Термин «гибридный автомобиль» со временем изменил своё значение. Сегодня он почти исключительно относится к транспортным средствам, сочетающим бензиновый двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем, — конфигурация, определяющая современный сегмент экономичных автомобилей. До 1990-х годов эти машины, экономящие топливо, были редкими диковинками. Toyota Prius изменила этот ландшафт, запустив волну аналогичных моделей от Honda и Ford, что помогло нормализовать экологичное вождение для массового потребителя.
Но история сочетания источников энергии уходит гораздо глубже, чем появление Prius.
Ранние эксперименты с смешанным приводом
В конце 1800-х и начале 1900-х годов автомобильная промышленность была «диким западом» методов привода. Бензин ещё не выиграл гонку с электричеством, паром или ископаемым топливом. Изобретатели экспериментировали без ограничений. Конкретная родословная гибридных электромобилей (HEV) началась сразу после начала века.
- 1900: Фердинанд Порше представил Lohner-Porsche Elektromobil на Парижской выставке. Изначально это был чисто электрический автомобиль, но Порше добавил двигатель внутреннего сгорания для подзарядки батарей. Это сделало его первым гибридным автомобилем в истории.
- 1916: Компания Woods Motor Vehicle выпустила Woods Dual Power. Он был оснащён 4-цилиндровым ДВС и развивал максимальную скорость примерно 35 миль/ч (56 км/ч). Коммерчески он провалился.
- 1968: General Motors построила GM XP 512, экспериментальный образец, который переключался между электрическим приводом на низких скоростях и бензиновым на высоких.
- 1973: Электротехник Виктор Вук построил прототип HEV на шасси Buick Skylark 1972 года. Агентство по охране окружающей среды (EPA) отказалось финансировать дальнейшую разработку, и проект погиб из-за нехватки средств.
- 1989: Audi представила Audi Duo, объединившую электродвигатель мощностью 12 лошадиных сил с двигателем внутреннего сгорания мощностью 139 лошадиных сил. Audi продолжала разработку Duo на протяжении 1990-х годов.
Современная эра внедрения гибридов
1990-е годы принесли первые истории успеха на массовом рынке.
- 1997: Toyota запустила Prius в Японии; это решение было продиктовано внутренним вызовом, брошенным исполнительным вице-президентом Акихиро Вади по улучшению топливной эффективности.
- 1999: Honda вошла в игру с моделью Insight.
- 2000: Toyota привезла Prius в Соединенные Штаты в качестве модели 2001 года.
- 2002: Гибриды стали обычным явлением. Honda представила Accord Hybrid, и другие производители последовали их примеру.
- 2004: Ford выпустил Ford Escape 2005 года, первый гибридный внедорожник.
Lohner-Porsche Elektromobil остаётся точкой отсчёта. Он доказывает, что стремление к эффективному вождению с низким уровнем выбросов — не новая тенденция, порождённая современной экологической тревогой. Это инженерное стремление, насчитывающее столетие, которое наконец нашло коммерческую опору в 1990-х годах. Ранние прототипы были неуклюжими и дорогими, но основная идея осталась неизменной: зачем полагаться на один источник энергии, если можно использовать преимущества как электричества, так и сгорания?
Инженерия гибрида Lohner-Porsche
Переход от чисто электрической конструкции к гибридной был не просто маркетинговым ходом; это была механическая необходимость. Elektromobil страдал от проблемы ограниченного запаса хода, которая и по сей день преследует покупателей электромобилей. Батареи того времени были тяжёлыми и быстро разряжались. Porsche не хотел возить с собой массивные аккумуляторные блоки. Вместо этого он добавил небольшой двигатель внутреннего сгорания для вращения генератора.
Такая компоновка позволяла автомобилю заряжать свои накопители во время движения. Это не был параллельный гибрид, где бензиновый двигатель напрямую вращал колёса. Это был последовательный гибрид. Бензиновый двигатель существовал исключительно для выработки электроэнергии. Колёса по-прежнему вращались теми самыми электродвигателями в ступицах 1896 года. Максимальная скорость составляла 23 миль/ч (37 км/ч), что было достойным показателем для городского экипажа той эпохи.
Почему это сработало, когда другие попытки терпели неудачу? Эффективность. Развязав двигатель от трансмиссии, Porsche мог работать на оптимальных оборотах двигателя внутреннего сгорания независимо от скорости движения автомобиля. Электродвигатели в ступицах обеспечивали передачу крутящего момента. Это было изящным решением проблемы ёмкости батарей.
Кто покупал первые гибридные автомобили?
Можно было ожидать, что первыми покупателями станут промышленники или аристократы. Однако первый задокументированный заказ поступил от E.W. Hart из Лутона, Англия. У Харта было конкретное требование: он хотел привод на все четыре колеса. Porsche исполнил его просьбу. Он установил двигатели во все четыре ступицы.
Это сделало Elektromobil двойным пионером. Это был не только первый бензоэлектрический гибрид. Это был один из первых серийных полноприводных автомобилей, за десятилетия до того, как эта концепция стала распространённой в внедорожниках. Харта не интересовал статусный символ; он покупал практичность. Полный привод означал лучшее сцепление с грязными дорогами. Комбинация электрического привода и полного привода, с точки зрения ретроспективы, была бруталистской формой системы контроля тяги.
