Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Formy hybrydowe
- Mikrohybryda
- Łagodna hybryda
- Szeregowy napęd hybrydowy
- Równoległy napęd hybrydowy
- Hybryda typu plug-in
- Odzyskiwanie energii
- Przegląd systemu Toyota Prius
- Przegląd systemu Mitsubishi Outlander
- Transmisja pojazdu hybrydowego
Przedmowa:
Podczas spalania paliw kopalnych uwalniany jest dwutlenek węgla (CO2). Ten CO2 gromadzi się w atmosferze. Kiedy światło słoneczne pada na Ziemię, promieniowanie cieplne nie może już uciekać z powodu akumulacji CO2, powodując „efekt cieplarniany”. 120g CO2/km odpowiada:
- 5,2 l benzyny / 100 km
- 4,5 l oleju napędowego / 100 km
- 4,4 kg gazu ziemnego / 100 km
- 1,0 kg wodoru / 100 km
- 20 kWh prądu / 100 km
Dzięki technologii hybrydowej redukcja CO2 (emisji) jest zmniejszona. Producenci są obecnie zajęci opracowywaniem coraz większej liczby technologii umożliwiających przejście na energię z jazdy neutralnej pod względem emisji CO2.
Formy hybrydowe:
Pojazdy z napędem hybrydowym korzystają zarówno z silnika spalinowego, jak i elektrycznego. Celem hybrydyzacji jest przede wszystkim zmniejszenie zużycia paliwa i emisji spalin. Dodatkowe korzyści wynikające z zastosowania silników elektrycznych to wyższy moment obrotowy i większy komfort.
W przypadku napędów hybrydowych rozróżnia się pojazdy mikrohybrydowe, miękkie i w pełni hybrydowe.
Pojazd z napędem w pełni elektrycznym nie zalicza się do kategorii „hybrydowej”. Pojazd wyposażony w moduł zwiększający zasięg można zaliczyć do „hybryd seryjnych”.
Poniższy diagram przedstawia różne formy hybrydowe, od niskiej do wysokiej formy wsparcia elektrycznego. prowadzić.
Mikrohybryda:
Pojazd mikrohybrydowy nie posiada silnika elektrycznego wspomagającego silnik spalinowy podczas jazdy, ale jest wyposażony w różne technologie oszczędzające paliwo. Zatem tutaj nie ma czegoś takiego System WN (wysokiego napięcia). Dzięki niemu osiąga się oszczędności paliwa układ start-stop, który automatycznie zatrzymuje i uruchamia silnik podczas postoju pojazdu oraz system regeneracji akumulatora. Ten układ regeneracji umożliwia maksymalne naładowanie alternatora podczas hamowania pojazdu. Energia normalnie tracona w klockach hamulcowych jest teraz częściowo wykorzystywana do ładowania akumulatora 12 V. Oznacza to, że przy jeździe ze stałą prędkością nie jest wymagany dodatkowy wtrysk paliwa przy zwiększonym obciążeniu alternatora i oszczędzane jest paliwo.
Łagodna hybryda:
W pojazdach z łagodną hybrydą Silnik spalinowy zasilane jednym lub dwoma napięciem 48 woltów silniki elektryczne które zapewniają dodatkową moc w różnych warunkach pracy. Silnik elektryczny wspomaga silnik spalinowy w przyspieszaniu. Podczas jazdy ze stałą prędkością silnik elektryczny zostaje ponownie automatycznie wyłączony. Pojazd nie może zatem poruszać się w trybie całkowicie elektrycznym.
W pobliżu znajduje się silnik elektryczny koło zamachowelub pomiędzy silnikiem elektrycznym a końcówką przekładni znajduje się łańcuch/pasek zębaty kruki. Stosunkowo kompaktowy akumulator 48 V często umieszcza się w bagażniku.
Na zdjęciu widać silnik elektryczny w obudowie koła zamachowego silnika spalinowego. To także nie jest system HV. Technik nieposiadający certyfikatu NEN może zatem wykonywać prace przy elektrycznym układzie napędowym.
