מהנדס מסביר את טויוטה פריוס

נהנינו מהמפגש החודשי שלנו “קפה לרכב חשמלי, עוגה ורכבי רכב חשמליים” בטברנת Bracken Ridge בבריסביין, קווינסלנד. בריאן, חבר חדש בקבוצה, משך את תשומת לבי כשסיפר לנו סיפור על פגיעה בקנגורו בנסיעה שלו מוינטון למגדלי צ’רטרס בצפון מרכז קווינסלנד. אז הוא אמר שהוא נוהג בטויוטה פריוס. הייתי ממש סקרן עכשיו. כמהנדס, הוא היה מסוגל לענות על כמה מהשאלות שלי לגבי מדוע טויוטה לא עשתה את הקפיצה מהרכב החשמלי ההיברידי של פריוס לרכבים חשמליים סוללות, וגם לשתף את ההבדל בין נהיגה בפריוס לבין יונדאי איוניק BEV החדש שלו. זה מה שהוא אמר לי:


עבור מהנדס, הפיתוח המקורי של הפריוס היה תהליך מרתק, במיוחד האינטראקציה בין ההנדסה למודל העסקי. טויוטה העבירה את העיצוב לחבר דירקטוריון שהיה מהנדס מבריק ונתנה לו carte blanche – כסף לפיתוח ללא אובייקט!! היו 3 תחומים עיקריים שהיה צריך לפתח בנפרד ולאחר מכן לעבוד יחד בצורה מיטבית:

1. מערכת ניהול סוללות וסוללות (BMS). סוללות לא היו חלק ממערך הכישורים של טויוטה, אז הם קשרו הסכם עם פנסוניק כיצרנית הראשית של סוללות ניקל-מתכת הידריד (NiMH). כימיה זו הייתה “מצב האמנות” הנוכחי בכימיה של סוללות, וסביר להניח שלוגיסטיקה בחומרי גלם לא הייתה בעיה באותה תקופה. עם זאת, אורך החיים הצפוי של סוללות ב-200-300 מחזורים לא היה מספיק, ולכן היה צורך לפתח BMS כדי להאריך זאת באופן משמעותי. הטכניקה ששימשה להארכת חיי הסוללה הייתה לפרק את הסוללה למספר רב של מודולים קטנים יותר ולהשתמש בבקרת מחשב כדי להבטיח שמצב ההפעלה הרגיל של הטעינה נשאר בטווח של 30% עד 80%. כלומר, אף מודול סוללה לא הורשה להיטען יתר על המידה או לפרוק לחלוטין.

2. שידור. זה היה צריך לשלב את התכונות של מנוע הבעירה הפנימית (ICE) ומכונות חשמליות בצורה משלימה. מנוע ה-ICE נותן כוח ומומנט גבוהים בטווח מהירויות צר. המנוע החשמלי נותן מומנט מירבי במהירות אפסית (אידיאלי להמראה מהיר) ומאפשר להחזיר אנרגיה ולהחזיר אותה למצבר בזמן בלימה, ובכך להפחית את צריכת האנרגיה הכוללת. הפתרון של טויוטה היה לפתח את תיבת ההילוכים האלקטרונית רציפה (eCVT). זהו ה-CVT היחיד ללא חלקים הזזה, כך שיש לו תוחלת חיים דומה לזו של תיבת הילוכים ביחס קבוע והוא ייחודי מבחינה זו. טויוטה קשרה זאת עם פטנטים כך שיצרנים אחרים נאלצו למצוא פתרונות אחרים (פחות יעילים) לבעיית ההילוכים, מה שהעניק לטויוטה יתרון תחרותי גדול. במילים פשוטות, ה-eCVT היה תיבת הילוכים ביחס קבוע עם כניסה אחת ממנוע ICE, כניסה/יציאה אחת מהמנוע החשמלי/גנרטור ויציאה/כניסה אחת מחוברת לגלגל/ים. הכיוון והפרופורציות של זרימת האנרגיה נשלטו בפעולה ברציפות על ידי מחשב כדי לייעל את הביצועים.

