mahajäänud." Lisaks ostis Wei kaubamärgi tegevjuht kohe testimiseks M5, mis lisas arutellu veel ühe püssirohu lõhna.
Tegelikult pidasid Ideali ja Volkswageni juhid enne seda arutelulainet teemal "kas hinnatõus on tagurpidi", sellel teemal ka "tulise arutelu". Volkswagen China tegevjuht Feng Sihan ütles otsekoheselt, et "hinnatõusuprogramm on halvim lahendus".
Vaadates viimaste aastate kodumaist autoturgu, võib leida, et uued autod valivad üldiselt kaks jõuallikat – laiendatud sõiduulatuse ja puhta elektri – ning kasutavad harva pistikhübriidjõudu. Seevastu traditsioonilised autotootjad kasutavad oma uusi energiatooteid kas puhtalt elektri või pistikhübriidina ning ei hooli üldse laiendatud sõiduulatuse poolest.
Kuna turule tuleb üha rohkem uusi autosid laiendatud sõiduulatusega süsteemi ja esile kerkivad populaarsed autod nagu Ideal One ja Enjie M5, on laiendatud sõiduulatusega süsteem tarbijate seas järk-järgult populaarseks saanud ning sellest on saanud tänapäeval turul peamine hübriidauto.
Pikendatud sõiduulatusega autode kiire levik mõjutab kindlasti traditsiooniliste autotootjate kütuse- ja hübriidmudelite müüki, mis ongi eelpool mainitud traditsiooniliste autotootjate ja uute autode vahelise vaidluse algpõhjus.
Niisiis, kas pikendatud sõiduulatusega tehnoloogia on tagurpidi tehnoloogia? Mis vahe on pistikhübriidil? Miks valivad uued autod pikendatud sõiduulatusega tehnoloogia? Nendele küsimustele leidis Che Dongxi pärast kahe tehnilise variandi põhjalikku uurimist vastused.
1. Laiendatud ulatuse ja pistikprogrammi miksingil on sama juur ning laiendatud ulatuse struktuur on lihtsam.
Enne laiendatud sõiduulatusega ja pistikhübriidi arutamist tutvustame kõigepealt neid kahte jõuallikat.
Riikliku standardi "Elektrisõidukite terminoloogia" (gb/t 19596-2017) kohaselt jagunevad elektrisõidukid täiselektrisõidukiteks (edaspidi täiselektrisõidukid) ja hübriidsõidukiteks (edaspidi hübriidsõidukid).
Hübriidsõidukid saab võimsusstruktuuri järgi jagada järjestikku, paralleelselt ja hübriidsõidukiteks. Järjestikune tüüp tähendab, et sõiduki veojõud tuleb ainult mootorist; paralleelne tüüp tähendab, et sõiduki veojõud tuleb mootorist ja mootorist samaaegselt või eraldi; hübriidtüüp viitab kahele samaaegsele sõidurežiimile – järjestikku/paralleelselt.
Läbisõiduvõimendi on seeriahübriid. Läbisõiduvõimendi, mis koosneb mootorist ja generaatorist, laeb akut ning aku paneb rattad käima või annab läbisõiduvõimendi otse energiat mootorile, mis omakorda liigutab sõidukit.
Interpoleerimise ja segamise kontseptsioon on aga suhteliselt keeruline. Elektriautode puhul saab hübriidsõidukid välise laadimisvõimsuse järgi jagada ka väliselt laetavateks ja mitteväliselt laetavateks hübriidsõidukiteks.
Nagu nimigi ütleb, kui autol on laadimisport ja seda saab väliselt laadida, on tegemist väliselt laetava hübriidiga, mida võib nimetada ka "pistikhübriidiks". Selle klassifikatsioonistandardi kohaselt on laiendatud sõiduulatus omamoodi interpoleerimine ja segamine.
Samamoodi pole väliselt laetaval hübriidil laadimisporti, seega ei saa seda väliselt laadida. Akut saab laadida ainult mootori, kineetilise energia taaskasutuse ja muude meetodite abil.