Pojazd mikrohybrydowy może być również wyposażony w 48-woltowy rozrusznik-prądnicę, który zasadniczo stanowi połączenie alternatora i rozrusznika. Producenci nadają temu typowi generatora rozrusznika następujące nazwy:
- Dynastart;
- Generator rozrusznika;
- Rozrusznik-alternator napędzany paskiem;
- Zintegrowany z paskiem generator rozrusznika (BSG).
Za pomocą mechanizmu pasek wielopasmowy można napiąć po właściwej stronie, w zależności od obciążenia lub rozruchu.
Poniższe trzy zdjęcia przedstawiają trzy możliwe pozycje podczas (regeneracyjnego) ładowania akumulatora, rozruchu silnika spalinowego oraz w trybie silnika elektrycznego, gdzie wspomaga on silnik spalinowy. Wsparcie silników turbo odbywa się głównie w niskim zakresie obrotów, gdzie „doładowanie” silnika elektrycznego kompensuje tzw. turbo lag.
Alternator z rozrusznikiem 48 V zastępuje „normalny” alternator 12 V. Oprócz akumulatora 48 V posiadamy również akumulator 12 V do pokładowej instalacji elektrycznej, który zasila oświetlenie, zamki drzwi i akcesoria w samochodzie. A Przetwornica/przetwornica DC-DC (transformator) przetwarza napięcie 48 woltów na napięcie 12 woltów w celu ładowania akumulatora.
Szeregowy napęd hybrydowy:
Pojazd z szeregowym napędem hybrydowym jest użytkowany wyłącznie przez Silnik elektryczny wysokiego napięcia napędzany. Nie ma bezpośredniego połączenia pomiędzy silnikiem spalinowym a kołami. Poniższy obrazek przedstawia przykład samochodu hybrydowego z napędem na tylne koła.
Pomiędzy silnikiem spalinowym (1) a generatorem (3) znajduje się sprzęgło (2). Kiedy silnik pracuje i sprzęgło jest zamknięte, Akumulator wysokiego napięcia (7) za pomocą generatora (3) i falownik ok. falownik (6) naładowany. Falownik reguluje napięcie prądu przemiennego dostarczane przez generator na regulowane napięcie prądu stałego.
Elementy elektryczne układu napędowego hybrydy szeregowej działają pod wysokim napięciem (HV). Można to rozpoznać po pomarańczowych kablach i wtyczkach. Prace przy systemie WN mogą wykonywać wyłącznie certyfikowani technicy.
Zalety szeregowego układu hybrydowego:
- Prosta konstrukcja, ponieważ silnik spalinowy nie zapewnia bezpośredniego napędu.
- Nadaje się do jazdy w pełni elektrycznym, jeśli akumulator jest wystarczająco duży.
- Aby ruszyć z miejsca, nie jest potrzebne sprzęgło; dba o to silnik elektryczny.
- Nie jest potrzebny bieg wsteczny, ponieważ silnik elektryczny może obracać się w dwóch kierunkach.
- Nadaje się do ładowania z sieci (wtyczka).
Wady:
- Silnik elektryczny musi zapewniać pełną moc napędową
- Większa masa niż pojazd z napędem równoległym.
Równoległy napęd hybrydowy:
W pojeździe z równoległym napędem hybrydowym może istnieć bezpośrednie połączenie silnika spalinowego z kołami. Gdy złącza (3 i 5) na poniższym obrazku są zamknięte, pojazd może jeździć na silniku spalinowym. Silnik elektryczny (4) służy zarówno do ładowania akumulatora, jak i do napędzania kół.
Hybryda równoległa może także poruszać się wyłącznie na silniku elektrycznym. Otwarcie złącza 3 powoduje zerwanie połączenia z silnikiem spalinowym; Można to wyłączyć, aby móc jeździć wyłącznie na napędzie elektrycznym. Sprzęgło 5 jest włączone podczas ruszania z miejsca.