3. מנוע ICE. רכבי Pure ICE משתמשים במחזור התרמודינמי אוטו, בעל טווח מהירות הפעולה הרחב ביותר שמיש. היברידיות משתמשות בדרך כלל במחזור אטקינסון, שהוא הרבה יותר יעיל אבל יש לו טווח מהירות פעולה צר הרבה יותר. בפריוס המקורית, טויוטה עשתה אופטימיזציה למידות ויחסי הספק למשקל של 3 הרכיבים העיקריים, כך שהפריוס הפכה למובילת האנשים היעילה ביותר על הכביש. הסוללה הייתה גדולה מספיק כדי לספק בלימה רגנרטיבית ומומנט התנעה, אבל נתנה טווח מינימלי (או אפס) “בלבד סוללה”. זה גם לא יכול היה לפעול במצב ICE בלבד (כפי שגיליתי למורת רוחי כשהסוללה מתה בסופו של דבר והמכונית נתרמה למכללה להכשרה).

אני מרגיש שזה הפך לעקב האכילס של הפריוס, מכיוון שהוא לא יכול היה להתפתח ל-EV טהור כשהטכנולוגיה אפשרה – או אפילו להתפתח ביעילות לרכב חשמלי היברידי (PHEV). טויוטה טענה כי דגם הפריוס המוקדם ביותר נמכר בהפסד וכי הם נשברו רק בדגם השני. ה-“Hybrid Synergy Drive”, שהיה השילוב של ה-eCVT והאלקטרוניקה הכוחנית, ומערכות מחשב הועברו בקלות לדגמי מכוניות אחרים (קורולה, קאמרי, RAV4 וכו’), כך שזה איפשר לקיחת רווחים עם פיתוח נוסף מינימלי.

טויוטה שמו את כל הביצים בסל ההיברידי, וכאשר טכנולוגיית סוללת הליתיום הביאה בסופו של דבר לכך שה-BEV הפך לפתרון האופטימלי, לטויוטה לא היה יתרון תחרותי. לרכבי רכב חשמליים טהורים יש מומנט התחלתי המותאם הרבה יותר לדרישות, וטווח אנרגיה רגנרטיבי שהוא הרבה יותר שמיש. (שמתי לב במיוחד לאחרון כשחזרתי מ-Toowoomba במורד הטווח – הפריוס תגיע מהר מאוד ל-100% קיבולת סוללה הדורשת בלימת חיכוך במשך רוב הריצה. תמיד יש הרבה מקום בסוללת Ioniq.)

המהנדס בריאן עם Ioniq BEV שלו.

מנקודת מבטו של מהנדס, הדברים שאני הכי אוהב ב-BEV הם:

  1. אפס פליטות. אני מטעין בבית ומשלם תוספת עבור כוח מתחדש גרידא (כך שהטרולים לא יכולים להאשים אותי בשימוש בכוח פחם כלשהו). בתחילה התוודעתי לבעיות הקשורות בפליטת CO2 ב-1965.
  2. פשטות ואלגנטיות של עיצוב והיעדר חלקים נעים. המשמעות היא עלות תחזוקה נמוכה.
  3. נהיגה על דוושה אחת פירושה שלא סביר שאחליף את רפידות הבלמים במהלך חיי המכונית. (למרות שהחלפתי אותם רק פעם אחת ב-400,000 ק”מ בפריוס.)
  4. חסכון באנרגיה. בטיול ארוך אני בעצם מוציא יותר על קפה מאשר על אנרגיה!!
  5. מומנט מירבי במהירות אפסית. אפילו במצב ECO, ה-EV מחליק לחללים בכיכר עמוסה שזה בלתי אפשרי במכונית ICE.
  6. לעצור/להתחיל לנסוע בכביש המהיר ברוס בשעות השיא הצפופות יש לפחות את הנחמה של כמעט צריכת אנרגיה – בניגוד ל-ICE.

תמונה מומלצת: טויוטה פריוס 1993, באדיבות טויוטה.

 

מעריך את המקוריות ואת סיקור חדשות הקלינטק של CleanTechnica? שקול להיות חבר CleanTechnica, תומך, טכנאי או שגריר – או פטרון בפטראון.


לא רוצה לפספס סיפור קלינטק? הירשם לקבלת עדכוני חדשות יומיים מ-CleanTechnica בדוא”ל. או עקבו אחרינו בחדשות Google!


יש לך טיפ עבור CleanTechnica, רוצה לפרסם או רוצה להציע אורח לפודקאסט CleanTech Talk שלנו? צור איתנו קשר כאן.


פרסומת


Leave a Comment