Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Υβριδικές μορφές
- Μικρο υβριδικό
- Ήπιο υβρίδιο
- Σειριακή υβριδική κίνηση
- Παράλληλη υβριδική κίνηση
- Plug-in hybrid
- Ανάκτηση ενέργειας
- Επισκόπηση συστήματος Toyota Prius
- Επισκόπηση συστήματος Mitsubishi Outlander
- Μετάδοση υβριδικού οχήματος
Εισαγωγή:
Όταν καίγονται ορυκτά καύσιμα, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Αυτό το CO2 συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα. Όταν το ηλιακό φως πέφτει στη Γη, η θερμική ακτινοβολία δεν μπορεί πλέον να διαφύγει λόγω της συσσώρευσης CO2, προκαλώντας το «φαινόμενο του θερμοκηπίου». 120 g CO2 / km αντιστοιχεί σε:
- 5,2 λίτρα βενζίνης / 100 χλμ
- 4,5 l diesel / 100 km
- 4,4 κιλά φυσικό αέριο / 100 χλμ
- 1,0 κιλό υδρογόνο / 100 χλμ
- Ηλεκτρική ενέργεια 20 kWh / 100 χλμ
Με την υβριδική τεχνολογία μειώνεται η μείωση (εκπομπές) CO2. Οι κατασκευαστές ασχολούνται επί του παρόντος με την ανάπτυξη ολοένα και περισσότερων τεχνολογιών για να πραγματοποιήσουν μια ενεργειακή μετάβαση στην οδήγηση με ουδέτερη εκπομπή CO2.
Υβριδικές μορφές:
Τα οχήματα με υβριδική κίνηση χρησιμοποιούν κινητήρα εσωτερικής καύσης και ηλεκτροκινητήρα. Ο στόχος του υβριδισμού είναι πρωτίστως η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και των εκπομπών καυσαερίων. Πρόσθετα πλεονεκτήματα χάρη στον(τους) ηλεκτροκινητήρα(ες) είναι η υψηλότερη ροπή και η μεγαλύτερη άνεση.
Με τα υβριδικά οχήματα, γίνεται διάκριση μεταξύ Micro-hybrid, Mild-hybrid και Full-hybrid.
Ένα όχημα με πλήρως ηλεκτρική κίνηση δεν εμπίπτει στην κατηγορία «υβριδικό». Ένα όχημα εξοπλισμένο με επέκταση αυτονομίας μπορεί να ταξινομηθεί ως «υβριδικό σειράς».
Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τις διαφορετικές υβριδικές μορφές από χαμηλή έως υψηλή μορφή ηλεκτρικής υποστήριξης. οδηγώ.
Μικρο υβριδικό:
Ένα μικρο-υβριδικό όχημα δεν διαθέτει ηλεκτροκινητήρα για να υποστηρίζει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης κατά την οδήγηση, αλλά είναι εξοπλισμένο με διάφορες τεχνολογίες εξοικονόμησης καυσίμου. Εδώ λοιπόν δεν υπάρχει κάτι τέτοιο Σύστημα HV (High Voltage). Μέσω αυτού επιτυγχάνεται εξοικονόμηση καυσίμου σύστημα start/stop, που σταματά και ξεκινά αυτόματα τον κινητήρα όταν το όχημα είναι σταματημένο και ένα σύστημα αναγέννησης της μπαταρίας. Αυτό το σύστημα αναγέννησης επιτρέπει στον εναλλάκτη να φορτίζει στο μέγιστο όταν το όχημα φρενάρει. Η ενέργεια που συνήθως χάνεται στα τακάκια των φρένων χρησιμοποιείται τώρα εν μέρει για τη φόρτιση της μπαταρίας 12 volt. Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτείται πρόσθετος ψεκασμός καυσίμου για το αυξημένο φορτίο στον εναλλάκτη όταν οδηγείτε με σταθερή ταχύτητα και εξοικονομείται καύσιμο.
Ήπιο υβρίδιο:
Στα ήπια υβριδικά οχήματα το μηχανή εσωτερικής καύσης υποστηρίζεται από ένα ή δύο 48 βολτ ηλεκτροκινητήρες που παρέχουν επιπλέον ισχύ υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Ο ηλεκτροκινητήρας βοηθά τον κινητήρα εσωτερικής καύσης στην επιτάχυνση. Όταν οδηγείτε με σταθερή ταχύτητα, ο ηλεκτροκινητήρας απενεργοποιείται ξανά αυτόματα. Επομένως, το όχημα δεν μπορεί να κινηθεί πλήρως ηλεκτρικά.
