Předměty:
- Úvod
- Hybridní formy
- Mikro hybrid
- Mírný hybrid
- Sériový hybridní pohon
- Paralelní hybridní pohon
- Plug-in hybrid
- Obnovení energie
- Přehled systému Toyota Prius
- Přehled systému Mitsubishi Outlander
- Převod hybridního vozidla
Předmluva:
Při spalování fosilních paliv se uvolňuje oxid uhličitý (CO2). Tento CO2 se hromadí v atmosféře. Když sluneční světlo dopadne na Zemi, tepelné záření již nemůže unikat kvůli akumulaci CO2, což způsobuje „skleníkový efekt“. 120 g CO2 / km odpovídá:
- 5,2l benzín/100km
- 4,5 l nafty / 100 km
- 4,4 kg zemního plynu / 100 km
- 1,0 kg vodíku / 100 km
- 20 kWh elektřiny / 100 km
S hybridní technologií se snižuje redukce CO2 (emise). Výrobci jsou v současné době zaneprázdněni vývojem více a více technologií k realizaci energetického přechodu od CO2-neutrálního řízení.
Hybridní formy:
Vozidla s hybridním pohonem využívají jak spalovací motor, tak elektromotor. Cílem hybridizace je především snížení spotřeby paliva a emisí výfukových plynů. Další výhody díky elektromotoru (motorům) jsou vyšší točivý moment a větší pohodlí.
U hybridních pohonů se rozlišuje mezi vozidly Micro-hybrid, Mild-hybrid a Full-hybrid.
Vozidlo s plně elektrickým pohonem nespadá do kategorie „hybrid“. Vozidlo vybavené prodlužovačem dojezdu lze klasifikovat jako „sériový hybrid“.
Níže uvedený diagram ukazuje různé hybridní formy od nízké po vysokou formu elektrické podpory. řídit.
Mikro hybrid:
Mikrohybridní vozidlo nemá elektromotor pro podporu spalovacího motoru při jízdě, ale je vybaveno různými technologiemi pro úsporu paliva. Takže tady nic takového není HV (High Voltage) systém. Dosahuje se jím úspory paliva systém start/stop, který automaticky zastaví a nastartuje motor, když vozidlo stojí, a systém regenerace baterie. Tento regenerační systém umožňuje maximální nabití alternátoru, když vozidlo brzdí. Energie, která se běžně ztrácí v brzdových destičkách, se nyní částečně využívá k nabíjení 12voltové baterie. To znamená, že při zvýšeném zatížení alternátoru při jízdě konstantní rychlostí není nutné dodatečné vstřikování paliva a dochází k úspoře paliva.
Mírný hybrid:
U vozidel s mírným hybridním pohonem spalovací motor podporováno jedním nebo dvěma 48 volty elektromotory které poskytují extra výkon za různých provozních podmínek. Elektromotor pomáhá spalovacímu motoru při akceleraci. Při jízdě konstantní rychlostí se elektromotor opět automaticky vypne. Vozidlo tedy nemůže jet plně elektricky.
V jeho blízkosti je umístěn elektromotor setrvačníkunebo je mezi elektromotorem a koncem převodovky řetězový/ozubený řemen kruky. Poměrně kompaktní 48voltová baterie je často umístěna v kufru.
Na obrázku je elektromotor ve skříni setrvačníku spalovacího motoru. Toto také není HV systém. Technik bez certifikátu NEN tedy může provádět práce na elektrickém hnacím ústrojí.
Mikrohybridní vozidlo může být také vybaveno 48voltovým startovacím motorgenerátorem, který je v podstatě kombinací alternátoru a startéru. Výrobci dávají tomuto typu startérového generátoru následující názvy:
- Dynastart;
- Startovací generátor;
- Startér-alternátor poháněný řemenem;
- Řemenový integrovaný startér generátor (BSG).
Pomocí mechanismu lze multipás napnout na správnou stranu v závislosti na zatížení nebo nastartování.
Tři obrázky níže ukazují tři možné polohy při (regenerativním) nabíjení baterie, startování spalovacího motoru a režimu elektromotoru, kdy podporuje spalovací motor. Podpora turbomotorů se odehrává především v pásmu nízkých otáček, kde „boost“ elektromotoru vyrovnává tzv. prodlevu turba.
