Aiheet:
- esittely
- Hybridimuodot
- Mikrohybridi
- Hellävarainen hybridi
- Sarjahybridikäyttö
- Rinnakkaishybridikäyttö
- Ladattava hybridi
- Energian talteenotto
- Järjestelmän yleiskatsaus Toyota Prius
- Järjestelmän yleiskatsaus Mitsubishi Outlander
- Hybridiauton vaihteisto
Esipuhe:
Kun fossiilisia polttoaineita poltetaan, vapautuu hiilidioksidia (CO2). Tämä CO2 kerääntyy ilmakehään. Kun auringonvalo osuu maan päälle, lämpösäteily ei enää pääse karkaamaan hiilidioksidin kertymisen vuoksi, mikä aiheuttaa "kasvihuoneilmiön". 2g CO120/km vastaa:
- 5,2l bensa/100km
- 4,5 l diesel / 100 km
- 4,4 kg maakaasua / 100 km
- 1,0 kg vetyä / 100 km
- 20 kWh sähköä / 100 km
Hybriditeknologian ansiosta CO2-päästöt (päästöt) vähenevät. Valmistajat kehittävät tällä hetkellä yhä enemmän teknologioita siirtyäkseen CO2-neutraalista ajamisesta.
Hybridimuodot:
Hybridikäyttöiset ajoneuvot käyttävät sekä polttomoottoria että sähkömoottoria. Hybridisaation tavoitteena on ensisijaisesti vähentää polttoaineen kulutusta ja pakokaasupäästöjä. Sähkömoottorin (-moottorien) ansiosta lisäetuja ovat suurempi vääntö ja mukavuus.
Hybridikäytöissä erotetaan toisistaan Micro-hybrid-, Mild-hybrid- ja Full-hybrid-ajoneuvot.
Täyssähkökäyttöinen ajoneuvo ei kuulu "hybridi"-luokkaan. Kantaman laajennuksella varustettu ajoneuvo voidaan luokitella "sarjahybridiksi".
Alla oleva kaavio näyttää erilaiset hybridimuodot matalasta korkeaan sähkötuen muotoon. ajaa.
Mikrohybridi:
Mikrohybridiautossa ei ole sähkömoottoria, joka tukee polttomoottoria ajon aikana, vaan se on varustettu erilaisilla polttoainetta säästävillä teknologioilla. Joten täällä ei ole sellaista HV (High Voltage) -järjestelmä. Sillä saavutetaan polttoainesäästöjä start/stop-järjestelmä, joka sammuttaa ja käynnistää automaattisesti moottorin, kun ajoneuvo on paikallaan, ja akun regenerointijärjestelmä. Tämän regenerointijärjestelmän avulla laturi latautuu maksimissaan ajoneuvon jarrutettaessa. Normaalisti jarrupaloihin menetetty energia käytetään nyt osittain 12 voltin akun lataamiseen. Tämä tarkoittaa, että lisäpolttoaineen ruiskutusta ei tarvita laturin lisääntyneen kuormituksen vuoksi tasaisella nopeudella ajettaessa ja polttoainetta säästyy.
Lievä hybridi:
Lievissä hybridiautoissa polttomoottori tukee yksi tai kaksi 48 volttia sähkömoottorit jotka tarjoavat lisätehoa erilaisissa käyttöolosuhteissa. Sähkömoottori auttaa polttomoottoria kiihtymään. Vakionopeudella ajettaessa sähkömoottori sammuu automaattisesti uudelleen. Ajoneuvo ei siis voi ajaa täysin sähköisesti.
Sähkömoottori sijaitsee lähellä sitä vauhtipyörä, tai sähkömoottorin ja pään välissä on ketju-/hammashihnavaihteisto kampiakseli. Suhteellisen kompakti 48 voltin akku sijaitsee usein tavaratilassa.
Kuvassa on sähkömoottori polttomoottorin vauhtipyörän kotelossa. Tämä ei myöskään ole HV-järjestelmä. Teknikko, jolla ei ole NEN-todistusta, voi siis tehdä töitä myös sähkövoimansiirrossa.
