Híbrido

Tópicos:

Introdução
Formas híbridas
Microhíbrido
Híbrido suave
Unidade híbrida serial
Acionamento híbrido paralelo
Híbrido plug-in
Recuperação de energia
Visão geral do sistema Toyota Prius
Visão geral do sistema Mitsubishi Outlander
Transmissão de um veículo híbrido

Introdução:
Quando os combustíveis fósseis são queimados, é libertado dióxido de carbono (CO2). Este CO2 se acumula na atmosfera. Quando a luz solar incide sobre a Terra, a radiação de calor não consegue mais escapar devido ao acúmulo de CO2, causando o “efeito estufa”. 120g CO2/km corresponde a:

5,2 l gasolina/100 km
4,5 litros diesel/100 km
4,4 kg de gás natural/100 km
1,0 kg de hidrogênio/100 km
20 kWh de eletricidade / 100 km

Com a tecnologia híbrida, a redução de CO2 (emissões) é reduzida. Os fabricantes estão atualmente ocupados a desenvolver cada vez mais tecnologias para realizar uma transição energética a partir de uma condução neutra em CO2.

Formas híbridas:
Os veículos com tração híbrida utilizam tanto o motor de combustão quanto o motor elétrico. O objetivo da hibridização é principalmente reduzir o consumo de combustível e as emissões de gases de escape. Os benefícios adicionais graças ao(s) motor(es) elétrico(s) são maior torque e mais conforto.

Com acionamentos híbridos, é feita uma distinção entre veículos micro-híbridos, híbridos moderados e híbridos completos.

Um veículo com tração totalmente elétrica não se enquadra na categoria “híbrido”. Um veículo equipado com extensor de autonomia pode ser classificado como “híbrido de série”.

O diagrama abaixo mostra as diferentes formas híbridas, de uma forma baixa a alta de suporte elétrico. dirigir.

Microhíbrido:
Um veículo micro-híbrido não possui motor elétrico para apoiar o motor de combustão durante a condução, mas está equipado com diversas tecnologias de economia de combustível. Então não existe tal coisa aqui Sistema HV (Alta Tensão). A economia de combustível é alcançada através dele sistema de partida/parada, que desliga e liga automaticamente o motor quando o veículo está parado e um sistema de regeneração da bateria. Este sistema de regeneração permite que o alternador carregue ao máximo quando o veículo freia. A energia que normalmente se perde nas pastilhas dos travões é agora parcialmente utilizada para carregar a bateria de 12 volts. Isto significa que a injeção adicional de combustível não é necessária para o aumento da carga no alternador ao dirigir em velocidade constante e o combustível é economizado.

Híbrido suave:
Em veículos híbridos moderados, o Motor à combustão suportado por um ou dois 48 volts motores elétricos que fornecem energia extra sob diferentes condições de operação. O motor elétrico auxilia o motor de combustão na aceleração. Ao conduzir a uma velocidade constante, o motor eléctrico desliga-se automaticamente. O veículo não pode, portanto, ser conduzido de forma totalmente elétrica.

O motor elétrico está localizado próximo a ele volante, ou existe uma transmissão por corrente/correia dentada entre o motor elétrico e a extremidade do Virabrequim. A bateria relativamente compacta de 48 volts geralmente está localizada no porta-malas.

A imagem mostra um motor elétrico na carcaça do volante do motor de combustão. Este também não é um sistema HV. Um técnico sem certificado NEN também pode realizar trabalhos no sistema de transmissão elétrico.

Um veículo micro-híbrido também pode ser equipado com um gerador de motor de partida de 48 volts, que é essencialmente uma combinação de alternador e motor de partida. Os fabricantes dão os seguintes nomes a este tipo de gerador de motor de partida:

Dinastart;
Gerador de partida;
Alternador de partida acionado por correia;
Gerador de partida integrado por correia (BSG).

Através de um mecanismo, a correia múltipla pode ser apertada no lado correto dependendo do carregamento ou da partida.

As três imagens abaixo mostram as três posições possíveis durante a carga (regenerativa) da bateria, partida do motor a combustão e modo motor elétrico, onde ela sustenta o motor a combustão. O suporte aos motores turbo ocorre principalmente na faixa de baixa rotação, onde o “boost” do motor elétrico compensa o chamado turbo lag.

Um alternador de motor de partida de 48 volts substitui o alternador "normal" de 12 volts. Além da bateria de 48 volts, temos também a bateria de 12 volts para o sistema elétrico de bordo que fornece energia para a iluminação, fechaduras e acessórios do carro. A Conversor / conversor DC-DC (transformador) converte 48 volts em 12 volts para carregar a bateria.

