Гибридные автомобили существуют достаточно давно, но до сих пор их многие путают с электромобилями, которые при необходимости могут поехать и на бензине. В этой статье мы выясним, что такое гибридный автомобиль, чем батарея Приус Тойоты отличается от источника питания электромобиля.
Что такое гибридный автомобиль
Вообще, гибридный автомобиль — это автомобиль, использующий для привода колёс более одного источника энергии. Причём вторым источником необязательно может быть электромотор. Но поскольку мы говорим о Тойоте Приус, то вторым источником будет именно электропривод.
Приус оснащён обычным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) небольшой мощности и в дополнение электромотором с батареей аккумуляторов. Пока энергии ДВС достаточно для движения, электропривод отключен. Как только бензиновому двигателю не хватает сил (разгон, подъём и т. п.), ему на помощь приходит электромотор. Помогать ДВС или нет, решает бортовой компьютер. Участие водителя здесь не требуется.
Заряжается же батарея электропривода от специального генератора, но не постоянно (иначе никакого выигрыша в использовании электропривода бы не было), а только тогда, когда ДВС нечем или почти нечем заняться. К примеру, при неспешной езде, езде накатом, на спусках или при работе на холостых оборотах. Таким образом, в АКБ сохраняется энергия, которая всё равно пропала бы даром.
Поэтому гибридный автомобиль — это совсем не «на чём захочу, на том поеду» и тем более не электромобиль. Он ездит на бензине, а электромотор — помощник.
Гибридный автомобиль Toyota Prius
Конструкция и технические характеристики батареи
Конструктивно батарея Тойоты Приус представляет собой блок, собранный из 28 ячеек с никель-металлогидридными аккумуляторами напряжением 7,2 В и ёмкостью 6,5 А·ч.
Таким образом, полный блок (ВВБ) имеет ёмкость 1,3 кВт·ч. Цифра поразительная, не правда ли? Ёмкость батареи электромобиля Ниссан Лиф составляет 30 кВт·ч, а Теслы ещё больше. Но мы выяснили в предыдущем разделе, что электромотор в Приусе не является основным приводом. Он просто в нужный момент помогает ДВС, а всё остальное время подзаряжается. Так что такой ёмкости будет более чем достаточно.
В моделях Тойота Приус NHW10 ячейки имеют вид тонких цилиндров, которые владельцы гибридных автомобилей назвали бамбуками.
Нужно ли её заряжать и как правильно это делать
Все мы привыкли, что аккумулятор обычного автомобиля при необходимости или для профилактики можно снять и зарядить стационарным зарядным устройством. Необходимо ли то же самое делать с аккумулятором Тойоты Приус? Теоретически ВВБ Приуса — обычная NiMH батарея, и зарядить её не будет проблемой. Но на практике не всё так просто. Во-первых, зарядное устройство с выходным напряжением 250 В мало у кого есть, а точнее, ни у кого нет. Во-вторых, необходимо хорошо представлять, как правильно заряжать никель-металлогидридную батарею. Во время зарядки бортовой компьютер контролирует и принимает те или иные решения по следующим параметрам:
- по абсолютной температуре;
- по скорости изменения температуры;
- по отрицательной дельте;
- по максимальному времени заряда;
- по максимальному давлению;
- по максимальному напряжению.
Чтобы учесть все эти факторы, необходимы не только знания, но и соответствующее оборудование, которое уж точно ни у кого из нас в гараже не пылится. А без учёта всего этого мы не только не зарядим ВВБ, а надёжно убьём её.
Делаем однозначный вывод — высоковольтную АКБ Тойоты Приус самостоятельно заряжать нельзя. Если ВВБ села, то просто запускаем двигатель стартером и тарахтим на холостых оборотах или тихонько едем в пункт назначения на бензине. ДВС для этого сил хватит, а о заряде побеспокоится бортовой компьютер.