Mikrohybridiauto voidaan varustaa myös 48 voltin käynnistysmoottorin generaattorilla, joka on olennaisesti vaihtovirtageneraattorin ja käynnistysmoottorin yhdistelmä. Valmistajat antavat tälle käynnistysmoottorin generaattorille seuraavat nimet:
- Dynastart;
- Starter generaattori;
- Hihnakäyttöinen käynnistin-generaattori;
- Hihnalla integroitu käynnistysgeneraattori (BSG).
Mekanismin avulla monihihna voidaan kiristää oikealle puolelle kuormituksen tai käynnistyksen mukaan.
Alla olevat kolme kuvaa näyttävät kolme mahdollista asentoa akun (regeneratiivisen) latauksen, polttomoottorin käynnistyksen ja sähkömoottoritilan aikana, joissa se tukee polttomoottoria. Turbomoottoreiden tuki tapahtuu pääasiassa alhaisilla kierroksilla, jossa sähkömoottorin "boost" kompensoi ns. turboviivettä.
48 voltin käynnistysmoottorin laturi korvaa "normaalin" 12 voltin laturin. Meiltä löytyy 48 voltin akun lisäksi 12 voltin akku ajoneuvon sähköjärjestelmään, joka syöttää energiaa auton valaistukseen, ovien lukoihin ja varusteisiin. A DC-DC-muunnin / muunnin (muuntaja) muuntaa 48 voltin jännitteen 12 voltiksi akun lataamiseksi.
Sarjahybridikäyttö:
Sarjahybridikäytöllä varustettua ajoneuvoa käyttää yksinomaan HV sähkömoottori virtalähde. Polttomoottorin ja pyörien välillä ei ole suoraa yhteyttä. Alla olevassa kuvassa on esimerkki takavetosarjan hybridiautosta.
Polttomoottorin (1) ja generaattorin (3) välillä on kytkin (2). Kun moottori on käynnissä ja kytkin on kiinni, HV akku (7) generaattorin (3) avulla ja invertteri cq. invertteri (6) ladattu. Invertteri säätelee generaattorin syöttämää vaihtojännitettä säädetyksi tasajännitteeksi.
Sarjahybridin voimansiirron sähköiset komponentit toimivat korkealla jännitteellä (HV). Tämä voidaan tunnistaa oransseista kaapeleista ja pistokkeista. Vain valtuutetut teknikot saavat suorittaa HV-järjestelmää koskevia töitä.
Sarjahybridijärjestelmän edut:
- Yksinkertainen rakenne, koska polttomoottori ei anna käyttövoimaa suoraan.
- Soveltuu täyssähköajoon, jos akku on riittävän suuri.
- Kytkintä ei tarvita ajamiseen pysähdyksistä; sähkömoottori huolehtii tästä.
- Peruutusvaihdetta ei tarvita, koska sähkömoottori voi pyöriä kahteen suuntaan.
- Soveltuu lataukseen verkkovirralla (plug-in).
miinukset:
- Sähkömoottorin tulee tuottaa täysi käyttöteho
- Suurempi massa kuin rinnakkaisajoajoneuvolla.
Rinnakkaishybridikäyttö:
Rinnakkaisella hybridikäytöllä varustetussa ajoneuvossa polttomoottorin ja pyörien välillä voi olla suora yhteys. Kun alla olevan kuvan kytkimet (3 ja 5) on kiinni, ajoneuvo voi toimia polttomoottorilla. Sähkömoottori (4) toimii sekä akun lataamisessa että pyörien ohjaamisessa.
Rinnakkaishybridi voi myös ajaa pelkästään sähkömoottorilla. Avaamalla kytkimen 3 yhteys polttomoottoriin katkeaa; Tämä voidaan kytkeä pois päältä, jotta voit ajaa puhtaasti sähköisesti. Kytkin 5 on kytkettynä ajettaessa pois pysähdyksestä.