Unidade híbrida serial:
Um veículo com tração híbrida serial é operado exclusivamente pela Motor elétrico de alta voltagem alimentado. Não há conexão direta entre o motor de combustão e as rodas. A imagem abaixo mostra um exemplo de carro híbrido da série com tração traseira.
Existe um acoplamento (1) entre o motor de combustão (3) e o gerador (2). Quando o motor está funcionando e a embreagem fechada, o Bateria de alta tensão (7) por meio do gerador (3) e do inversor cq. inversor (6) cobrado. O inversor regula a tensão CA fornecida pelo gerador para uma tensão CC regulada.

Os componentes elétricos do sistema de transmissão de um híbrido serial operam com alta tensão (HV). Isso pode ser reconhecido pelos cabos e plugues laranja. Somente técnicos certificados podem realizar trabalhos no sistema HV.

Vantagens do sistema híbrido serial:

Construção simples porque o motor de combustão não fornece diretamente o acionamento.
Adequado para condução totalmente elétrica, se a bateria for suficientemente grande.
Não é necessária embreagem para sair da paralisação; o motor elétrico cuida disso.
Nenhuma marcha à ré é necessária porque o motor elétrico pode girar em duas direções.
Adequado para carregamento através da rede elétrica (plug-in).

Contras:

O motor elétrico deve fornecer potência total de acionamento
Massa maior que um veículo com tração paralela.

Acionamento híbrido paralelo:
Num veículo com tração híbrida paralela, pode haver uma ligação direta entre o motor de combustão e as rodas. Quando os engates (3 e 5) da imagem abaixo estão fechados, o veículo pode funcionar com motor a combustão. O motor elétrico (4) serve tanto para carregar a bateria quanto para acionar as rodas.
Um híbrido paralelo também pode funcionar exclusivamente com motor elétrico. Ao abrir o acoplamento 3, a ligação ao motor de combustão é interrompida; Isto pode ser desligado, para que você possa dirigir exclusivamente eletricamente. A embraiagem 5 é engatada ao sair da posição parada.

Tal como o híbrido em série, o híbrido paralelo está equipado com uma instalação HV com cabos e fichas cor de laranja.

Vantagens do sistema híbrido paralelo:

Adequado para condução totalmente elétrica, desde que a bateria seja suficientemente grande e exista um acoplamento entre o motor de combustão e o motor elétrico.
Nenhuma marcha à ré é necessária porque o motor elétrico pode girar em duas direções.
Adequado para carregamento através da rede elétrica (plug-in).
Motor de combustão menor, pois o motor elétrico auxilia na aceleração.
Motor elétrico menor, pois o motor a combustão pode auxiliar na aceleração.
Massa menor que um veículo com tração serial.

Contras:

Mecanicamente complicado.
Embreagem necessária para condução elétrica.
Necessita caixa de câmbio.

Plug-in híbrido:
A bateria de um veículo híbrido normalmente carrega através da frenagem regenerativa ou deixando o motor de combustão acionar o motor elétrico (que é então usado como gerador). Este último obviamente não é eficiente.

Com um plug-in híbrido, ele pode se tornar a bateria carregada ligando o veículo com ficha em casa a uma tomada ou posto de carregamento público e carregando-o com a rede eléctrica. Quando você sai de carro, os primeiros quilômetros podem ser percorridos eletricamente (ou seja, sem emissões). Ideal ao dirigir da cidade para a rodovia. Tão logo SOC (estado de carga), ou o nível de carga da bateria ficar baixo, o motor de combustão dará partida e fornecerá a propulsão principal. Ao travar, a travagem regenerativa recarrega parcialmente a bateria.

Uma vantagem adicional é que o aquecimento auxiliar eléctrico e/ou o ar condicionado podem ser programados a uma hora predefinida, para que se obtenha um clima interior agradável, sem que isso prejudique a capacidade da bateria ou o combustível.

Na maioria dos casos, um híbrido plug-in tem uma autonomia elétrica limitada de 40 a 60 km. Exemplos são:

BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
Modelo Mitsubishi Outlander PHEV ano 2015: 43 km e modelo ano 2021: 54 km;
Híbrido de plug-in Volkswagen Passat GTE Business (2021): 55 km.

Atenção: estas são as especificações do fabricante. Em condições desfavoráveis, como baixas temperaturas ou estilo de condução desfavorável, a autonomia pode diminuir até 30%.