Praegusel hetkel eristab hübriidtüüpi turul aga peamiselt võimsusstruktuur. Praegu on pistikhübriidsüsteem paralleel- ehk hübriidsüsteem. Võrreldes laiendatud sõiduulatusega (seeriatüübiga) ei saa pistikhübriidmootor (hübriidmootor) mitte ainult pakkuda elektrienergiat akude ja mootorite jaoks, vaid ka juhtida sõidukeid otse hübriidkäigukasti (ECVT, DHT jne) kaudu ning moodustada mootoriga ühise jõu sõidukite juhtimiseks.
Pistikühendusega hübriidsüsteemid, näiteks Great Wall Lemon hübriidsüsteem, Geely Raytheon hübriidsüsteem ja BYD DM-I, on kõik hübriidsüsteemid.
Läbisõiduvõimendi mootor ei saa sõidukit otse juhtida. See peab tootma elektrit generaatori kaudu, salvestama elektrit akusse või varustama seda otse mootoriga. Mootor kui kogu sõiduki liikumapaneva jõu ainus väljund annab sõidukile energiat.
Seega ei ole sõiduulatuse pikendaja süsteemi kolm peamist osa – sõiduulatuse pikendaja, aku ja mootor – omavahel mehaaniliselt ühendatud, vaid on kõik elektriliselt ühendatud, mis teeb nende üldise struktuuri suhteliselt lihtsaks; pistikhübriidsüsteemi struktuur on keerukam, mis nõuab erinevate dünaamiliste domeenide ühendamist mehaaniliste komponentide, näiteks käigukasti kaudu.
Üldiselt on enamikul hübriidsüsteemi mehaanilistel käigukasti komponentidel kõrged tehnilised takistused, pikk rakendustsükkel ja patentide kogum. On ilmne, et kiirust otsivatel uutel autodel pole aega käikudega käivitada.
Traditsiooniliste kütuseautode ettevõtete jaoks on mehaaniline käigukast aga üks nende tugevusi ning neil on sügav tehniline akumulatsioon ja masstootmise kogemus. Elektrifitseerimise tõusulaine saabudes on traditsioonilistel autotootjatel ilmselgelt võimatu loobuda aastakümnete või isegi sajandite pikkusest tehnoloogia akumulatsioonist ja uuesti alustada.
Lõppude lõpuks on raske suurt kannapööret teha.
Seetõttu on uute sõidukite jaoks parimaks valikuks saanud lihtsam laiendatud sõiduulatusega struktuur ning pistikhübriid, mis mitte ainult ei suuda mehaanilise jõuülekande jääksoojust täielikult ära kasutada ja energiatarbimist vähendada, on traditsiooniliste sõidukiettevõtete ümberkujundamise esimene valik.
2. Laiendatud ulatus algas sada aastat tagasi ja mootori aku oli kunagi lohistamispudel
Pärast pistikhübriidi ja pikendatud sõiduulatusega auto erinevuste selgitamist ning seda, miks uued autod üldiselt pikendatud sõiduulatusega autosid valivad, valivad traditsioonilised autotootjad pistikhübriidi.
Seega, kas lihtne struktuur tähendab laiendatud ulatuse puhul mahajäämust?
Esiteks, aja mõttes on laiendatud ulatus tõepoolest mahajäänud tehnoloogia.
Pikendatud sõiduulatuse ajalugu ulatub 19. sajandi lõppu, mil Porsche asutaja Ferdinand Porsche ehitas maailma esimese seeriahübriidauto Lohner Porsche.
Lohner Porsche on elektriauto. Sõiduki vedamiseks on esisillal kaks rummumootorit. Lühikese sõiduulatuse tõttu paigaldas Ferdinand Porsche aga sõiduulatuse parandamiseks kaks generaatorit, mis moodustasid seeriahübriidsüsteemi ja said sõiduulatuse suurendamise eelkäijaks.
Kuna laiendatud ulatusega tehnoloogia on eksisteerinud juba üle 120 aasta, miks pole see siis kiiresti arenenud?
Esiteks, laiendatud ulatusega süsteemis on mootor ratta ainus jõuallikas ja laiendatud ulatusega seadet võib mõista kui suurt päikeseenergial töötavat aaret. Esimene sisendab fossiilkütuseid ja väljastab elektrienergiat, teine aga sisendab päikeseenergiat ja väljastab elektrienergiat.
Seega on ulatuse laiendaja peamine ülesanne muundada energialiiki, esmalt fossiilkütustes sisalduv keemiline energia elektrienergiaks ja seejärel mootori abil elektrienergia kineetiliseks energiaks.
Füüsikateaduse põhiteadmiste kohaselt toimub energia muundamise protsessis teatud tarbimine. Kogu laiendatud ulatusega süsteemis toimub vähemalt kaks energia muundamist (keemiline energia, elektrienergia, kineetiline energia), seega on laiendatud ulatuse energiatõhusus suhteliselt madalam.
Kütusesõidukite jõulise arengu ajastul keskenduvad traditsioonilised autotootjad suurema kütusesäästlikkusega mootorite ja suurema ülekandeefektiivsusega käigukastide arendamisele. Milline ettevõte suudaks sel ajal parandada mootori termilist efektiivsust 1% võrra või isegi Nobeli preemia lähedale jõuda?
Seetõttu on paljud autofirmad jätnud kõrvale ja ignoreerinud laiendatud sõiduulatuse võimsusstruktuuri, mis ei saa energiatõhusust parandada, vaid hoopis vähendada.
Teiseks, lisaks madalale energiatõhususele on mootorid ja akud kaks peamist põhjust, mis piiravad laiendatud ulatusega sõidukite arendamist.
Laiendatud sõiduulatusega süsteemis on mootor sõiduki ainus jõuallikas, kuid 20–30 aastat tagasi polnud sõiduki ajamimootori tehnoloogia küps ning hind oli kõrge, maht suhteliselt suur ja võimsus ei suutnud sõidukit üksi juhtida.
Sel ajal oli akude olukord sarnane mootorite omaga. Ei energiatihedus ega üksikmahtuvus olnud praeguse akutehnoloogiaga võrreldavad. Suure mahutavuse saavutamiseks on vaja suuremat mahtu, mis toob kaasa kallimad kulud ja raskema sõiduki kaalu.
Kujutage ette, et 30 aastat tagasi, kui paniksite kokku pikendatud sõiduulatusega sõiduki vastavalt ideaalse sõiduki kolmele elektrilisele indikaatorile, tõuseksid kulud otsekohe.
Laiendatud ulatust juhib aga täielikult mootor ning mootoril on eelised pöördemomendi hüstereesi puudumise ja vaikse töö kohta. Seetõttu rakendati seda enne laiendatud ulatuse populaarsust sõiduautode valdkonnas rohkem sõidukitel ja laevadel, näiteks tankidel, hiiglaslikel kaevandusvagunitel ja allveelaevadel, mis ei ole tundlikud kulude ja mahu suhtes ning millel on kõrgemad nõuded võimsuse, vaikse töö, hetkelise pöördemomendi jms osas.
Kokkuvõtteks võib öelda, et Wei Pai ja Volkswageni tegevjuhi väide, et pikendatud sõiduulatus on tagurlik tehnoloogia, pole ebamõistlik. Kütuseautode õitsengu ajastul on pikendatud sõiduulatus, mis on kallim ja efektiivsem, tõepoolest tagurlik tehnoloogia. Volkswagen ja Great Wall (Wei kaubamärk) on samuti kaks traditsioonilist kaubamärki, mis on kütuseajastul üles kasvanud.