Ο ηλεκτροκινητήρας βρίσκεται κοντά του τροχός κανονίζων την ταχύτητα, ή υπάρχει μετάδοση αλυσίδας/οδοντωτού ιμάντα μεταξύ του ηλεκτροκινητήρα και του άκρου του στροφαλοφόρος άξων. Η σχετικά συμπαγής μπαταρία 48 volt βρίσκεται συχνά στο πορτμπαγκάζ.
Η εικόνα δείχνει έναν ηλεκτροκινητήρα στο περίβλημα του σφονδύλου της μηχανής εσωτερικής καύσης. Αυτό επίσης δεν είναι σύστημα HV. Ως εκ τούτου, ένας τεχνικός χωρίς πιστοποιητικό NEN μπορεί επίσης να εκτελέσει εργασίες στο ηλεκτρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης.
Ένα μικρο-υβριδικό όχημα μπορεί επίσης να είναι εξοπλισμένο με γεννήτρια κινητήρα εκκίνησης 48 volt, η οποία είναι ουσιαστικά ένας συνδυασμός εναλλάκτη και κινητήρα εκκίνησης. Οι κατασκευαστές δίνουν τα ακόλουθα ονόματα σε αυτόν τον τύπο γεννήτριας κινητήρα εκκίνησης:
- Dynastart;
- Γεννήτρια εκκίνησης;
- Μίζα-εναλλάκτης με ιμάντα.
- Ενσωματωμένη γεννήτρια εκκίνησης με ιμάντα (BSG).
Χρησιμοποιώντας έναν μηχανισμό, ο πολλαπλός ιμάντας μπορεί να σφίξει στη σωστή πλευρά ανάλογα με τη φόρτωση ή την εκκίνηση.
Οι τρεις παρακάτω εικόνες δείχνουν τις τρεις πιθανές θέσεις κατά την (αναγεννητική) φόρτιση της μπαταρίας, την εκκίνηση του κινητήρα εσωτερικής καύσης και τη λειτουργία ηλεκτροκινητήρα, όπου υποστηρίζει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η υποστήριξη των turbo κινητήρων γίνεται κυρίως στο εύρος των χαμηλών στροφών, όπου το «boost» του ηλεκτροκινητήρα αντισταθμίζει το λεγόμενο turbo lag.
Ένας εναλλάκτης εκκίνησης 48 volt αντικαθιστά τον "κανονικό" εναλλάκτη 12 volt. Εκτός από την μπαταρία 48 volt, έχουμε επίσης την μπαταρία 12 volt για το ενσωματωμένο ηλεκτρικό σύστημα που τροφοδοτεί με ενέργεια το φωτισμό, τις κλειδαριές των θυρών και τα αξεσουάρ του αυτοκινήτου. ΕΝΑ Μετατροπέας / μετατροπέας DC-DC (μετασχηματιστής) μετατρέπει τα 48 βολτ σε 12 βολτ για να φορτίσει την μπαταρία.
Σειριακή υβριδική μονάδα δίσκου:
Ένα όχημα με σειριακή υβριδική κίνηση λειτουργεί αποκλειστικά από το Ηλεκτροκινητήρας HV τροφοδοτείται. Δεν υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ του κινητήρα εσωτερικής καύσης και των τροχών. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα ενός υβριδικού αυτοκινήτου της σειράς με κίνηση στους πίσω τροχούς.
Υπάρχει ένας σύνδεσμος (1) μεταξύ του κινητήρα εσωτερικής καύσης (3) και της γεννήτριας (2). Όταν ο κινητήρας λειτουργεί και ο συμπλέκτης είναι κλειστός, το Μπαταρία HV (7) μέσω της γεννήτριας (3) και του μετατροπέας cq. αντιστροφέας (6) χρεώνεται. Ο μετατροπέας ρυθμίζει την τάση AC που παρέχεται από τη γεννήτρια σε μια ρυθμισμένη τάση DC.
Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα στο σύστημα μετάδοσης κίνησης ενός σειριακού υβριδικού λειτουργούν με υψηλή τάση (HV). Αυτό μπορεί να αναγνωριστεί από πορτοκαλί καλώδια και βύσματα. Μόνο πιστοποιημένοι τεχνικοί μπορούν να εκτελούν εργασίες στο σύστημα HV.
