Šta je hibridni sistem vozila?

U posljednje vrijeme električna vozila dobivaju popularnost. Međutim, punopravna električna vozila imaju značajan nedostatak - malu rezervu snage bez punjenja. Iz tog razloga mnogi vodeći proizvođači automobila neke svoje modele opremaju hibridnim jedinicama.

U osnovi, hibridni automobil je vozilo čiji je glavni pogon motor s unutrašnjim sagorijevanjem, ali ga pokreće električni sistem s jednim ili više elektromotora i dodatnom baterijom.

Danas se koristi nekoliko kategorija hibrida. Neki ICE pomažu samo na početku, drugi vam omogućavaju da vozite električnom vučom. Razmotrite karakteristike takvih elektrana: koja je njihova razlika, kako rade, kao i glavne prednosti i nedostatke hibrida.

Istorija hibridnih motora

Ideja o stvaranju hibridnog automobila (ili križanja između klasičnog automobila i električnog automobila) pokrenuta je rastom cijena goriva, strožim standardima emisije štetnih vozila i većom udobnošću vožnje.

Razvojem mješovite elektrane prvi se bavila francuska kompanija Parisienne de voitures electriques. Međutim, prvi izvodljivi hibridni automobil bilo je stvaranje Ferdinanda Porschea. U elektrani Lohner Electric Chaise, motor sa unutrašnjim izgaranjem služio je kao generator električne energije, koji je napajao prednja dva elektromotora (postavljena direktno na točkove).

Vozilo je javnosti predstavljeno 1901. godine. Ukupno je prodano oko 300 primjeraka takvih automobila. Pokazalo se da je model vrlo praktičan, ali skup za proizvodnju, tako da obični vozač nije mogao priuštiti takvo vozilo. Štoviše, u to se vrijeme pojavio jeftiniji i ne manje praktičan automobil koji je razvio dizajner Henry Ford.

Klasični benzinski pogoni prisilili su programere da napuste ideju stvaranja hibrida tokom mnogih decenija. Interes za zeleni transport porastao je usvajanjem američkog Zakona o promociji električnih vozila. Usvojen je 1960.

Slučajno je 1973. godine izbila svjetska naftna kriza. Ako američki zakoni nisu ohrabrili proizvođače da razmišljaju o razvoju povoljnih ekoloških automobila, onda ih je kriza natjerala na to.

Prvi potpuno hibridni sistem, čiji se osnovni princip i danas koristi, TRW je razvio 1968. godine. Prema konceptu, zajedno s elektromotorom, bilo je moguće koristiti manji motor sa unutrašnjim sagorijevanjem, ali snaga stroja nije izgubljena, a rad je postao mnogo uglađeniji.

Primjer punopravnog hibridnog vozila je GM 512 Hybrid. Pokretao ga je električni motor, koji je ubrzao vozilo do 17 km / h. Tom brzinom aktivirao se motor sa unutrašnjim sagorevanjem, poboljšavajući performanse sistema, zbog čega se brzina automobila povećala na 21 km / h. Ako je trebalo ići brže, elektromotor se isključio, a automobil je ubrzao već na benzinskom motoru. Ograničenje brzine bilo je 65 km / h.

VW Taxi Hybrid, još jedan uspješan hibridni automobil, predstavljen je javnosti 1973. godine.

Do sada proizvođači automobila pokušavaju hibridne i potpuno električne sisteme dovesti na nivo koji bi ih učinio konkurentnima u odnosu na klasične motore sa unutrašnjim sagorijevanjem. Iako se to još nije dogodilo, mnogi događaji opravdali su milijarde dolara potrošene na njihov razvoj.

Početkom trećeg milenijuma čovječanstvo je ugledalo novinu koja se zove Toyota Prius. Zamisao japanskog proizvođača postala je sinonim za koncept "hibridnog automobila". Mnogi moderni razvoji posuđeni su iz ovog razvoja. Do danas je napravljen veliki broj izmjena kombiniranih instalacija, što kupcu omogućuje da odabere najbolju opciju za sebe.