Aeg on jõudnud olevikku. Kuigi põhimõtteliselt ei ole praeguse laiendatud ulatusega tehnoloogia ja enam kui 100 aastat tagasi kasutatud laiendatud ulatusega tehnoloogia vahel kvalitatiivset muutust, on siiski tegemist laiendatud ulatusega generaatoritega energia tootmiseks mõeldud mootoriga sõidukitega, mida võib endiselt nimetada "tagurlikuks tehnoloogiaks".
Kuid pärast sajandit on pikendatud sõiduulatuse tehnoloogia lõpuks saabunud. Mootori- ja akutehnoloogia kiire arenguga on kaks algset moppi saanud selle kõige olulisemaks konkurentsivõimeliseks teguriks, kaotades kütuseajastul pikendatud sõiduulatuse puudused ja hakates kütuseturgu hammustama.
3. Selektiivne pistikühendusega segamine linna töötingimustes ja laiendatud ulatusega kiire töötingimustes
Tarbijate jaoks pole oluline, kas pikendatud sõiduulatus on tagurlik tehnoloogia, vaid kumb on kütusesäästlikum ja kumb on mugavam sõita.
Nagu eespool mainitud, on ulatuse laiendaja jadakonstruktsiooniga. Laiendus ei saa sõidukit otse juhtida ja kogu võimsus tuleb mootorist.
Seega on pikendatud sõiduulatusega süsteemiga sõidukitel sarnane sõidukogemus ja sõiduomadused puhaste trammidega. Energiatarbimise poolest on pikendatud sõiduulatus sarnane ka puhta elektriga – madal energiatarve linnatingimustes ja kõrge energiatarve kiiretel sõidutingimustes.
Täpsemalt öeldes, kuna sõiduulatuse pikendaja ainult laeb akut või annab energiat mootorile, saab seda enamiku ajast hoida suhteliselt ökonoomsel kiirusevahemikul. Isegi puhtalt elektrilise prioriteediga režiimis (tarbides esmalt aku energiat) ei saa sõiduulatuse pikendaja isegi käivituda ega kütusekulu tekitada. Kütusel töötava sõiduki mootor ei saa aga alati fikseeritud kiirusevahemikus töötada. Möödasõidul ja kiirendamisel tuleb kiirust suurendada ning liiklusummikusse jäädes seistakse pikka aega tühikäigul.
Seetõttu on tavapäraste sõidutingimuste korral väikese kiirusega linnateedel pikendatud sõiduulatuse energiatarve (kütusekulu) üldiselt madalam kui sama töömahuga mootoriga sõidukitel.
Nagu puhta elektri puhul, on energiatarve suurel kiirusel suurem kui väikesel kiirusel; vastupidi, kütusega sõidukite energiatarve suurel kiirusel on väiksem kui linnatingimustes.
See tähendab, et kiiretel töötingimustel on mootori energiatarve suurem, aku tühjeneb kiiremini ja sõiduulatuse laiendaja peab pikka aega töötama täiskoormusel. Lisaks on akude olemasolu tõttu sama suurusega pikendatud sõiduulatusega sõidukite kaal üldiselt suurem kui kütusega sõidukitel.
Kütusel töötavad sõidukid saavad kasu käigukasti olemasolust. Suurel kiirusel saab sõiduk lülituda kõrgemale käigule, nii et mootor töötab ökonoomse kiirusega ja energiatarve on suhteliselt madalam.
Seega on üldiselt pikendatud sõiduulatuse energiatarve suurel kiirusel töötamise tingimustes peaaegu sama või isegi suurem kui sama töömahuga mootoriga kütuseautodel.
Pärast laiendatud ulatuse ja kütuse energiatarbimise omaduste arutamist, kas on olemas hübriidtehnoloogia, mis suudab ühendada laiendatud ulatusega sõidukite väikese kiirusega energiatarbimise ja kütusega sõidukite väikese kiirusega energiatarbimise eelised ning pakkuda laiemas kiirusvahemikus säästlikumat energiatarbimist?
Vastus on jah, see tähendab, segage seda.