Recuperação de energia:
Ao acelerar, a bateria fornece energia elétrica ao motor elétrico. Ao desacelerar (frenagem), o motor elétrico terá efeito gerador; o motor elétrico carregará a bateria. Isto também é chamado de “frenagem regenerativa” ou “frenagem recuperativa”. Você pode encontrar mais informações sobre isso nas páginas sobre inversor e a motor elétrico encontre.

Visão geral do sistema Toyota Prius:
A bateria de um Toyota Prius armazena uma tensão contínua de aproximadamente 200 volts. O impulso conversor converte a tensão da bateria de 201,6 em uma tensão contínua (CC) mais alta de 650 volts. O conversor boost é um conversor DC/DC; permanece DC, apenas a tensão é aumentada. A tensão DC de 650 volts vai para o inversor. O inversor converte tensão contínua (CC) em tensão alternada (CA) e vice-versa. Portanto, chamamos este conversor de retificador CA/CC ou conversor CC/CA. Além da conversão de CC para CA, o inversor também controla os motores elétricos por meio de IGBTs. Os dois motores elétricos (MG1 e MG2) operam com tensão alternada trifásica de aproximadamente 600 volts.

A tensão da bateria não vai apenas para o conversor boost e o compressor do ar condicionado, mas também para o conversor DC/DC da bateria integrada. A tensão de 201,6 volts é convertida em 14 volts a cada dois bateria de chumbo ácido para poder carregar. A esta bateria de 14 volts estão ligados os componentes elétricos do interior e exterior, como rádio, iluminação, fechaduras, etc.

Visão geral do sistema Mitsubishi Outlander:
A visão geral a seguir mostra os componentes de um Mitsubishi Outlander (ano modelo 2019 >).
Dependendo das condições de condução, este híbrido (plug-in) comporta-se como um EV, híbrido em série ou híbrido paralelo. As abreviaturas são as seguintes:

PDU: Unidade de acionamento de energia
GCU: Unidade de Controle do Gerador
FMCU: Unidade de controle do motor frontal
RMCU: Unidade de controle do motor traseiro
GCU: Unidade de Controle do Gerador
OBC: Carregador a bordo

Modo EV: ao dirigir totalmente elétrico, a embreagem úmida multidisco é desengatada e os motores elétricos (cada um com potência máxima de 60 kW) fornecem a tração. O motor a gasolina e o gerador estão desligados.

Modo série: Com uma carga da bateria <30% e uma necessidade de energia >60%, o motor a gasolina e o gerador são ligados. A embreagem permanece desengatada. O motor a gasolina aciona o gerador, que fornece a carga da bateria (e, portanto, não a tração das rodas). O sistema agora se comporta como um híbrido em série. A velocidade do motor a gasolina é de aproximadamente 1700 rotações durante a condução. / min Ao acelerar e frear, a velocidade cai para 1100 rpm.

Modo paralelo: Quando você dirige a mais de 65 km/h, há um aumento na demanda de energia ou o SOC da bateria é <30%, a transmissão é comutada de forma que o modo paralelo seja criado. O motor de combustão e o motor elétrico dianteiro acionam as rodas. As velocidades do motor de combustão e do motor elétrico dianteiro são sincronizadas antes da embreagem ser engatada. No modo paralelo, o motor elétrico traseiro é controlado em até 5% para evitar resistência ao campo magnético em altas velocidades ao funcionar sem carga.

Transmissão de um veículo híbrido:
A maioria dos fabricantes (Ford, Honda, GM) se adaptam em 2019 Tecnologia CVT (Transmissão Continuamente Variável) como transmissão para seus modelos híbridos.
A tecnologia CVT do Toyota Prius (ver imagem) não é alcançada por uma correia de transmissão e polias de diâmetro ajustável, mas por uma combinação controlada eletricamente de motor elétrico, gerador e sistema de engrenagens planetárias. A vantagem desse tipo de transmissão em relação à CVT mecânica é que ela não sofre desgaste e tem muito menos peso.

O trem de força representado do Prius consiste em:

motor de combustão (motor a gasolina);
motor elétrico MG1 (funciona como gerador/dínamo durante a frenagem regenerativa);
motor elétrico MG2 (o motor do acionamento);
sistema de engrenagens planetárias (Power Split Device) que pode conectar e desconectar o motor de combustão e o motor elétrico do trem de força;
transmissão por corrente em rodas dentadas conectadas ao diferencial.

Zie ook: