Teemad:
- Sissejuhatus
- Hübriidsed vormid
- Mikrohübriid
- Kerge hübriid
- Jadahübriidajam
- Paralleelhübriidajam
- Pistikühendusega hübriid
- Energia taaskasutamine
- Süsteemi ülevaade Toyota Prius
- Süsteemi ülevaade Mitsubishi Outlander
- Hübriidsõiduki jõuülekanne
Eessõna:
Fossiilkütuste põletamisel eraldub süsinikdioksiid (CO2). See CO2 koguneb atmosfääri. Kui päikesevalgus langeb Maale, ei saa soojuskiirgus CO2 akumuleerumise tõttu enam välja pääseda, põhjustades kasvuhooneefekti. 120 g CO2 / km vastab:
- 5,2 l bensiin / 100 km
- 4,5 l diisel / 100 km
- 4,4 kg maagaasi / 100 km
- 1,0 kg vesinikku / 100 km
- 20 kWh elektrit / 100 km
Hübriidtehnoloogia abil väheneb CO2 vähenemine (emissioon). Tootjad on praegu hõivatud üha uute tehnoloogiate väljatöötamisega, et viia ellu energia üleminek CO2-neutraalsele sõidule.
Hübriidsed vormid:
Hübriidajamiga sõidukid kasutavad nii sisepõlemismootorit kui ka elektrimootorit. Hübridiseerimise eesmärk on eelkõige kütusekulu ja heitgaaside emissiooni vähendamine. Täiendavad eelised tänu elektrimootori(te)le on suurem pöördemoment ja suurem mugavus.
Hübriidajamite puhul tehakse vahet Micro-hübriid-, Mild-hübriid- ja täishübriidsõidukitel.
Täiselektrilise ajamiga sõiduk ei kuulu hübriidkategooria alla. Vahemiku pikendajaga varustatud sõidukit võib liigitada seeriahübriidiks.
Allolev diagramm näitab erinevaid hübriidvorme madalast kuni kõrge elektritoe vormini. sõita.
Mikrohübriid:
Mikrohübriidsõidukil ei ole elektrimootorit, mis sõidu ajal sisepõlemismootorit toetaks, vaid on varustatud erinevate kütust säästvate tehnoloogiatega. Nii et siin sellist asja pole HV (kõrgepinge) süsteem. Selle kaudu saavutatakse kütusesääst start/stopp süsteem, mis seiskab ja käivitab automaatselt mootori, kui sõiduk seisab, ning aku regenereerimissüsteem. See regenereerimissüsteem võimaldab generaatoril sõiduki pidurdamisel maksimaalselt laadida. Energiat, mis tavaliselt piduriklotsides kaob, kasutatakse nüüd osaliselt 12-voldise aku laadimiseks. See tähendab, et konstantsel kiirusel sõites generaatori suurenenud koormuse jaoks pole täiendavat kütuse sissepritse vaja ja kütust hoitakse kokku.
Kerge hübriid:
Kergete hübriidsõidukite puhul sisepõlemismootor toetab üks või kaks 48 volti elektrimootorid mis pakuvad lisavõimsust erinevates töötingimustes. Elektrimootor aitab sisepõlemismootorit kiirendada. Püsikiirusel sõites lülitub elektrimootor uuesti automaatselt välja. Seetõttu ei saa sõiduk täielikult elektriliselt sõita.
Elektrimootor asub selle lähedal hooratas, või elektrimootori ja otsa vahel on kett/hammasrihm ülekanne väntvõll. Suhteliselt kompaktne 48-voldine aku asub sageli pagasiruumis.
Pildil on näha elektrimootorit sisepõlemismootori hooratta korpuses. See ei ole ka HV süsteem. Seetõttu võib elektriajamiga töid teha ka ilma NEN-sertifikaadita tehnik.
Mikrohübriidsõiduk võib olla varustatud ka 48-voldise käivitusmootori generaatoriga, mis on sisuliselt generaatori ja käivitusmootori kombinatsioon. Tootjad annavad seda tüüpi käivitusmootori generaatoritele järgmised nimetused:
- Dynastart;
- Starter generaator;
- Rihmajamiga starter-generaator;
- Rihmaga integreeritud starteri generaator (BSG).
Mehhanismi abil saab multirihma pingutada õigel küljel, olenevalt laadimisest või käivitamisest.
Kolm allolevat pilti näitavad kolme võimalikku asendit aku (regeneratiivsel) laadimisel, sisepõlemismootori käivitamisel ja elektrimootori režiimil, kus see toetab sisepõlemismootorit. Turbomootorite tugi toimub peamiselt madalatel pööretel, kus elektrimootori "boost" kompenseerib nn turbo lag.