Podobnie jak hybryda szeregowa, hybryda równoległa wyposażona jest w instalację WN z pomarańczowymi kablami i wtyczkami.
Zalety równoległego układu hybrydowego:
- Nadaje się do jazdy w pełni elektrycznym, pod warunkiem, że akumulator jest odpowiednio pojemny i istnieje sprzęgło pomiędzy silnikiem spalinowym a silnikiem elektrycznym.
- Nie jest potrzebny bieg wsteczny, ponieważ silnik elektryczny może obracać się w dwóch kierunkach.
- Nadaje się do ładowania z sieci (wtyczka).
- Mniejszy silnik spalinowy, ponieważ silnik elektryczny wspomaga przyspieszanie.
- Mniejszy silnik elektryczny, ponieważ silnik spalinowy może wspomagać przyspieszanie.
- Mniejsza masa niż pojazd z napędem szeregowym.
Wady:
- Mechanicznie skomplikowane.
- Sprzęgło wymagane do jazdy na napędzie elektrycznym.
- Potrzebna skrzynia biegów.
Hybryda typu plug-in:
Akumulator pojazdu hybrydowego zwykle ładuje się poprzez hamowanie regeneracyjne lub poprzez umożliwienie silnikowi spalinowemu napędzania silnika elektrycznego (który jest następnie wykorzystywany jako generator). To drugie oczywiście nie jest skuteczne.
W przypadku hybrydy typu plug-in może stać się akumulatorem oppeladen poprzez podłączenie pojazdu z wtyczką w domu do gniazdka lub publicznej stacji ładowania i ładowanie go z sieci energetycznej. Wyjeżdżając samochodem pierwsze kilometry można pokonać na napędzie elektrycznym (czyli bezemisyjnym). Idealny podczas jazdy z miasta na autostradę. Tak szybko SOC (stan naładowania)lub poziom naładowania akumulatora będzie niski, uruchomi się silnik spalinowy, który zapewni napęd główny. Podczas hamowania hamowanie regeneracyjne częściowo ładuje akumulator.
Dodatkową zaletą jest to, że elektryczne ogrzewanie postojowe i/lub klimatyzację można zaprogramować na zadaną godzinę, dzięki czemu uzyskasz przyjemny klimat w pomieszczeniu, nie kosztem pojemności akumulatora ani paliwa.
W większości przypadków hybryda typu plug-in ma ograniczony zasięg na napędzie elektrycznym od 40 do 60 km. Przykładami są:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV rok modelowy 2015: 43 km i rok modelowy 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business hybryda plug-in (2021): 55 km.
Uwaga: są to dane techniczne producenta. W niesprzyjających warunkach, takich jak niska temperatura czy niesprzyjający styl jazdy, zasięg może spaść nawet o 30%.
Odzyskiwanie energii:
Podczas przyspieszania akumulator dostarcza energię elektryczną do silnika elektrycznego. Podczas zwalniania (hamowania) silnik elektryczny będzie miał działanie generujące; silnik elektryczny będzie ładować akumulator. Nazywa się to również „hamowaniem regeneracyjnym” lub „hamowaniem rekuperacyjnym”. Więcej informacji na ten temat znajdziesz na stronach o falownik i silnik elektryczny znajdź to.
Przegląd systemu Toyota Prius:
Akumulator Toyoty Prius przechowuje napięcie stałe około 200 woltów. Wzmocnienie przetwornik przetwarza napięcie akumulatora 201,6 na wyższe napięcie stałe (DC) wynoszące 650 woltów. Przetwornica podwyższająca to przetwornica DC/DC; pozostaje DC, tylko napięcie wzrasta. Napięcie stałe 650 V trafia do falownika. The falownik przetwarza napięcie stałe (DC) na napięcie przemienne (AC) i odwrotnie. Dlatego nazywamy ten konwerter prostownikiem AC/DC lub konwerterem DC/AC. Oprócz konwersji prądu stałego na prąd przemienny, falownik steruje również silnikami elektrycznymi za pomocą tranzystorów IGBT. Dwa silniki elektryczne (MG1 i MG2) działają przy trójfazowym napięciu przemiennym o napięciu około 600 woltów.