Πλεονεκτήματα του σειριακού υβριδικού συστήματος:
- Απλή κατασκευή γιατί ο κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν παρέχει άμεσα την κίνηση.
- Κατάλληλο για πλήρως ηλεκτρική οδήγηση, εάν η μπαταρία είναι αρκετά μεγάλη.
- Δεν απαιτείται συμπλέκτης για την απομάκρυνση από στάση. ο ηλεκτροκινητήρας φροντίζει για αυτό.
- Δεν απαιτείται όπισθεν επειδή ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να στρίψει προς δύο κατευθύνσεις.
- Κατάλληλο για φόρτιση μέσω του δικτύου (plug-in).
Μειονεκτήματα:
- Ο ηλεκτροκινητήρας πρέπει να παρέχει πλήρη ισχύ μετάδοσης κίνησης
- Μεγαλύτερη μάζα από ένα όχημα παράλληλης κίνησης.
Παράλληλη υβριδική κίνηση:
Σε ένα όχημα με παράλληλη υβριδική κίνηση, μπορεί να υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ του κινητήρα εσωτερικής καύσης και των τροχών. Όταν οι σύνδεσμοι (3 και 5) της παρακάτω εικόνας είναι κλειστοί, το όχημα μπορεί να λειτουργεί με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Ο ηλεκτροκινητήρας (4) χρησιμεύει τόσο για τη φόρτιση της μπαταρίας όσο και για την κίνηση των τροχών.
Ένα παράλληλο υβριδικό μπορεί επίσης να κινηθεί αποκλειστικά στον ηλεκτροκινητήρα. Ανοίγοντας τον σύνδεσμο 3, η σύνδεση με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης διακόπτεται. Αυτό μπορεί να απενεργοποιηθεί, ώστε να μπορείτε να οδηγείτε καθαρά ηλεκτρικά. Ο συμπλέκτης 5 συμπλέκεται όταν οδηγείτε από στάση.
Ακριβώς όπως το υβριδικό της σειράς, το παράλληλο υβριδικό είναι εξοπλισμένο με εγκατάσταση HV με πορτοκαλί καλώδια και βύσματα.
Πλεονεκτήματα του παράλληλου υβριδικού συστήματος:
- Κατάλληλο για πλήρως ηλεκτρική οδήγηση, με την προϋπόθεση ότι η μπαταρία είναι αρκετά μεγάλη και υπάρχει σύζευξη μεταξύ του κινητήρα εσωτερικής καύσης και του ηλεκτροκινητήρα.
- Δεν απαιτείται όπισθεν επειδή ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να στρίψει προς δύο κατευθύνσεις.
- Κατάλληλο για φόρτιση μέσω του δικτύου (plug-in).
- Μικρότερος κινητήρας καύσης, γιατί ο ηλεκτροκινητήρας βοηθά στην επιτάχυνση.
- Μικρότερος ηλεκτροκινητήρας, επειδή ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να βοηθήσει στην επιτάχυνση.
- Μικρότερη μάζα από ένα όχημα σειριακής κίνησης.
Μειονεκτήματα:
- Μηχανικά περίπλοκο.
- Απαιτείται συμπλέκτης για την ηλεκτρική οδήγηση.
- Χρειάζεται κιβώτιο ταχυτήτων.
Plug-in hybrid:
Η μπαταρία ενός υβριδικού οχήματος φορτίζει κανονικά μέσω αναγεννητικής πέδησης ή αφήνοντας τον κινητήρα εσωτερικής καύσης να κινήσει τον ηλεκτροκινητήρα (ο οποίος στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως γεννήτρια). Το τελευταίο προφανώς δεν είναι αποτελεσματικό.
Με ένα plug-in υβριδικό μπορεί να γίνει η μπαταρία φορτισμένη συνδέοντας το όχημα με ένα βύσμα στο σπίτι σε πρίζα ή δημόσιο σταθμό φόρτισης και φορτίζοντας το με το ηλεκτρικό δίκτυο. Όταν φεύγετε με αυτοκίνητο, τα πρώτα χιλιόμετρα μπορούν να καλυφθούν ηλεκτρικά (δηλαδή χωρίς ρύπους). Ιδανικό όταν οδηγείτε από την πόλη στον αυτοκινητόδρομο. Το συντομότερο SOC (Κατάσταση χρέωσης), ή το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας χαμηλώσει, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης θα ξεκινήσει και θα παρέχει την κύρια κίνηση. Κατά το φρενάρισμα, η αναγεννητική πέδηση θα επαναφορτίσει μερικώς την μπαταρία.
