Tárgyak:
- bevezetés
- Hibrid formák
- Mikro hibrid
- Enyhe hibrid
- Soros hibrid hajtás
- Párhuzamos hibrid hajtás
- Plug-in hibrid
- Energetikai hasznosítás
- A rendszer áttekintése Toyota Prius
- A rendszer áttekintése Mitsubishi Outlander
- Hibrid jármű sebességváltója
Bevezetés:
A fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor szén-dioxid (CO2) szabadul fel. Ez a CO2 felhalmozódik a légkörben. Amikor a napfény a Földre esik, a hősugárzás a szén-dioxid-felhalmozódás miatt már nem tud elszabadulni, ami „üvegházhatást” okoz. 2g CO120/km megfelel:
- 5,2 l benzin / 100 km
- 4,5 l dízel / 100 km
- 4,4 kg földgáz / 100 km
- 1,0 kg hidrogén / 100 km
- 20 kWh villamos energia / 100 km
A hibrid technológiával a CO2-csökkentés (kibocsátás) csökken. A gyártók jelenleg egyre több technológia kifejlesztésével vannak elfoglalva, hogy megvalósítsák az energetikai átállást a CO2-semleges vezetésre.
Hibrid formák:
A hibrid hajtású járművek belsőégésű motort és villanymotort is használnak. A hibridizáció célja elsősorban az üzemanyag-fogyasztás és a kipufogógáz-kibocsátás csökkentése. További előnyök az elektromos motor(ok)nak köszönhetően a nagyobb nyomaték és a nagyobb kényelem.
A hibrid hajtásoknál különbséget tesznek a Micro-hibrid, a Mild-hibrid és a Full-hibrid járművek között.
A teljesen elektromos meghajtású jármű nem tartozik a „hibrid” kategóriába. A hatótávolság-növelővel felszerelt jármű a „soros hibrid” kategóriába sorolható.
Az alábbi diagram a különböző hibrid formákat mutatja az alacsonytól a magas elektromos támasztékig. hajtás.
Mikro hibrid:
A mikrohibrid jármű nem rendelkezik villanymotorral, amely vezetés közben támogatja a belső égésű motort, hanem különféle üzemanyag-takarékos technológiákkal van felszerelve. Szóval itt szó sincs ilyesmiről HV (High Voltage) rendszer. Üzemanyag-megtakarítás érhető el általa start/stop rendszer, amely automatikusan leállítja és elindítja a motort, ha a jármű áll, és egy regeneráló rendszer az akkumulátor számára. Ez a regenerációs rendszer lehetővé teszi a generátor maximális feltöltését, amikor a jármű fékez. A fékbetétekben általában elvesző energiát részben a 12 voltos akkumulátor töltésére használják fel. Ez azt jelenti, hogy állandó sebességgel haladva nincs szükség további üzemanyag-befecskendezésre a generátor megnövekedett terheléséhez, és üzemanyagot takarítanak meg.
Enyhe hibrid:
Az enyhe hibrid járművekben a belső égésű motor egy vagy két 48 voltos feszültséggel támogatva villanymotorok amelyek extra teljesítményt biztosítanak különböző működési körülmények között. Az elektromos motor segíti a belső égésű motort a gyorsításban. Állandó sebességgel haladva az elektromos motor ismét automatikusan kikapcsol. A jármű ezért nem tud teljesen elektromosan közlekedni.
Az elektromos motor a közelében található lendkerék, vagy a villanymotor és a vége között lánc/fogasszíj hajtómű van főtengely. A viszonylag kompakt 48 voltos akkumulátor gyakran a csomagtartóban található.
A képen egy villanymotor látható a belsőégésű motor lendkerék házában. Ez sem HV rendszer. Ezért NEN-tanúsítvánnyal nem rendelkező technikus is végezhet munkát az elektromos hajtásláncon.
A mikrohibrid járművet fel lehet szerelni 48 voltos indítómotor-generátorral is, amely lényegében generátor és indítómotor kombinációja. A gyártók a következő neveket adják az ilyen típusú indítómotor-generátoroknak:
- Dynastart;
- Indító generátor;
- Szíjhajtású indító-generátor;
- Szíjba integrált indítógenerátor (BSG).
Egy mechanizmus segítségével a többszíj a terheléstől vagy indítástól függően a megfelelő oldalon húzható meg.
Az alábbi három kép az akkumulátor (regeneratív) töltése, a belsőégésű motor indítása és a villanymotor üzemmód három lehetséges helyzetét mutatja, ahol támogatja a belső égésű motort. A turbómotorok támogatása elsősorban az alacsony fordulatszám-tartományban történik, ahol a villanymotor „lökése” kompenzálja az úgynevezett turbó lagot.
Egy 48 voltos indítómotor generátor helyettesíti a "normál" 12 voltos generátort. A 48 voltos akkumulátoron kívül a fedélzeti elektromos rendszer 12 voltos akkumulátora is rendelkezésünkre áll, amely az autó világítását, ajtózárait és kiegészítőit látja el energiával. A DC-DC konverter / átalakító (transzformátor) 48 voltot 12 voltra alakít át az akkumulátor feltöltéséhez.
