المواضيع:
- مقدمة
- نماذج مختلطة
- الهجين الصغير
- هجين خفيف
- محرك هجين تسلسلي
- محرك هجين متوازي
- هجين يعمل بالكهرباء
- استعادة الطاقة
- نظرة عامة على نظام تويوتا بريوس
- نظرة عامة على نظام ميتسوبيشي أوتلاندر
- نقل مركبة هجينة
مقدمة:
عندما يتم حرق الوقود الأحفوري، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون (CO2). يتراكم ثاني أكسيد الكربون هذا في الغلاف الجوي. عندما تسقط أشعة الشمس على الأرض، لا يمكن للإشعاع الحراري الهروب بسبب تراكم ثاني أكسيد الكربون، مما يسبب "ظاهرة الاحتباس الحراري". 2 جرام ثاني أكسيد الكربون/كم يتوافق مع:
- 5,2 لتر بنزين / 100 كم
- 4,5 لتر ديزل / 100 كم
- 4,4 كجم غاز طبيعي / 100 كم
- 1,0 كجم هيدروجين / 100 كم
- كهرباء 20 كيلو وات/ 100 كم
مع التكنولوجيا الهجينة، يتم تقليل خفض (انبعاثات) ثاني أكسيد الكربون. ينشغل المصنعون حاليًا بتطوير المزيد والمزيد من التقنيات لتحقيق تحول الطاقة من القيادة الخالية من ثاني أكسيد الكربون.
نماذج مختلطة:
تستخدم المركبات ذات الدفع الهجين كلاً من محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي. الهدف من التهجين هو في المقام الأول تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات العادم. تتمثل المزايا الإضافية بفضل المحرك (المحركات) الكهربائية في عزم دوران أعلى ومزيد من الراحة.
مع محركات الأقراص الهجينة، يتم التمييز بين المركبات الهجينة الصغيرة والهجينة المعتدلة والهجينة الكاملة.
السيارة ذات المحرك الكهربائي بالكامل لا تندرج تحت فئة "الهجينة". يمكن تصنيف السيارة المجهزة بموسع المدى على أنها "سلسلة هجينة".
يوضح الرسم البياني أدناه الأشكال الهجينة المختلفة من الدعم الكهربائي المنخفض إلى العالي. يقود.
الهجين الصغير:
ولا تحتوي السيارة الهجينة الصغيرة على محرك كهربائي لدعم محرك الاحتراق أثناء القيادة، ولكنها مزودة بتقنيات متنوعة لتوفير الوقود. لذلك لا يوجد شيء من هذا القبيل هنا نظام الجهد العالي (الجهد العالي). يتم تحقيق وفورات الوقود من خلال ذلك نظام التشغيل/الإيقافالذي يقوم بإيقاف وتشغيل المحرك تلقائيا عندما تكون السيارة متوقفة ونظام تجديد للبطارية. يسمح نظام التجديد هذا للمولد بالشحن الأقصى عند فرامل السيارة. يتم الآن استخدام الطاقة المفقودة عادةً في وسادات الفرامل جزئيًا لشحن بطارية 12 فولت. وهذا يعني أنه ليس هناك حاجة لحقن وقود إضافي لزيادة الحمل على المولد عند القيادة بسرعة ثابتة وتوفير الوقود.
هجين خفيف:
في المركبات الهجينة الخفيفة محرك الاحتراق مدعوم بواحد أو اثنين 48 فولت محركات كهربائية التي توفر طاقة إضافية في ظل ظروف التشغيل المختلفة. يساعد المحرك الكهربائي محرك الاحتراق في التسارع. عند القيادة بسرعة ثابتة، يتم إيقاف تشغيل المحرك الكهربائي تلقائيًا مرة أخرى. وبالتالي لا يمكن للسيارة أن تسير كهربائيًا بالكامل.
يقع المحرك الكهربائي بالقرب منه دولاب الموازنة، أو يوجد ناقل حركة بسلسلة/حزام مسنن بين المحرك الكهربائي ونهاية كروكاس. غالبًا ما توجد بطارية 48 فولت المدمجة نسبيًا في صندوق السيارة.
تُظهر الصورة محركًا كهربائيًا في مبيت دولاب الموازنة لمحرك الاحتراق. هذا أيضًا ليس نظام الجهد العالي. وبالتالي، يجوز للفني الذي ليس لديه شهادة NEN أن يقوم أيضًا بالعمل على نظام نقل الحركة الكهربائي.