Кроме того, если высоковольтная батарея села, то это верный признак того, что с автомобилем что-то не так. Даже если мы её снимем и каким-то чудом зарядим, то это лишь до следующего раза. Проблема не исчезнет. Поэтому заводим свой Приус обычным стартером, едем в сервисный центр. Там проведут полную диагностику, а если с автомобилем всё в порядке, зарядят АКБ по всем законам физики.
Полезно. В Приусе, как и в обычном автомобиле, есть 12-вольтовая свинцовая батарея ёмкостью 45 А·ч, которая обслуживает самый обычный стартер. Вот её можно (при необходимости нужно) снимать и заряжать. Находится АКБ под полом багажника справа.
Можно ли заменить или отремонтировать батарею
Заменить высоковольтную батарею, как любой узел, конечно, можно, хотя придётся повозиться. С ремонтом несколько сложнее, поэтому начнём с её замены целиком.
Замена ВВБ
Открываем багажник, снимаем фальшпол, отключаем одну клемму малой АКБ.
Важно! Прежде чем закрыть крышку багажника, обязательно подключаем малую АКБ. В противном случае с открытием крышки будут проблемы.
Откидываем спинки задних кресел, добираемся до болтов их крепления. Отворачиваем болты крепления спинок и болт крепления среднего ремня безопасности. Спинки, диван снимаем.
Отворачиваем два винта крепления крышки высоковольтной батареи.
Снимаем обивку, которая не даёт снять крышку с ВВБ. Снимаем пластиковую окантовку с кромки багажника. Обивка, окантовка крепится клипсами.
Снимаем боковую обивку багажника.
По периметру ВВБ отворачиваем все болты на 12. Снимаем «уши», которые крепят батарею к кузову по бокам.
Откручиваем и вынимаем воздуховоды. Вынимаем предохранитель ВВБ. С левой стороны батареи (смотрим со стороны багажника) находится крышка, прикрывающая блок управления (БУ). Отворачиваем крепежные болты, снимаем её.
Под крышкой находим силовые кабели. Откручиваем их.
Разъединяем все колодки питания БУ, снимаем батарею.
Ремонт высоковольтной батареи
Прежде чем принимать решение о ремонте, необходимо убедиться, что с электроникой автомобиля всё в порядке. В большинстве случаев автомобиль не хочет ехать на ВВБ не потому, что последняя неисправна, а потому, что плохо заряжается. Если решение самостоятельно отремонтировать ВВБ принято, то необходимо оценивать связанные с этим риски.
Высоковольтная тяговая батарея — это не просто АКБ, которую легко снять, погонять, зарядить. Этот источник тока — сложное устройство, состоящее из 28 ячеек, каждая из которых — самостоятельная АКБ. Это устройство придётся разобрать, найти неисправный аккумулятор, заменить его и, самое главное, перед сборкой тщательно сбалансировать все ячейки. И как бы мы аккуратно и внимательно это ни делали, всегда есть риск остаться без ВВБ вообще. Но если мы уверены в своих силах, имеем соответствующие оборудование, знания или просто решили рискнуть, то почему бы нет?
Для работы нам понадобится:
- Достаточно точный вольтметр или тестер для измерения напряжения на ячейках (7,2 В).
- Нагрузка — 4 лампы головного света Н4 или аналогичной мощности и напряжения.
- Качественное зарядное устройство для зарядки аккумуляторов на 7,2 В.
- 6 м гибкого медного провода сечением 2 кв.мм.
- 48 лепестков под гайку — любых, лишь бы хорошо надевались на клеммы ячеек.
- Новые ячейки. Количество, естественно, пока неизвестно. Стоимость одной ячейки около $40.
Хорошим вариантом было бы универсальное микропроцессорное зарядное устройство I-Max B6 Mini, включающее в себя анализатор, программатор режимов, высокоточные вольтметр, амперметр и много ещё чего вплоть до измерителя внутреннего сопротивления батареи. Стоит такой прибор в районе 50 $.