Kako rade hibridni automobili

Ne brkajte hibridni motor sa potpuno električnim vozilom. U nekim je slučajevima uključena električna instalacija. Na primjer, u gradskom načinu rada, kada je automobil u prometnoj gužvi, upotreba motora s unutrašnjim sagorijevanjem dovodi do pregrijavanja motora, kao i do povećanog zagađenja zraka. U takvim se situacijama aktivira električna instalacija.

Dizajn, hibrid se sastoji od:

• Glavna jedinica napajanja. To je benzinski ili dizel motor.
• Elektromotor. Može ih biti nekoliko, ovisno o modifikaciji. Po principu djelovanja, oni također mogu biti različiti. Na primjer, neki se mogu koristiti kao dodatni pogon za točkove, dok drugi - kao pomoćnik motoru prilikom pokretanja automobila s mjesta.
• Dodatna baterija. U nekim automobilima ima mali kapacitet čija je energetska rezerva dovoljna za kratkotrajno aktiviranje električne instalacije. U drugima je ova baterija velikog kapaciteta tako da se vozila mogu slobodno kretati od električne energije.
• Elektronski sistem upravljanja. Sofisticirani senzori nadgledaju rad motora sa unutrašnjim izgaranjem i analiziraju ponašanje mašine, na osnovu čega se elektromotor aktivira / deaktivira.
• Pretvarač. Ovo je pretvarač potrebne energije koja dolazi iz baterije u trofazni elektromotor. Ovaj element također raspoređuje opterećenje na različite čvorove, ovisno o modifikaciji instalacije.
• Generator. Bez ovog mehanizma nemoguće je napuniti glavnu ili dodatnu bateriju. Kao i u konvencionalnim automobilima, generator se napaja motorom sa unutrašnjim sagorevanjem.
• Sistemi rekuperacije toplote. Većina modernih hibrida opremljena je takvim sistemom. "Prikuplja" dodatnu energiju iz komponenata automobila kao što su kočioni sistem i šasija (kada se automobil kreće, na primjer s brda, pretvarač sakuplja oslobođenu energiju u bateriju).

Hibridnim pogonima se može upravljati pojedinačno ili u parovima.

Šeme rada

Postoji nekoliko uspješnih hibrida. Tri su glavna:

• dosljedan;
• paralelno;
• serijsko-paralelno.

Serijski krug

U ovom slučaju, motor sa unutrašnjim sagorevanjem koristi se kao generator električne energije za rad elektromotora. Zapravo, benzinski ili dizel motor nema direktne veze sa mjenjačem automobila.

Ovaj sistem omogućava ugradnju motora male snage s malom zapreminom u motorni prostor. Njihov glavni zadatak je pogon generatora napona.

Ta su vozila često opremljena sistemom za rekuperaciju, pomoću kojeg se mehanička i kinetička energija pretvara u električnu struju radi punjenja baterije. Ovisno o veličini baterije, automobil može prijeći određenu udaljenost isključivo na električnu vuču bez upotrebe motora s unutrašnjim sagorijevanjem.

Najpoznatiji primjer ove kategorije hibrida je Chevrolet Volt. Može se puniti kao običan električni automobil, ali zahvaljujući benzinskom motoru, domet se značajno povećava.

Paralelni krug

U paralelnim instalacijama, motor sa unutrašnjim sagorijevanjem i elektromotor rade zajedno. Zadatak elektromotora je smanjiti opterećenje glavne jedinice, što dovodi do značajne uštede goriva.

Ako je motor s unutrašnjim sagorijevanjem odspojen od mjenjača, automobil je u stanju preći određenu udaljenost od električne vuče. Ali glavni zadatak električnog dijela je osigurati lagano ubrzanje vozila. Glavna pogonska jedinica u takvim modifikacijama je benzinski (ili dizel) motor.

Kada automobil uspori ili se pomakne s rada motora s unutrašnjim sagorijevanjem, elektromotor djeluje kao generator za punjenje baterije. Zahvaljujući motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem, za ova vozila nije potrebna visokonaponska baterija.

Za razliku od sekvencijalnih hibrida, ove jedinice imaju veću potrošnju goriva, jer se elektromotor ne koristi kao zasebna pogonska jedinica. U nekim modelima, poput BMW -a 350E iPerformance, elektromotor je integriran u mjenjač.

Karakteristika ove šeme rada je veliki obrtni moment pri malim brzinama radilice.