48voltový alternátor startovacího motoru nahrazuje „normální“ 12voltový alternátor. Kromě 48voltové baterie máme také 12voltovou baterii pro palubní elektrický systém, který dodává energii osvětlení, dveřním zámkům a příslušenství ve voze. A DC-DC převodník / převodník (transformátor) převádí 48 voltů na 12 voltů pro nabíjení baterie.
Sériový hybridní pohon:
Vozidlo se sériovým hybridním pohonem je výhradně vyráběno v HV elektromotor řízený. Mezi spalovacím motorem a koly není žádné přímé spojení. Obrázek níže ukazuje příklad sériového hybridního vozu s pohonem zadních kol.
Mezi spalovacím motorem (1) a generátorem (3) je spojka (2). Když motor běží a spojka je zavřená, HV baterie (7) pomocí generátoru (3) a invertor cq. střídač (6) zpoplatněno. Střídač reguluje střídavé napětí dodávané generátorem na regulované stejnosměrné napětí.
Elektrické komponenty v hnacím ústrojí sériového hybridu pracují s vysokým napětím (HV). To poznáte podle oranžových kabelů a zástrček. Práce na VN systému mohou provádět pouze certifikovaní technici.
Výhody sériového hybridního systému:
- Jednoduchá konstrukce, protože spalovací motor přímo nezajišťuje pohon.
- Vhodné pro plně elektrickou jízdu, pokud je baterie dostatečně velká.
- Pro rozjezd z klidu není nutná žádná spojka; o to se stará elektromotor.
- Není nutný žádný zpětný chod, protože elektromotor se může otáčet dvěma směry.
- Vhodné pro nabíjení ze sítě (zásuvka).
Nevýhody:
- Elektromotor musí poskytovat plný hnací výkon
- Větší hmotnost než vozidlo s paralelním pohonem.
Paralelní hybridní pohon:
U vozidla s paralelním hybridním pohonem může existovat přímé spojení mezi spalovacím motorem a koly. Když jsou spojky (3 a 5) na obrázku níže uzavřeny, může vozidlo jet na spalovací motor. Elektromotor (4) slouží jak k nabíjení baterie, tak k pohonu kol.
Paralelní hybrid může také jezdit pouze na elektromotor. Otevřením spojky 3 se přeruší spojení se spalovacím motorem; To lze vypnout, takže můžete jezdit čistě elektricky. Při rozjíždění z klidu se spojka 5 zapne.
Stejně jako sériový hybrid je i paralelní hybrid vybaven vysokonapěťovou instalací s oranžovými kabely a zástrčkami.
Výhody paralelního hybridního systému:
- Vhodné pro plně elektrickou jízdu za předpokladu dostatečně velké baterie a spojky mezi spalovacím motorem a elektromotorem.
- Není nutný žádný zpětný chod, protože elektromotor se může otáčet dvěma směry.
- Vhodné pro nabíjení ze sítě (zásuvka).
- Menší spalovací motor, protože elektromotor pomáhá s akcelerací.
- Menší elektromotor, protože spalovací motor může asistovat při akceleraci.
- Nižší hmotnost než vozidlo se sériovým pohonem.
Nevýhody:
- Mechanicky složité.
- Pro elektrický rozjezd je nutná spojka.
- Nutná převodovka.
Plug-in hybrid:
Baterie hybridního vozidla se běžně nabíjí rekuperačním brzděním nebo tím, že spalovací motor pohání elektromotor (který se pak používá jako generátor). To druhé zjevně není efektivní.
U plug-in hybridu se může stát baterií zpoplatněno připojením vozidla zástrčkou doma do zásuvky nebo veřejné nabíjecí stanice a nabíjením z elektrické sítě. Při odjezdu autem lze první kilometry ujet elektricky (tedy bez emisí). Ideální při jízdě z města na dálnici. Jakmile SOC (stav nabití)nebo se úroveň nabití baterie sníží, spalovací motor se spustí a poskytne hlavní pohon. Při brzdění bude rekuperační brzdění částečně dobíjet baterii.
Další výhodou je, že elektrické přídavné topení a/nebo klimatizace lze naprogramovat na předem nastavený čas, takže vstoupíte do příjemného vnitřního klimatu, aniž by to bylo na úkor kapacity baterie nebo paliva.
Ve většině případů má plug-in hybrid omezený elektrický dojezd na 40 až 60 km. Příklady:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV modelový rok 2015: 43 km a modelový rok 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business plugin hybrid (2021): 55 km.
Upozornění: toto jsou specifikace výrobce. Při nepříznivých podmínkách, jako jsou nízké teploty nebo nepříznivý styl jízdy, se může dojezd snížit až o 30 %.