Soros hibrid hajtás:
Soros hibrid hajtással rendelkező járművet kizárólag a HV villanymotor hajtású. Nincs közvetlen kapcsolat a belső égésű motor és a kerekek között. Az alábbi kép egy hátsókerék-hajtású sorozatú hibrid autó példáját mutatja be.
A belső égésű motor (1) és a generátor (3) között egy tengelykapcsoló (2) található. Amikor a motor jár és a tengelykapcsoló zárva van, a HV akkumulátor (7) a generátor (3) és a inverter cq. inverter (6) terhelt. Az inverter a generátor által szolgáltatott váltakozó feszültséget szabályozott egyenfeszültségre szabályozza.
A soros hibrid hajtásláncának elektromos alkatrészei nagyfeszültséggel (HV) működnek. Ezt a narancssárga kábelekről és csatlakozókról lehet felismerni. A HV rendszeren csak minősített technikusok végezhetnek munkát.
A soros hibrid rendszer előnyei:
- Egyszerű felépítés, mert a belső égésű motor nem biztosítja közvetlenül a hajtást.
- Teljesen elektromos vezetésre alkalmas, ha az akkumulátor elég nagy.
- Nincs szükség tengelykapcsolóra az álló helyzetből való elhajtáshoz; a villanymotor gondoskodik erről.
- Nincs szükség hátramenetre, mert az elektromos motor két irányba tud fordulni.
- Alkalmas hálózati töltéshez (plug-in).
hátránya:
- Az elektromos motornak teljes hajtási teljesítményt kell biztosítania
- Nagyobb tömeg, mint egy párhuzamos hajtású jármű.
Párhuzamos hibrid hajtás:
Párhuzamos hibridhajtású járműben közvetlen kapcsolat lehet a belsőégésű motor és a kerekek között. Ha az alábbi képen látható tengelykapcsolók (3 és 5) zárva vannak, a jármű belső égésű motorral tud működni. Az elektromos motor (4) az akkumulátor töltésére és a kerekek meghajtására is szolgál.
A párhuzamos hibrid is csak az elektromos motoron hajthat. A 3 tengelykapcsoló kinyitásával megszakad a belső égésű motorhoz való csatlakozás; Ez kikapcsolható, így tisztán elektromosan vezethet. A tengelykapcsoló 5 be van kapcsolva, amikor álló helyzetből elindul.
Csakúgy, mint a sorozathibrid, a párhuzamos hibrid HV-rendszerrel van felszerelve, narancssárga kábelekkel és csatlakozókkal.
A párhuzamos hibrid rendszer előnyei:
- Alkalmas teljesen elektromos vezetésre, feltéve, hogy az akkumulátor elég nagy, és van kapcsolat a belső égésű motor és az elektromos motor között.
- Nincs szükség hátramenetre, mert az elektromos motor két irányba tud fordulni.
- Alkalmas hálózati töltéshez (plug-in).
- Kisebb belsőégésű motor, mert a villanymotor segíti a gyorsítást.
- Kisebb villanymotor, mert a belső égésű motor segíthet a gyorsításban.
- Kisebb tömeg, mint egy soros meghajtású jármű.
hátránya:
- Mechanikailag bonyolult.
- Kuplung szükséges az elektromos induláshoz.
- Sebességváltó szükséges.
Plug-in hibrid:
A hibrid jármű akkumulátora általában regeneratív fékezéssel töltődik, vagy úgy, hogy a belsőégésű motor hajtja az elektromos motort (amelyet aztán generátorként használnak). Ez utóbbi nyilvánvalóan nem hatékony.
Plug-in hibrid esetén az akkumulátor egységgé válhat töltött úgy, hogy a járművet otthoni dugóval csatlakoztatja egy konnektorhoz vagy nyilvános töltőállomáshoz, és tölti fel az elektromos hálózatra. Autóval indulva az első kilométereket elektromosan (azaz károsanyag-kibocsátásmentesen) lehet megtenni. Ideális, ha a városból az autópályára vezet. Amint SOC (State Of Charge), vagy más szóval, az akkumulátor töltöttségi szintje alacsony lesz, a belsőégésű motor beindul és biztosítja a főhajtást. Fékezéskor a regeneratív fékezés részben újratölti az akkumulátort.
További előny, hogy az elektromos kiegészítő fűtés és/vagy légkondicionálás előre beállított időpontban programozható, így kellemes beltéri klímába léphetünk, anélkül, hogy ez az akkumulátor kapacitásának vagy az üzemanyag rovására menne.
A legtöbb esetben a plug-in hibrid elektromos hatótávja 40-60 km között van. Példák:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV 2015-ös modellév: 43 km és 2021-es modellév: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business plugin hibrid (2021): 55 km.
Figyelem: ezek a gyártó specifikációi. Kedvezőtlen körülmények között, mint például alacsony hőmérséklet vagy kedvezőtlen vezetési stílus, a hatótáv akár 30%-kal is csökkenhet.