Aivan kuten sarjahybridissä, myös rinnakkaishybridissä on HV-asennus oranssilla kaapelilla ja pistokkeella.
Rinnakkaishybridijärjestelmän edut:
- Soveltuu täyssähköiseen ajoon, mikäli akku on riittävän suuri ja polttomoottorin ja sähkömoottorin välillä on kytkentä.
- Peruutusvaihdetta ei tarvita, koska sähkömoottori voi pyöriä kahteen suuntaan.
- Soveltuu lataukseen verkkovirralla (plug-in).
- Pienempi polttomoottori, koska sähkömoottori auttaa kiihdytyksessä.
- Pienempi sähkömoottori, koska polttomoottori voi auttaa kiihdytyksessä.
- Pienempi massa kuin sarjakäyttöisellä ajoneuvolla.
miinukset:
- Mekaanisesti monimutkainen.
- Sähköllä ajamiseen tarvitaan kytkin.
- Vaihteisto tarpeellinen.
Ladattava hybridi:
Hybridiajoneuvon akku latautuu normaalisti regeneratiivisella jarrutuksella tai antamalla polttomoottorin käyttää sähkömoottoria (jota käytetään sitten generaattorina). Jälkimmäinen ei selvästikään ole tehokas.
Ladattavassa hybridissä siitä voi tulla akku veloitettu kytkemällä ajoneuvo pistokkeella kotona pistorasiaan tai julkiseen latausasemaan ja lataamalla se sähköverkkoon. Kun lähdet autolla, ensimmäiset kilometrit voidaan ajaa sähköisesti (eli päästöttömästi). Ihanteellinen ajettaessa kaupungista moottoritielle. Pian SOC (State Of Charge), tai akun varaustaso laskee alhaiseksi, polttomoottori käynnistyy ja antaa pääkäytön. Jarruttaessa regeneratiivinen jarrutus lataa akun osittain uudelleen.
Lisäetuna on se, että sähköinen lisälämmitys ja/tai ilmastointi voidaan ohjelmoida esiasetettuun aikaan, jolloin pääset miellyttävään sisäilmapiiriin ilman akun kapasiteetin tai polttoaineen kustannuksella.
Useimmissa tapauksissa ladattavalla hybridillä on rajoitettu sähköinen toimintasäde 40–60 km. Esimerkkejä ovat:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV mallivuosi 2015: 43 km ja mallivuosi 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business plugin hybridi (2021): 55 km.
Huomaa: nämä ovat valmistajan määrityksiä. Epäsuotuisissa olosuhteissa, kuten alhaisissa lämpötiloissa tai epäsuotuisassa ajotyylissä, toimintasäde voi pienentyä jopa 30 %.
Energian talteenotto:
Kiihdytettäessä akku syöttää sähköenergiaa sähkömoottorille. Hidastuessa (jarruttaessa) sähkömoottorilla on generoiva vaikutus; sähkömoottori lataa akun. Tätä kutsutaan myös "regeneratiiviseksi jarrutukseksi" tai "rekuperatiiviseksi jarrutukseksi". Löydät lisää tietoa aiheesta -sivuilta invertteri ja sähkömotorinen löytö.
Järjestelmän yleiskatsaus Toyota Prius:
Toyota Priuksen akku varastoi noin 200 voltin tasajännitteen. Tehoste muunnin muuntaa akun jännitteen 201,6 korkeammaksi tasajännitteeksi (DC) 650 voltiksi. Tehostusmuunnin on DC/DC-muunnin; se pysyy tasavirtana, vain jännite kasvaa. 650 voltin tasajännite päätyy invertteriin. The invertteri muuntaa tasajännitteen (DC) vaihtojännitteeksi (AC) ja päinvastoin. Siksi kutsumme tätä muuntajaa AC/DC-tasasuuntaajaksi tai DC/AC-muuntimeksi. DC:stä AC:ksi muuntamisen lisäksi invertteri ohjaa myös sähkömoottoreita IGBT:n avulla. Kaksi sähkömoottoria (MG1 ja MG2) toimivat noin 600 voltin kolmivaiheisella vaihtojännitteellä.