Lühidalt öeldes on pistikhübriidsüsteem mugavam. Võrreldes pikendatud sõiduulatusega saab sõidukit kiirel töörežiimil otse mootori abil juhtida; võrreldes kütusega sõitmisega saab pistikhübriidi puhul samuti pikendatud sõiduulatust pakkuda. Mootor annab jõu mootorile ja juhib sõidukit.
Lisaks on pistikhübriidsüsteemil ka hübriidkäigukastid (ECVT, DHT), mis võimaldavad mootori ja mootori vastaval võimsusel saavutada "integratsiooni", et tulla toime kiire kiirenduse või suure võimsusnõudlusega.
Aga nagu öeldakse, saad midagi ainult siis, kui sellest loobud.
Mehaanilise ülekandemehhanismi olemasolu tõttu on pistikhübriidi struktuur keerukam ja maht suhteliselt suurem. Seetõttu on sama taseme pistikhübriidi ja pikendatud sõiduulatusega mudelite vahel pikendatud sõiduulatusega mudeli aku mahtuvus suurem kui pistikhübriidmudelil, mis võib samuti pakkuda pikemat puhtalt elektrilist sõiduulatust. Kui autoga sõidetakse ainult linnas, saab pikendatud sõiduulatusega autot laadida isegi ilma tankimiseta.
Näiteks 2021. aasta ideaalmudeli aku mahtuvus on 40,5 kWh ja NEDC puhta elektrilise režiimi läbisõit on 188 km. Mercedes Benz GLE 350 e (pistikhübriidversioon) ja BMW X5 xdrive45e (pistikhübriidversioon) aku mahtuvus on vastavalt vaid 31,2 kWh ja 24 kWh ning NEDC puhta elektrilise režiimi läbisõit on vaid 103 km ja 85 km.
BYD DM-I mudeli praegune populaarsus tuleneb suuresti sellest, et endise mudeli aku mahutavus on suurem kui vana DM-mudeli oma ja ületab isegi sama taseme pikendatud sõiduulatusega mudeli oma. Linnades saab pendeldada ainult elektriga ja ilma õlita ning autode kasutamise kulud vähenevad vastavalt.
Kokkuvõttes nõuab keerukama konstruktsiooniga uute sõidukite puhul lisaks pikemale uurimis- ja arendustsüklile ka suurt hulka usaldusväärsusteste kogu pistikhübriidsüsteemil, mis ilmselgelt ei ole ajaliselt kiire.
Aku- ja mootoritehnoloogia kiire arenguga on lihtsama konstruktsiooniga sõiduulatuse laiendamine muutunud uute autode jaoks "otseteeks", mis viib otse läbi autoehituse kõige keerulisema energiatoite osa.
Kuid traditsiooniliste autofirmade uue energiasiirde puhul ei taha nad ilmselgelt loobuda energia-, käigukasti- ja muudest süsteemidest, mille uurimis- ja arendustegevusse nad on aastaid energiat (inim- ja rahalisi ressursse) investeerinud, ning seejärel nullist alustada.
Hübriidtehnoloogia, näiteks pistikhübriid, mis mitte ainult ei võimalda täielikult ära kasutada kütuseautode komponentide, näiteks mootori ja käigukasti jääksoojust, vaid vähendab ka oluliselt kütusekulu, on muutunud traditsiooniliste sõidukifirmade tavaliseks valikuks nii kodu- kui ka välismaal.
Seega, olgu tegemist pistikhübriidi või pikendatud ulatusega autoga, on see tegelikult praeguse akutehnoloogia kitsaskoha perioodi käibekava. Kui aku ulatuse ja energia täiendamise efektiivsuse probleemid tulevikus täielikult lahendatakse, kaob ka kütusekulu täielikult. Hübriidtehnoloogia, näiteks pikendatud ulatusega auto ja pistikhübriid, võib saada mõne erivarustuse energiarežiimiks.
Postituse aeg: 19. juuli 2022