Если всё готово, желание не пропало, то можно рискнуть. Снимаем батарею (см. предыдущий раздел). Снимаем с неё крышку и, отвернув все гайки, снимаем контактные колодки со всех ячеек.
Теперь нужно найти «уставшие» ячейки. Измеряем напряжения на каждой без нагрузки, показания заносим в табличку. Теперь измеряем эти же напряжения, но под нагрузкой. В качестве нагрузки используем одну лампу. Измерения проводим через некоторое время после подключения нагрузки, скажем, через 20 секунд. Результаты заносим в эту же табличку и смотрим, на каком из модулей напряжение просело значительно больше, чем на остальных. Это и будет уставший модуль. Теперь мы знаем, сколько ячеек (модулей) нам придётся докупить. Докупаем, устанавливаем их на место «уставших».
Полезно! Вычислить «уставшие» модули можно гораздо быстрее, если воспользоваться SkyRC iMAX. Измеряем тестером внутреннее сопротивление каждого модуля. У «уставших» это сопротивление будет значительно больше, чем у остальных.
Теперь самая ответственная операция — балансировка. От того, насколько тщательно и точно она будет сделана, зависит успех всего мероприятия. Балансировка заключается в том, чтобы зарядить все ячейки абсолютно одинаково. Для этого их сначала надо полностью разрядить.
Вооружаемся ножом, паяльником, берём в руки провод с лепестками, сооружаем вот такую конструкцию — соединяем все положительные и все отрицательные контакты модулей так, чтобы все модули оказались параллельно соединенными.
Соединение проводим внимательно и аккуратно — не путаем плюс с минусом модулей и избегаем замыканий. Модули, несмотря на свою небольшую ёмкость, способны отдать в нагрузку при коротком замыкании большой ток, а соединённые параллельно тот же провод в 2 квадрата при замыкании пережгут как волосинку. Подключаем к двум проводам, которые у нас получились, нагрузку — 4 лампы Н4, включённые параллельно, и начинаем разрядку всего блока, постоянно контролируя напряжение.
Как только напряжение на батарее снизится до 6 В, отключаем 3 лампы и продолжаем разрядку на одной. Ждём, пока напряжение не упадёт до 5,7 В. Разрядка окончена, снимаем нагрузку. Даём АКБ отдохнуть 2–3 часа. Пора начинать зарядку. Заряжать будем током 5 А. Это примерно 0,18 А на модуль. В среднем процесс зарядки будет длиться 12 часов. Контролируем напряжение на батарее по вольтметру. Как только оно достигнет значения 8,2 В, зарядку прекращаем.
Разъединяем все модули, сняв конструкцию с проводами и лепестками — они нам больше не понадобятся. Даём батарее отдохнуть и «устояться» как минимум 3–4 часа. Теперь самый ответственный этап — балансировка. Измеряем напряжение на каждом из модулей, находим тот, на котором оно меньше, чем на остальных. Теперь наша задача — разрядить все остальные модули до такого же напряжения, причём как можно точнее.
Разряжать будем каждую ячейку малым током, постоянно контролируя на ней напряжение. В качестве нагрузки используем 4 лампы Н4, включённые последовательно. Доводим напряжение каждого модуля до напряжения образца минус 0,1 В. То есть если, к примеру, самый низковольтный модуль имел напряжение 8,05 В, то все остальные разряжаем до напряжения 8,05 – 0,1 = 7,95 В. Даем батарее отстояться, измеряем напряжение на всех модулях — оно должно быть одинаковым. Собираем ВВБ, устанавливаем в автомобиль.
Важно! Если вы решите повторить такой метод ремонта, то делайте это на свой страх и риск. Неизвестно, насколько такие манипуляции соответствуют истине, но они работают.
Вот и всё о гибридном автомобиле Тойота Приус и его высоковольтной батарее. Теперь мы знаем, что она собой представляет, и можем даже рискнуть самостоятельно её отремонтировать.