48-voldine käivitusmootori generaator asendab "tavalist" 12-voldist generaatorit. Lisaks 48-voldisele akule on meil olemas ka pardaelektrisüsteemi 12-voldine aku, mis varustab energiaga autos olevaid valgustusi, ukselukke ja lisaseadmeid. A DC-DC muundur / muundur (trafo) muundab aku laadimiseks 48 volti 12 voltiks.
Jadahübriidajam:
Jadahübriidajamiga sõidukit juhib eranditult HV elektrimootor toitega. Sisepõlemismootori ja rataste vahel puudub otsene ühendus. Alloleval pildil on näide tagaveolise seeria hübriidautost.
Sisepõlemismootori (1) ja generaatori (3) vahel on ühendus (2). Kui mootor töötab ja sidur on suletud, siis HV aku (7) generaatori (3) ja inverter cq. inverter (6) laetud. Inverter reguleerib generaatori poolt tarnitud vahelduvpinget reguleeritud alalispingeks.
Jadahübriidi jõuülekande elektrilised komponendid töötavad kõrgepingega (HV). Selle tunneb ära oranžide kaablite ja pistikute järgi. Kõrgpingesüsteemiga võivad töid teha ainult sertifitseeritud tehnikud.
Jadahübriidsüsteemi eelised:
- Lihtne konstruktsioon, sest sisepõlemismootor ei anna otseselt ajamit.
- Sobib täiselektriliseks sõiduks, kui aku on piisavalt suur.
- Paigalt sõitmiseks pole vaja sidurit; elektrimootor hoolitseb selle eest.
- Tagurpidikäik pole vajalik, sest elektrimootor võib pöörata kahes suunas.
- Sobib laadimiseks vooluvõrgust (pistik).
Miinused:
- Elektrimootor peab tagama täisvõimsuse
- Suurem mass kui paralleelsõidukil.
Paralleelhübriidajam:
Paralleelhübriidajamiga sõidukil võib sisepõlemismootori ja rataste vahel olla otseühendus. Kui alloleval pildil olevad haakeseadised (3 ja 5) on suletud, võib sõiduk töötada sisepõlemismootoriga. Elektrimootor (4) on mõeldud nii aku laadimiseks kui ka rataste juhtimiseks.
Paralleelhübriid võib sõita ka ainult elektrimootoriga. Siduri 3 avamisel katkeb ühendus sisepõlemismootoriga; Selle saab välja lülitada, et saaksite sõita puhtalt elektriliselt. Sidur 5 lülitub sisse paigalt ära sõites.
Nii nagu seeriahübriid, on ka paralleelhübriid varustatud HV paigaldusega oranžide kaablite ja pistikutega.
Paralleelhübriidsüsteemi eelised:
- Sobib täiselektriliseks sõiduks eeldusel, et aku on piisavalt suur ning sisepõlemismootori ja elektrimootori vahel on ühendus.
- Tagurpidikäik pole vajalik, sest elektrimootor võib pöörata kahes suunas.
- Sobib laadimiseks vooluvõrgust (pistik).
- Väiksem sisepõlemismootor, kuna elektrimootor aitab kiirendamisel.
- Väiksem elektrimootor, sest sisepõlemismootor aitab kiirendada.
- Väiksem mass kui seeriaveoga sõidukil.
Miinused:
- Mehaaniliselt keeruline.
- Elektrisõiduks vajalik sidur.
- Vajalik käigukast.
Pistikühendusega hübriid:
Hübriidsõiduki akut laetakse tavaliselt regeneratiivpidurduse kaudu või sisepõlemismootoril elektrimootorit juhtida (mida kasutatakse siis generaatorina). Viimane ei ole ilmselt tõhus.
Pistikhübriidi puhul võib sellest saada aku laetud ühendades sõiduki kodus pistikuga pistikupessa või avalikku laadimisjaama ja laadides seda elektrivõrguga. Autoga lahkudes saab esimesed kilomeetrid läbida elektriliselt (s.t. heitmevabalt). Ideaalne linnast maanteele sõites. Nii pea SOC (state of Charge), ehk teisisõnu, aku laetuse tase langeb madalaks, sisepõlemismootor käivitub ja annab põhiajami. Pidurdamisel laeb regeneratiivpidurdus akut osaliselt uuesti.
Täiendavaks eeliseks on see, et elektrilist lisakütet ja/või kliimaseadet saab programmeerida eelseadistatud ajal, nii et sisenete meeldivasse sisekliimaan, ilma et seda aku mahutavuse või kütuse arvelt.
Enamasti on pistikhübriidil piiratud elektriline sõiduulatus 40–60 km. Näited on järgmised:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV mudeliaasta 2015: 43 km ja mudeliaasta 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business pistikhübriid (2021): 55 km.
Pange tähele: need on tootja spetsifikatsioonid. Ebasoodsates tingimustes, nagu madal temperatuur või ebasoodne sõidustiil, võib sõiduulatus väheneda kuni 30%.