Energetikai hasznosítás:
Gyorsításkor az akkumulátor elektromos energiát lát el a villanymotornak. Lassításkor (fékezéskor) a villanymotor generáló hatást fejt ki; az elektromos motor tölti az akkumulátort. Ezt „visszatápláló fékezésnek” vagy „visszatápláló fékezésnek” is nevezik. Erről bővebb információt a következő oldalakon találhat inverterek és a elektromos megtalálja.
A rendszer áttekintése Toyota Prius:
A Toyota Prius akkumulátora körülbelül 200 voltos egyenfeszültséget tárol. A lendület átalakító a 201,6-os akkumulátorfeszültséget magasabb, 650 voltos egyenfeszültséggé (DC) alakítja át. A boost konverter egy DC/DC konverter; DC marad, csak a feszültséget növeljük. A 650 voltos egyenfeszültség az inverterbe kerül. A inverterek az egyenfeszültséget (DC) váltakozó feszültséggé (AC) alakítja át és fordítva. Ezért ezt az átalakítót AC/DC egyenirányítónak vagy DC/AC átalakítónak nevezzük. Az egyenáramról váltakozó áramra történő átalakításon túl az inverter az elektromos motorokat is IGBT-k segítségével vezérli. A két villanymotor (MG1 és MG2) körülbelül 600 voltos háromfázisú váltakozó feszültséggel működik.
Az akkumulátorfeszültség nem csak a boost konverterhez és a klímakompresszorhoz jut, hanem a fedélzeti akkumulátor DC/DC átalakítójához is. A 201,6 voltos feszültséget minden második alkalommal 14 voltra alakítják át ólom-sav akkumulátor hogy be tudjon tölteni. Ehhez a 14 voltos akkumulátorhoz csatlakoznak a belső és külső elektromos alkatrészek, mint például a rádió, a világítás, az ajtózárak stb.
A rendszer áttekintése Mitsubishi Outlander:
Az alábbi áttekintés a Mitsubishi Outlander (2019-es modellév >) alkatrészeit mutatja be.
A vezetési körülményektől függően ez a (plug-in) hibrid elektromos járműként, sorozat hibridként vagy párhuzamos hibridként viselkedik. A rövidítések a következők:
- PDU: Power Drive Unit
- GCU: Generátorvezérlő egység
- FMCU: Első motorvezérlő egység
- RMCU: hátsó motorvezérlő egység
- GCU: Generátorvezérlő egység
- OBC: Fedélzeti töltő
EV üzemmód: teljesen elektromos vezetésnél a többtárcsás nedves tengelykapcsoló kiold, és az elektromos motorok (egyenként 60 kW maximális teljesítményű) biztosítják a hajtást. A benzinmotor és a generátor le van kapcsolva.
Sorozat mód: <30%-os akkumulátortöltésnél és >60%-os teljesítményigénynél beindul a benzinmotor és a generátor. A tengelykapcsoló kioldva marad. A benzinmotor hajtja a generátort, amely biztosítja az akkumulátor töltését (és ezért nem a kerekek hajtását). A rendszer mostantól sorozathibridként viselkedik. A benzinmotor fordulatszáma vezetés közben körülbelül 1700 fordulat. / perc Gyorsításkor és fékezéskor a fordulatszám 1100 ford./percre csökken.
Párhuzamos mód: Ha 65 km/h-nál gyorsabban halad, megnövekszik az energiaigény, vagy az akkumulátor SOC-értéke <30%, a sebességváltót úgy kapcsolják, hogy létrejöjjön a párhuzamos üzemmód. A belső égésű motor és az első villanymotor hajtja a kerekeket. A belső égésű motor és az első villanymotor fordulatszámát a tengelykapcsoló bekapcsolása előtt szinkronizálják. Párhuzamos üzemmódban a hátsó villanymotor vezérlése akár 5%-kal is vezérelhető, hogy megakadályozza a mágneses tér ellenállását nagy sebességnél terhelés nélkül.
Hibrid jármű sebességváltója:
A legtöbb gyártó (Ford, Honda, GM) belefér 2019-be CVT technológia (folyamatosan változó sebességváltó) hibrid modelljeik váltójaként.
A Toyota Prius CVT technológiája (lásd a képet) nem tolószíjjal és állítható átmérőjű szíjtárcsákkal, hanem elektromosan vezérelt villanymotor, generátor, ill. bolygóműves rendszer. Ennek a váltótípusnak az előnye a mechanikus CVT-vel szemben, hogy nem kopik, és sokkal kisebb a súlya.
A Prius ábrázolt hajtáslánca a következőkből áll:
- belső égésű motor (benzinmotor);
- MG1 villanymotor (generátorként/dinamóként működik a regeneratív fékezés során);
- MG2 villanymotor (a hajtás motorja);
- bolygókerekes hajtóműrendszer (Power Split Device), amely képes a belső égésű motort és az elektromos motort a hajtáslánchoz csatlakoztatni és leválasztani;
- láncátvitel a differenciálműhöz csatlakoztatott lánckerekeken.