Производство было скромным. Lohner и Porsche сумели продать примерно 300 единиц. Всего-навсего. Триста автомобилей на глобальном рынке, который стремительно влюблялся в громкие, вонючие, но более быстрые двигатели внутреннего сгорания. Elektromobil исчез с лица земли. Технология не провалилась; провалился рынок.
Почему идея гибридов исчезла на век
После эпохи Lohner-Porsche концепция использования небольшого двигателя для зарядки батарей во время движения исчезла из мейнстрима. В начале XX века произошёл массовый сдвиг в сторону исключительно бензиновых автомобилей. Они были дешевле в заправке. Они были быстрее. Они были громче, да, но публику это не волновало. Запах выхлопа стал ассоциироваться с прогрессом.
На протяжении почти 100 лет архитектура последовательного гибрида лежала в техническом мусорном ящике. Инженеры пробовали различные варианты. Были патенты, были прототипы, но массовой рыночной жизнеспособности не было. Инфраструктура для бензина была слишком укоренена. Стоимость батарей была слишком высокой. Сложность управления двумя источниками энергии отпугивала производителей, которые хотели простые и ремонтопригодные машины.
Провалился ли Elektromobil? Технически, нет. Он делал именно то, для чего был создан: перевозил людей тихо и эффективно. Просто он делал это до того, как мир был готов платить за эту привилегию. Идея опередила своё время почти на 100 лет. Это был не тупик; это было спящее семя.
От антикварного диковинки к миллионному бестселлеру Toyota
Возрождение не произошло в вакууме. Оно случилось, когда экологические нормативы и цены на топливо сделали старые компромиссы неприемлемыми. Toyota оглянулась на историю автомобильной тяги. Они увидели логику в компоновке Lohner-Porsche. Но они модернизировали её.
Toyota Prius, запущенный в Японии в 1997 году и глобально в 2001 году, взял концепцию последовательного гибрида и доработал её в масштабируемый продукт. Там, где Porsche использовал генератор, заряжаемый бензиновым двигателем, для питания электрических колёс, Toyota создала сложную силовую установку, которая более динамично смешивала выходную мощность батареи и двигателя. К 2008 году Toyota продала один миллион Prius.
Контраст резкий. Lohner-Porsche Elektromobil хранится в музеях или появляется на антикварных автосалонах, будучи диковинкой с ценой, отражающей его редкость. Prius был автомобилем, который можно было купить в местном дилерском центре. Один был экспериментом. Другой стал отраслью.
Однако, без этого венского экипажного мастера и его молодого инженера-партнёра, путь к Prius мог бы быть иным или более долгим. Фундаментальная логика использования теплового двигателя для поддержки системы электрического привода была доказана в 1900 году. Она просто была забыта. Теперь это стандарт для миллионов commuters, которые никогда не слышали об E.W. Hart или о его просьбе из Лутона о полном приводе.
Как на самом деле создаются батареи гибридных автомобилей внутри завода
Сборочная линия выглядит достаточно стандартно. Конвейерные ленты, подъёмники, роботы и люди, устанавливающие детали на место. Ничего экзотического в кузове. Настоящая сложность скрывается в компоновке силовой установки, а именно в аккумуляторной батарее. Это крупные перезаряжаемые блоки, требующие значительного конструктивного пространства, и они не производятся на той же линии, что и обычный блок двигателя. Специализированные производители, в основном Panasonic и Sanyo в Японии, выпускают их. Вы имеете дело либо с химией никель-металлгидридных (NiMH), либо литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов.
Производство литий-ионной ячейки — это точный и высокорисковый процесс. Всё начинается с литиевого слитка, который под давлением прокатывается в лист толщиной всего 0,01 дюйма (0,254 миллиметра). Механизмы наматывают эти сверхтонкие листы в плотно скрученные ячейки. Затем наступает этап нагрева. Наматанные листы запекаются при высоких температурах, пока автоматизированное оборудование распыляет расплавленный металл на поверхности. Этот этап называется металлизацией. После металлизации несколько ячеек складываются в модуль, формирующий основу системы хранения энергии гибрида.
Почему миф о «углеродном долге» гибридов неверен
Существует устойчивый аргумент, согласно которому покупка гибрида, такого как Toyota Prius, обречает вас на огромный углеродный долг, который вы никогда не погасите. Утверждается, что количество CO2, выделяемого при производстве, превышает количество CO2, сэкономленного за весь срок службы автомобиля. Это звучит правдоподобно, если смотреть только на заводские дымовые трубы. Но математика не сходится.
Согласно собственным данным Toyota, Prius нужно проехать всего около 13 000 миль (20 921 километра), чтобы экономия CO2 превысила затраты на производство.
Тринадцать тысяч миль. Это меньше одного среднего года эксплуатации. После этой точки автомобиль становится чистым снижением выбросов по сравнению с аналогичным бензиновым седаном.
Другая версия мифа фокусируется на никеле в NiMH-батареях. Критики утверждают, что доставка этого никеля из шахт на завод сжигает столько энергии, что вождение Hummer вместо Prius может оказаться более эффективным. Это цепкая история, но аналитики разобрали её. Предпосылки, лежащие в основе этого расчёта, ошибочны. Энергия, сэкономленная благодаря высокой топливной экономичности Prius за всё время его службы, значительно превышает затраты на транспортировку и производство его компонентов. Гибрид выигрывает, даже если учитывать логистику сырья.