يمكن أيضًا تجهيز السيارة الهجينة الصغيرة بمولد محرك بجهد 48 فولت، وهو في الأساس مزيج من مولد كهربائي ومحرك بدء التشغيل. يعطي المصنعون الأسماء التالية لهذا النوع من مولدات المحركات البادئة:
- ديناستارت؛
- مولد بداية؛
- مولد كهربائي مدفوع بالحزام؛
- مولد بداية الحزام المتكامل (BSG).
باستخدام آلية، يمكن شد الحزام المتعدد على الجانب الصحيح اعتمادًا على التحميل أو البدء.
الصور الثلاث أدناه توضح الأوضاع الثلاثة الممكنة أثناء الشحن (التجديدي) للبطارية، وتشغيل محرك الاحتراق، ووضع المحرك الكهربائي، حيث يدعم محرك الاحتراق. يتم دعم المحركات التوربينية بشكل أساسي في نطاق السرعة المنخفضة، حيث يعوض "تعزيز" المحرك الكهربائي ما يسمى بتأخر التوربو.
يحل مولد التيار المتردد بجهد 48 فولت محل المولد "العادي" بجهد 12 فولت. بالإضافة إلى بطارية 48 فولت، لدينا أيضًا بطارية 12 فولت للنظام الكهربائي الموجود في السيارة والتي تزود الطاقة للإضاءة وأقفال الأبواب وملحقاتها في السيارة. أ محول / محول DC-DC (محول) يحول 48 فولت إلى 12 فولت لشحن البطارية.
محرك الهجين التسلسلي:
يتم تشغيل السيارة ذات محرك هجين تسلسلي حصريًا بواسطة محرك كهربائي عالي الجهد مدعوم. لا يوجد اتصال مباشر بين محرك الاحتراق والعجلات. تُظهر الصورة أدناه مثالاً لسيارة هجينة من سلسلة الدفع الخلفي.
يوجد اقتران (1) بين محرك الاحتراق (3) والمولد (2). عندما يكون المحرك قيد التشغيل ويتم إغلاق القابض بطارية الجهد العالي (7) عن طريق المولد (3) و العاكس سي كيو. العاكس (6) مشحونة. يقوم العاكس بتنظيم جهد التيار المتردد الذي يوفره المولد لجهد التيار المستمر المنظم.
تعمل المكونات الكهربائية في مجموعة نقل الحركة لسيارة هجينة تسلسلية بجهد عالي (HV). يمكن التعرف على ذلك من خلال الكابلات والمقابس البرتقالية. يمكن للفنيين المعتمدين فقط أداء العمل على نظام الجهد العالي.
مزايا النظام الهجين التسلسلي:
- بناء بسيط لأن محرك الاحتراق لا يوفر القيادة مباشرة.
- مناسبة للقيادة الكهربائية بالكامل، إذا كانت البطارية كبيرة بما يكفي.
- لا حاجة إلى القابض للقيادة بعيدًا عن حالة التوقف التام؛ المحرك الكهربائي يعتني بهذا.
- ليس هناك حاجة إلى ترس عكسي لأن المحرك الكهربائي يمكن أن يدور في اتجاهين.
- مناسبة للشحن عبر التيار الكهربائي (المكونات الإضافية).
سلبيات:
- يجب أن يوفر المحرك الكهربائي قوة القيادة الكاملة
- كتلة أكبر من مركبة ذات محرك متوازي.
محرك هجين متوازي:
في السيارة ذات الدفع الهجين المتوازي، قد يكون هناك اتصال مباشر بين محرك الاحتراق والعجلات. عندما تكون أدوات التوصيل (3 و 5) في الصورة أدناه مغلقة، يمكن للمركبة أن تعمل بمحرك الاحتراق. يعمل المحرك الكهربائي (4) على شحن البطارية وقيادة العجلات.
يمكن أيضًا للمركبة الهجينة المتوازية أن تعمل بالمحرك الكهربائي فقط. عند فتح أداة التوصيل 3، يتم قطع الاتصال بمحرك الاحتراق؛ يمكن إيقاف تشغيل هذا، بحيث يمكنك القيادة كهربائيًا بحتًا. يتم تعشيق القابض 5 عند القيادة بعيدًا عن حالة التوقف التام.
تمامًا مثل السلسلة الهجينة، تم تجهيز الهجين الموازي بتركيب عالي الجهد مع كابلات ومقابس برتقالية.