Akun jännite ei mene vain tehostinmuuntimeen ja ilmastointikompressoriin, vaan myös sisäisen akun DC/DC-muuntimeen. 201,6 voltin jännite muunnetaan 14 voltiksi joka toinen lyijyakku voidakseen ladata. Tähän 14 voltin akkuun on kytketty sisä- ja ulkotilojen sähkökomponentit, kuten radio, valaistus, ovien lukot jne.
Järjestelmän yleiskatsaus Mitsubishi Outlander:
Seuraavassa yleiskatsauksessa näkyy Mitsubishi Outlanderin (mallivuosi 2019 >) komponentit.
Ajo-olosuhteista riippuen tämä (plug-in) hybridi käyttäytyy sähköautona, sarjahybridinä tai rinnakkaishybridinä. Lyhenteet ovat seuraavat:
- PDU: Power Drive Unit
- GCU: Generaattorin ohjausyksikkö
- FMCU: Etumoottorin ohjausyksikkö
- RMCU: Takamoottorin ohjausyksikkö
- GCU: Generaattorin ohjausyksikkö
- OBC: Laitteessa oleva laturi
EV-tila: täyssähköllä ajettaessa monilevyinen märkäkytkin kytkeytyy pois päältä ja sähkömoottorit (joiden enimmäisteho on 60 kW) tarjoavat voiman. Bensiinimoottori ja generaattori on sammutettu.
Sarjatila: Kun akun lataus on < 30 % ja tehontarve > 60 %, bensiinimoottori ja generaattori käynnistetään. Kytkin jää irti. Bensiinimoottori käyttää generaattoria, joka lataa akkua (eikä siis pyörien vetoa). Järjestelmä toimii nyt sarjahybridinä. Bensiinimoottorin nopeus on noin 1700 kierrosta ajon aikana. / min Kiihdytettäessä ja jarrutettaessa nopeus laskee 1100 rpm:iin.
Rinnakkaistila: Ajettaessa nopeammin kuin 65 km/h, tehontarve kasvaa tai akun SOC on <30 %, vaihteisto kytketään siten, että syntyy rinnakkaistila. Polttomoottori ja edessä oleva sähkömoottori käyttävät pyöriä. Polttomoottorin ja etusähkömoottorin nopeudet synkronoidaan ennen kuin kytkin kytketään päälle. Rinnakkaistilassa takasähkömoottoria ohjataan jopa 5 % magneettikentän vastuksen estämiseksi suurilla nopeuksilla ajettaessa ilman kuormaa.
Hybridiauton vaihteisto:
Useimmat valmistajat (Ford, Honda, GM) sopivat vuoteen 2019 CVT-tekniikka (jatkuvasti muuttuva vaihteisto) vaihteistona hybridimalleihinsa.
Toyota Priuksen CVT-tekniikkaa (katso kuva) ei saavuteta työntöhihnalla ja halkaisijaltaan säädettävillä hihnapyörillä, vaan sähköisesti ohjatulla yhdistelmällä sähkömoottoria, generaattoria ja planeettavaihteisto. Tämän tyyppisen vaihteiston etuna mekaaniseen CVT:hen verrattuna on, että se ei ole alttiina kulumiselle ja sen paino on paljon pienempi.
Kuvassa Priuksen voimansiirto koostuu:
- polttomoottori (bensiinimoottori);
- sähkömoottori MG1 (toimii generaattorina/dynamona regeneratiivisen jarrutuksen aikana);
- sähkömoottori MG2 (käytön moottori);
- planeettavaihteisto (Power Split Device), joka voi yhdistää ja irrottaa polttomoottorin ja sähkömoottorin voimansiirrosta;
- ketjun voimansiirto tasauspyörästössä olevilla ketjupyörillä.