Obnovení energie:
Při akceleraci dodává akumulátor elektrickou energii elektromotoru. Při zpomalování (brzdění) bude mít elektromotor generující účinek; elektromotor bude nabíjet baterii. Říká se tomu také „rekuperační brzdění“ nebo „rekuperační brzdění“. Více informací o tom najdete na stránkách o střídač a electromotive najít.
Přehled systému Toyota Prius:
Baterie Toyoty Prius uchovává stejnosměrné napětí přibližně 200 voltů. Podpora konvertor převádí napětí baterie 201,6 na vyšší stejnosměrné napětí (DC) 650 voltů. Zesilovací měnič je DC/DC měnič; zůstane stejnosměrný, pouze se zvýší napětí. Stejnosměrné napětí 650 V končí ve střídači. The střídač převádí stejnosměrné napětí (DC) na střídavé napětí (AC) a naopak. Tento měnič proto nazýváme AC/DC usměrňovač nebo DC/AC měnič. Kromě převodu ze stejnosměrného na střídavý střídač také řídí elektromotory pomocí IGBT. Dva elektromotory (MG1 a MG2) pracují s třífázovým střídavým napětím přibližně 600 voltů.
Napětí baterie jde nejen do posilovacího měniče a kompresoru klimatizace, ale také do DC/DC měniče pro palubní baterii. Napětí 201,6 voltů se každý druhý převádí na 14 voltů olověný akumulátor aby bylo možné načíst. K této 14voltové baterii jsou připojeny elektrické komponenty interiéru a exteriéru, jako je rádio, osvětlení, zámky dveří atd.
Přehled systému Mitsubishi Outlander:
Následující přehled ukazuje komponenty Mitsubishi Outlander (modelový rok 2019 >).
V závislosti na jízdních podmínkách se tento (plug-in) hybrid chová jako EV, sériový hybrid nebo paralelní hybrid. Zkratky jsou následující:
- PDU: Power Drive Unit
- GCU: Řídicí jednotka generátoru
- FMCU: Přední řídicí jednotka motoru
- RMCU: Zadní řídicí jednotka motoru
- GCU: Řídicí jednotka generátoru
- OBC: Palubní nabíječka
Režim EV: při plně elektrické jízdě se rozpojí lamelová mokrá spojka a pohon zajišťují elektromotory (každý o maximálním výkonu 60 kW). Benzinový motor a generátor jsou vypnuty.
Režim série: Při nabití baterie <30 % a spotřebě energie >60 % se nastartuje zážehový motor a generátor. Spojka zůstane rozpojená. Benzínový motor pohání generátor, který zajišťuje dobíjení baterie (a tedy ne pohon kol). Systém se nyní chová jako sériový hybrid. Otáčky zážehového motoru jsou při jízdě přibližně 1700 otáček. / min Při akceleraci a brzdění klesnou otáčky na 1100 ot./min.
Paralelní režim: Když jedete rychleji než 65 km/h, je zvýšený požadavek na výkon nebo je SOC baterie <30 %, převodovka se přepne tak, že se vytvoří paralelní režim. Spalovací motor a přední elektromotor pohání kola. Před sepnutím spojky se synchronizují otáčky spalovacího motoru a předního elektromotoru. V paralelním režimu je zadní elektromotor řízen až o 5 %, aby se zabránilo odporu magnetického pole při vysokých rychlostech při běhu bez zátěže.
Převodovka hybridního vozidla:
Většina výrobců (Ford, Honda, GM) se vejde do roku 2019 Technologie CVT (Continuously Variable Transmission) jako převodovka pro jejich hybridní modely.
Technologie CVT Toyoty Prius (viz obrázek) není dosažena tlačným řemenem a řemenicemi s nastavitelným průměrem, ale elektricky ovládanou kombinací elektromotoru, generátoru a planetový převodový systém. Výhodou tohoto typu převodovky ve srovnání s mechanickou CVT je, že nepodléhá opotřebení a má mnohem nižší hmotnost.
Vyobrazené hnací ústrojí Priusu se skládá z:
- spalovací motor (benzínový motor);
- elektromotor MG1 (funguje jako generátor/dynamo při rekuperačním brzdění);
- elektromotor MG2 (motor pro pohon);
- planetový převodový systém (Power Split Device), který dokáže připojit a odpojit spalovací motor a elektromotor od hnacího ústrojí;
- řetězový převod na řetězová kola spojená s diferenciálem.