مزايا النظام الهجين المتوازي:
- مناسبة للقيادة الكهربائية بالكامل، بشرط أن تكون البطارية كبيرة بما يكفي وأن يكون هناك اقتران بين محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي.
- ليس هناك حاجة إلى ترس عكسي لأن المحرك الكهربائي يمكن أن يدور في اتجاهين.
- مناسبة للشحن عبر التيار الكهربائي (المكونات الإضافية).
- - محرك احتراق أصغر، لأن المحرك الكهربائي يساعد على التسارع.
- محرك كهربائي أصغر، لأن محرك الاحتراق يمكن أن يساعد في التسارع.
- كتلة أقل من مركبة ذات محرك تسلسلي.
سلبيات:
- معقدة ميكانيكيا.
- القابض مطلوب للقيادة الكهربائية بعيدًا.
- مطلوب علبة التروس.
المكونات في الهجين:
يتم شحن بطارية السيارة الهجينة عادة من خلال الكبح المتجدد، أو عن طريق السماح لمحرك الاحتراق بقيادة المحرك الكهربائي (الذي يستخدم بعد ذلك كمولد). ومن الواضح أن هذا الأخير ليس فعالا.
مع المكونات الهجينة، يمكن أن تصبح حزمة البطارية أوبجيلادن وذلك من خلال توصيل السيارة بقابس كهربائي في المنزل بمقبس أو محطة شحن عامة وشحنها بشبكة الكهرباء. عند الخروج بالسيارة، يمكن تغطية الكيلومترات الأولى كهربائيًا (أي خالية من الانبعاثات). مثالية عند القيادة من المدينة إلى الطريق السريع. عما قريب SOC (الدولة المسؤول)أو إذا أصبح مستوى شحن البطارية منخفضًا، فسيبدأ محرك الاحتراق في العمل ويوفر المحرك الرئيسي. عند الكبح، يقوم الكبح المتجدد بإعادة شحن البطارية جزئيًا.
هناك ميزة إضافية تتمثل في إمكانية برمجة التدفئة الكهربائية المساعدة و/أو تكييف الهواء في وقت محدد مسبقًا، بحيث يمكنك الدخول إلى مناخ داخلي لطيف، دون أن يكون ذلك على حساب سعة البطارية أو الوقود.
في معظم الحالات، تتمتع السيارة الهجينة المزودة بقابس بنطاق كهربائي محدود يتراوح بين 40 إلى 60 كيلومترًا. الأمثلة هي:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 كم؛
- هيونداي أيونيك (2021): 52 كم؛
- ميتسوبيشي أوتلاندر PHEV موديل عام 2015: 43 كم وطراز عام 2021: 54 كم؛
- فولكس واجن باسات جي تي إي بيزنس الهجينة (2021): 55 كم.
يرجى ملاحظة: هذه هي مواصفات الشركة المصنعة. في الظروف غير الملائمة، مثل درجات الحرارة المنخفضة أو أسلوب القيادة غير المناسب، يمكن أن ينخفض النطاق بنسبة تصل إلى 30%.
استعادة الطاقة:
عند التسارع، تقوم البطارية بتزويد الطاقة الكهربائية للمحرك الكهربائي. عند حدوث التباطؤ (الكبح)، سيكون للمحرك الكهربائي تأثير توليد؛ سيقوم المحرك الكهربائي بشحن البطارية. ويسمى هذا أيضًا "الكبح المتجدد" أو "الكبح الاسترجاعي". يمكنك العثور على مزيد من المعلومات حول هذا على الصفحات حول العاكس و محرك كهربائي العثور عليه.
نظرة عامة على نظام تويوتا بريوس:
تخزن بطارية سيارة تويوتا بريوس جهدًا مباشرًا يبلغ حوالي 200 فولت. المسرع محول يحول جهد البطارية 201,6 إلى جهد مباشر أعلى (DC) يبلغ 650 فولت. محول التعزيز هو محول DC/DC؛ يبقى DC، فقط يتم زيادة الجهد. ينتهي جهد التيار المستمر 650 فولت في العاكس. ال العاكس يحول الجهد المباشر (DC) إلى جهد متناوب (AC) والعكس. لذلك نسمي هذا المحول مقوم AC/DC أو محول DC/AC. بالإضافة إلى التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد، يتحكم العاكس أيضًا في المحركات الكهربائية باستخدام IGBTs. يعمل المحركان الكهربائيان (MG1 و MG2) بجهد متناوب ثلاثي الطور يبلغ حوالي 600 فولت.