Ένα επιπλέον πλεονέκτημα είναι ότι η ηλεκτρική βοηθητική θέρμανση ή/και κλιματισμός μπορούν να προγραμματιστούν σε προκαθορισμένο χρόνο, έτσι ώστε να μπείτε σε ένα ευχάριστο κλίμα εσωτερικού χώρου, χωρίς αυτό να βαρύνει τη χωρητικότητα της μπαταρίας ή το καύσιμο.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα plug-in υβριδικό έχει περιορισμένη ηλεκτρική αυτονομία από 40 έως 60 km. Παραδείγματα είναι:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 χλμ.
- Έτος μοντέλου Mitsubishi Outlander PHEV 2015: 43 km και έτος μοντέλου 2021: 54 km.
- Volkswagen Passat GTE Business plugin hybrid (2021): 55 χλμ.
Σημείωση: αυτές είναι οι προδιαγραφές του κατασκευαστή. Σε δυσμενείς συνθήκες, όπως χαμηλές θερμοκρασίες ή δυσμενές στυλ οδήγησης, η εμβέλεια μπορεί να μειωθεί έως και 30%.
Ανάκτηση ενέργειας:
Κατά την επιτάχυνση, η μπαταρία παρέχει ηλεκτρική ενέργεια στον ηλεκτροκινητήρα. Κατά την επιβράδυνση (φρενάρισμα), ο ηλεκτροκινητήρας θα έχει μια επίδραση παραγωγής. ο ηλεκτροκινητήρας θα φορτίσει την μπαταρία. Αυτό ονομάζεται επίσης «αναγεννητικό φρενάρισμα» ή «φρενάρισμα ανάκτησης». Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό στις σελίδες σχετικά αντιστροφέας και το ηλεκτροπαραγωγός βρείτε το.
Επισκόπηση συστήματος Toyota Prius:
Η μπαταρία ενός Toyota Prius αποθηκεύει μια άμεση τάση περίπου 200 βολτ. Η ώθηση Μετατροπέας μετατρέπει την τάση της μπαταρίας 201,6 σε υψηλότερη άμεση τάση (DC) 650 βολτ. Ο μετατροπέας ενίσχυσης είναι ένας μετατροπέας DC/DC. παραμένει DC, μόνο η τάση αυξάνεται. Η τάση συνεχούς ρεύματος 650 volt καταλήγει στον μετατροπέα. ο αντιστροφέας μετατρέπει την άμεση τάση (DC) σε εναλλασσόμενη τάση (AC) και το αντίστροφο. Ως εκ τούτου, ονομάζουμε αυτόν τον μετατροπέα ανορθωτή AC/DC ή μετατροπέα DC/AC. Εκτός από τη μετατροπή από DC σε AC, ο μετατροπέας ελέγχει επίσης τους ηλεκτροκινητήρες χρησιμοποιώντας IGBT. Οι δύο ηλεκτροκινητήρες (MG1 και MG2) λειτουργούν με τριφασική εναλλασσόμενη τάση περίπου 600 βολτ.
Η τάση της μπαταρίας δεν πηγαίνει μόνο στον μετατροπέα ενίσχυσης και στον συμπιεστή κλιματισμού, αλλά και στον μετατροπέα DC/DC για την ενσωματωμένη μπαταρία. Η τάση των 201,6 βολτ μετατρέπεται σε 14 βολτ κάθε άλλη μπαταρία μολύβδου οξέος για να μπορέσετε να φορτώσετε. Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα του εσωτερικού και του εξωτερικού είναι συνδεδεμένα σε αυτήν την μπαταρία 14 volt, όπως το ραδιόφωνο, ο φωτισμός, οι κλειδαριές θυρών κ.λπ.
Επισκόπηση συστήματος Mitsubishi Outlander:
Η ακόλουθη επισκόπηση δείχνει τα εξαρτήματα ενός Mitsubishi Outlander (έτος μοντέλου 2019 >).