Napięcie akumulatora trafia nie tylko do przetwornicy doładowania i sprężarki klimatyzacji, ale także do przetwornicy DC/DC akumulatora pokładowego. Napięcie 201,6 woltów jest konwertowane co drugie na 14 woltów akumulator kwasowo-ołowiowy aby móc załadować. Do tego 14-woltowego akumulatora podłączone są elementy elektryczne wnętrza i nadwozia, takie jak radio, oświetlenie, zamki w drzwiach itp.
Przegląd systemu Mitsubishi Outlander:
Poniższy przegląd przedstawia komponenty Mitsubishi Outlander (rok modelowy 2019 >).
W zależności od warunków jazdy ta hybryda (plug-in) zachowuje się jak pojazd elektryczny, hybryda szeregowa lub hybryda równoległa. Skróty są następujące:
- PDU: Jednostka napędowa
- GCU: Jednostka sterująca generatora
- FMCU: Przednia jednostka sterująca silnikiem
- RMCU: Tylna jednostka sterująca silnikiem
- GCU: Jednostka sterująca generatora
- OBC: Ładowarka pokładowa
Tryb EV: podczas jazdy w trybie całkowicie elektrycznym sprzęgło wielopłytkowe jest odłączane, a napęd zapewniają silniki elektryczne (każdy o maksymalnej mocy 60 kW). Silnik benzynowy i generator są wyłączone.
Tryb serii: Przy naładowaniu akumulatora <30% i zapotrzebowaniu na moc >60% uruchamiany jest silnik benzynowy i generator. Sprzęgło pozostaje rozłączone. Silnik benzynowy napędza generator, który zapewnia ładowanie akumulatora (a więc nie napęd kół). System zachowuje się teraz jak hybryda szeregowa. Prędkość obrotowa silnika benzynowego wynosi w czasie jazdy około 1700 obrotów. / min Podczas przyspieszania i hamowania prędkość spada do 1100 obr/min.
Tryb równoległy: Gdy jedziesz szybciej niż 65 km/h, występuje zwiększone zapotrzebowanie na moc lub SOC akumulatora jest <30%, skrzynia biegów jest przełączana w taki sposób, aby powstał tryb równoległy. Silnik spalinowy i przedni silnik elektryczny napędzają koła. Przed włączeniem sprzęgła synchronizowane są prędkości obrotowe silnika spalinowego i przedniego silnika elektrycznego. W trybie równoległym tylny silnik elektryczny jest sterowany w zakresie do 5%, aby zapobiec oporom pola magnetycznego przy dużych prędkościach i pracy bez obciążenia.
Skrzynia biegów pojazdu hybrydowego:
Większość producentów (Ford, Honda, GM) pasuje do 2019 roku Technologia CVT (przekładnia bezstopniowa) jako przekładnia w swoich modelach hybrydowych.
Technologia CVT Toyoty Prius (patrz zdjęcie) nie została osiągnięta za pomocą paska pchającego i kół pasowych o regulowanej średnicy, ale poprzez elektrycznie sterowaną kombinację silnika elektrycznego, generatora i układ przekładni planetarnej. Zaletą tego typu przekładni w porównaniu z mechaniczną przekładnią bezstopniową jest to, że nie ulega ona zużyciu i ma znacznie mniejszą masę.
Przedstawiony układ napędowy Priusa składa się z:
- silnik spalinowy (silnik benzynowy);
- silnik elektryczny MG1 (pracuje jako generator/dynamo podczas hamowania regeneracyjnego);
- silnik elektryczny MG2 (silnik do napędu);
- układ przekładni planetarnej (Power Split Device), umożliwiający łączenie i odłączanie silnika spalinowego i elektrycznego od układu napędowego;
- przekładnia łańcuchowa na zębatkach połączonych z mechanizmem różnicowym.