Energia taaskasutamine:
Kiirendusel varustab aku elektrimootorit elektrienergiaga. Aeglustamisel (pidurdamisel) on elektrimootoril genereeriv toime; elektrimootor laeb akut. Seda nimetatakse ka "regeneratiivpidurduseks" või "rekuperatiivseks pidurdamiseks". Lisateavet selle kohta leiate lehtedelt tagurpidi ja elektromotoorne leidma.
Süsteemi ülevaade Toyota Prius:
Toyota Priuse aku salvestab ligikaudu 200-voldise alalispinge. Tõuge Converter teisendab aku pinge 201,6 kõrgemaks alalispingeks (DC) 650 volti. Võimendusmuundur on DC/DC muundur; see jääb alalisvooluks, ainult pinget suurendatakse. 650-voldine alalispinge jõuab inverterisse. The tagurpidi muundab alalispinge (DC) vahelduvpingeks (AC) ja vastupidi. Seetõttu nimetame seda muundurit AC/DC alaldiks või DC/AC muunduriks. Lisaks alalisvoolust vahelduvvooluks konverteerimisele juhib inverter ka elektrimootoreid IGBT-de abil. Kaks elektrimootorit (MG1 ja MG2) töötavad kolmefaasilise, ligikaudu 600-voldise vahelduvpingega.
Aku pinge ei lähe mitte ainult võimendusmuundurisse ja kliimaseadme kompressorisse, vaid ka pardaaku alalis-alalisvoolu muundurisse. Pinge 201,6 volti teisendatakse igal teisel 14 voltiks pliiaku et saaks laadida. Selle 14-voldise akuga on ühendatud sise- ja väliskülje elektrilised komponendid, nagu raadio, valgustus, ukselukud jne.
Süsteemi ülevaade Mitsubishi Outlander:
Järgnev ülevaade näitab Mitsubishi Outlanderi (mudeliaasta 2019 >) komponente.
Olenevalt sõidutingimustest käitub see (pistik)hübriid EV, seeriahübriidi või paralleelhübriidina. Lühendid on järgmised:
- PDU: jõuajam
- GCU: generaatori juhtseade
- FMCU: eesmine mootori juhtseade
- RMCU: tagumine mootori juhtseade
- GCU: generaatori juhtseade
- OBC: pardal olev laadija
EV režiim: täiselektrisõidul lülitub mitme plaadiga märgsidur välja ja elektrimootorid (igaüks maksimaalse võimsusega 60 kW) annavad ajamid. Bensiinimootor ja generaator on välja lülitatud.
Seeriarežiim: Kui aku laetus on <30% ja võimsusvajadus >60%, käivitatakse bensiinimootor ja generaator. Sidur jääb lahti. Bensiinimootor käitab generaatorit, mis tagab aku laadimise (ja seega mitte rataste vedamise). Süsteem käitub nüüd seeriahübriidina. Bensiinimootori kiirus on sõidu ajal ligikaudu 1700 pööret. / min Kiirendamisel ja pidurdamisel langeb kiirus 1100 p/min-ni.
Paralleelrežiim: Kui sõidate kiiremini kui 65 km/h, on suurenenud võimsusvajadus või aku SOC <30%, käigukast lülitatakse nii, et tekib paralleelrežiim. Rattaid veavad sisepõlemismootor ja eesmine elektrimootor. Sisepõlemismootori ja eesmise elektrimootori kiirused sünkroniseeritakse enne siduri sisselülitamist. Paralleelrežiimis juhitakse tagumist elektrimootorit kuni 5%, et vältida magnetvälja takistust suurel kiirusel ilma koormuseta sõites.
Hübriidsõiduki jõuülekanne:
Enamik tootjaid (Ford, Honda, GM) sobivad 2019. aastasse CVT-tehnoloogia (pidevalt muutuv käigukast) käigukastina nende hübriidmudelitele.
Toyota Priuse CVT-tehnoloogia (vt pilti) ei saavutata tõukurihma ja reguleeritava läbimõõduga rihmarataste, vaid elektriliselt juhitava elektrimootori, generaatori ja planetaarülekande süsteem. Seda tüüpi käigukasti eelis võrreldes mehaanilise CVT-ga on see, et see ei kulu ja sellel on palju väiksem kaal.
Priuse kujutatud jõuallikas koosneb:
- sisepõlemismootor (bensiinimootor);
- elektrimootor MG1 (töötab regeneratiivpidurduse ajal generaatori/dünamona);
- elektrimootor MG2 (ajami mootor);
- planetaarülekanne (Power Split Device), mis suudab ühendada ja lahti ühendada sisepõlemismootori ja elektrimootori jõuülekandega;
- kettülekanne diferentsiaaliga ühendatud ketiratastel.