لا ينتقل جهد البطارية إلى محول التعزيز وضاغط تكييف الهواء فحسب، بل أيضًا إلى محول DC/DC للبطارية الموجودة على اللوحة. يتم تحويل الجهد من 201,6 فولت إلى 14 فولت فيما بينها بطارية الرصاص الحمضية لتكون قادرة على تحميل. وترتبط المكونات الكهربائية الداخلية والخارجية بهذه البطارية بقوة 14 فولت مثل الراديو والإضاءة وأقفال الأبواب وغيرها.
نظرة عامة على النظام ميتسوبيشي أوتلاندر:
توضح النظرة العامة التالية مكونات سيارة ميتسوبيشي أوتلاندر (موديل عام 2019>).
اعتمادًا على ظروف القيادة، تعمل هذه السيارة الهجينة (المزودة بقابس) كسيارة كهربائية أو هجينة متسلسلة أو هجينة متوازية. الاختصارات هي كما يلي:
- PDU: وحدة محرك الطاقة
- GCU: وحدة التحكم في المولدات
- FMCU: وحدة التحكم في المحرك الأمامي
- RMCU: وحدة التحكم في المحرك الخلفي
- GCU: وحدة التحكم في المولدات
- OBC: شاحن على متن الطائرة
وضع EV: عند القيادة بالكهرباء بالكامل، يتم فصل القابض الرطب متعدد الألواح وتوفر المحركات الكهربائية (كل منها بقدرة قصوى تبلغ 60 كيلووات) القيادة. تم إيقاف تشغيل محرك البنزين والمولد.
وضع السلسلة: عندما تكون نسبة شحن البطارية أقل من 30% وتطلب الطاقة أكبر من 60%، يتم تشغيل محرك البنزين والمولد. يبقى القابض مفصولاً. يقوم محرك البنزين بتشغيل المولد، الذي يوفر شحن البطارية (وبالتالي ليس محرك العجلات). يتصرف النظام الآن كسلسلة هجينة. وتبلغ سرعة محرك البنزين حوالي 1700 دورة أثناء القيادة. / دقيقة عند التسارع والكبح تنخفض السرعة إلى 1100 دورة في الدقيقة.
الوضع الموازي: عندما تقود سيارتك بسرعة أكبر من 65 كم/ساعة، يكون هناك طلب متزايد على الطاقة أو يكون SOC للبطارية أقل من 30%، يتم تبديل ناقل الحركة بطريقة يتم إنشاء الوضع المتوازي. يقوم محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي الأمامي بقيادة العجلات. تتم مزامنة سرعات محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي الأمامي قبل تعشيق القابض. وفي الوضع المتوازي، يتم التحكم في المحرك الكهربائي الخلفي بنسبة تصل إلى 5% لمنع مقاومة المجال المغناطيسي عند السرعات العالية عند التشغيل بدون تحميل.
انتقال السيارة الهجينة:
تناسب معظم الشركات المصنعة (فورد، وهوندا، وجنرال موتورز) عام 2019 تقنية CVT (ناقل الحركة المتغير باستمرار) كناقل لنماذجهم الهجينة.
لا يتم تحقيق تقنية CVT في سيارة تويوتا بريوس (انظر الصورة) عن طريق حزام دفع وبكرات قابلة لضبط القطر، ولكن عن طريق مجموعة يتم التحكم فيها كهربائيًا من محرك كهربائي ومولد و نظام التروس الكوكبية. وميزة هذا النوع من ناقل الحركة مقارنة بناقل الحركة الميكانيكي CVT هو أنه لا يتعرض للتآكل وله وزن أقل بكثير.
تتكون مجموعة نقل الحركة المصورة لسيارة بريوس من:
- محرك الاحتراق (محرك البنزين)؛
- محرك كهربائي MG1 (يعمل كمولد/دينامو أثناء الكبح المتجدد)؛
- محرك كهربائي MG2 (محرك القيادة) ؛
- نظام التروس الكوكبية (جهاز تقسيم الطاقة) الذي يمكنه توصيل وفصل محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي من نظام نقل الحركة؛
- ناقل الحركة المتسلسل على أسنان مسننة متصلة بالترس التفاضلي.