Ανάλογα με τις συνθήκες οδήγησης, αυτό το (plug-in) υβρίδιο συμπεριφέρεται ως EV, υβριδικό σειράς ή παράλληλο υβρίδιο. Οι συντομογραφίες είναι οι εξής:
- PDU: Μονάδα κίνησης ισχύος
- GCU: Μονάδα ελέγχου γεννήτριας
- FMCU: Μπροστινή μονάδα ελέγχου κινητήρα
- RMCU: Μονάδα ελέγχου κινητήρα πίσω
- GCU: Μονάδα ελέγχου γεννήτριας
- OBC: On Board Charger
Λειτουργία EV: όταν οδηγείτε πλήρως ηλεκτρικά, ο υγρός συμπλέκτης πολλαπλών δίσκων αποδεσμεύεται και οι ηλεκτροκινητήρες (καθένας με μέγιστη ισχύ 60 kW) παρέχουν την κίνηση. Ο βενζινοκινητήρας και η γεννήτρια είναι σβηστά.
Λειτουργία σειράς: Με φόρτιση μπαταρίας <30% και ζήτηση ισχύος >60%, εκκινούνται ο βενζινοκινητήρας και η γεννήτρια. Ο συμπλέκτης παραμένει αποδεσμευμένος. Ο βενζινοκινητήρας κινεί τη γεννήτρια, η οποία παρέχει τη φόρτιση της μπαταρίας (και επομένως όχι την κίνηση των τροχών). Το σύστημα πλέον συμπεριφέρεται ως υβριδική σειρά. Η ταχύτητα του βενζινοκινητήρα είναι περίπου 1700 στροφές κατά την οδήγηση. / λεπτό Κατά την επιτάχυνση και το φρενάρισμα, η ταχύτητα πέφτει στις 1100 σ.α.λ.
Παράλληλη λειτουργία: Όταν οδηγείτε ταχύτερα από 65 km/h, υπάρχει αυξημένη ζήτηση ισχύος ή το SOC της μπαταρίας είναι <30%, το κιβώτιο ταχυτήτων αλλάζει με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται η παράλληλη λειτουργία. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης και ο μπροστινός ηλεκτροκινητήρας κινούν τους τροχούς. Οι ταχύτητες του κινητήρα εσωτερικής καύσης και του μπροστινού ηλεκτροκινητήρα συγχρονίζονται πριν εμπλακεί ο συμπλέκτης. Στην παράλληλη λειτουργία, ο πίσω ηλεκτροκινητήρας ελέγχεται έως και 5% για να αποτρέψει την αντίσταση του μαγνητικού πεδίου σε υψηλές ταχύτητες όταν λειτουργεί χωρίς φορτίο.
Μετάδοση υβριδικού οχήματος:
Οι περισσότεροι κατασκευαστές (Ford, Honda, GM) ταιριάζουν στο 2019 Τεχνολογία CVT (Συνεχώς μεταβλητή μετάδοση) ως μετάδοση για τα υβριδικά μοντέλα τους.
Η τεχνολογία CVT του Toyota Prius (βλ. εικόνα) δεν επιτυγχάνεται με ιμάντα ώθησης και τροχαλίες ρυθμιζόμενης διαμέτρου, αλλά από έναν ηλεκτρικά ελεγχόμενο συνδυασμό ηλεκτροκινητήρα, γεννήτριας και πλανητικό σύστημα γραναζιών. Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου μετάδοσης σε σύγκριση με το μηχανικό CVT είναι ότι δεν υπόκειται σε φθορά και έχει πολύ μικρότερο βάρος.
Το εικονιζόμενο σύστημα μετάδοσης κίνησης του Prius αποτελείται από:
- κινητήρας εσωτερικής καύσης (βενζινοκινητήρας).
- ηλεκτροκινητήρας MG1 (λειτουργεί ως γεννήτρια/δυναμό κατά την αναγεννητική πέδηση).
- Ηλεκτρικός κινητήρας MG2 (ο κινητήρας για τον κινητήρα).
- σύστημα πλανητικού γραναζιού (Power Split Device) που μπορεί να συνδέσει και να αποσυνδέσει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης και τον ηλεκτροκινητήρα από το σύστημα μετάδοσης κίνησης.
- μετάδοση αλυσίδας σε γρανάζια συνδεδεμένα στο διαφορικό.