Serijski paralelni krug

Ovaj krug su razvili japanski inženjeri. Zove se HSD (hibridni sinergijski pogon). U stvari, on kombinira funkcije prva dva tipa rada elektrane.

Kada automobil treba pokrenuti ili se polako kretati u gužvi, elektromotor se aktivira. Radi uštede energije pri velikim brzinama priključen je benzinski ili dizelski motor (ovisno o modelu vozila).

Ako trebate naglo ubrzati (na primjer, prilikom pretjecanja) ili se automobil vozi uzbrdo, elektrana radi paralelno - elektromotor pomaže motoru s unutrašnjim sagorijevanjem, što smanjuje opterećenje na njemu i, kao rezultat toga, štedi potrošnju goriva.

Planetarna veza automobilskog motora sa unutrašnjim sagorevanjem prenosi dio snage na glavni prijenos mjenjača, a dijelom na generator za punjenje baterije ili električnog pogona. U takvoj shemi instalirana je složena elektronika koja distribuira energiju u skladu sa situacijom.

Najistaknutiji primjer hibrida sa serijski paralelnim pogonom je Toyota Prius. Međutim, neke modifikacije poznatih modela japanske proizvodnje već su dobile takve instalacije. Primjer za to su Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Ovu tehnologiju su kupili i neki američki koncerni. Na primjer, razvoj je pronašao svoj put do Ford Escape Hybrid.

Hibridni tipovi agregata

Svi hibridni pogonski sklopovi klasificirani su u tri vrste:

• mekani hibrid;
• srednji hibrid;
• puni hibrid.

Svaki od njih ima svoju funkciju, kao i jedinstvene karakteristike.

Mikro hibridni pogonski sklop

Takve elektrane često su opremljene sistemom za rekuperaciju tako da se kinetička energija pretvara u električnu energiju i vraća u bateriju.

Pogonski mehanizam u njima je pokretač (može raditi i kao generator). U takvim instalacijama nema električnog pogona. Shema se koristi kod čestih pokretanja motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.

Srednje hibridni pogonski sklop

Takvi se automobili također ne kreću zbog elektromotora. Električni motor u ovom slučaju služi kao pomoćnik glavnoj pogonskoj jedinici kada se opterećenje povećava.

Takvi sistemi su takođe opremljeni sistemom za rekuperaciju, koji sakuplja slobodnu energiju natrag u bateriju. Srednje hibridne jedinice pružaju efikasniji toplotni motor.

Potpuno hibridni pogonski sklop

U takvim instalacijama postoji generator velike snage koji pokreće motor sa unutrašnjim sagorijevanjem. Sistem se aktivira pri malim brzinama vozila.

Učinkovitost sustava očituje se u prisustvu funkcije "Start / Stop", kada se automobil sporo kreće u gužvi, ali na semaforima morate naglo ubrzati. Karakteristika potpune hibridne instalacije je mogućnost isključivanja motora s unutrašnjim sagorijevanjem (kvačilo je isključeno) i upravljanja električnim motorom.

Klasifikacija prema stepenu elektrifikacije

U tehničkoj dokumentaciji ili na ime modela automobila mogu biti prisutni sljedeći izrazi:

• mikrohibrid;
• blagi hibrid;
• kompletan hibrid;
• plug-in hibrid.

Mikrohibrid

U takve automobile ugrađen je konvencionalni motor. Nisu na električni pogon. Ovi sistemi su ili opremljeni funkcijom start / stop ili su opremljeni sistemom regenerativnog kočenja (pri kočenju se baterija puni).

Neki modeli su opremljeni sa oba sistema. Neki stručnjaci vjeruju da se takva vozila ne smatraju hibridnim vozilima, jer koriste samo benzinske ili dizelske pogonske jedinice bez integracije u električni pogonski sistem.

Blagi hibrid

Takvi se automobili takođe ne kreću zbog električne energije. Oni takođe koriste toplotni motor, kao u prethodnoj kategoriji. Uz jedan izuzetak - motor sa unutrašnjim sagorijevanjem podržan je električnom instalacijom.

Ovi modeli nemaju zamašnjak. Njegovu funkciju obavlja električni pokretač-generator. Električni sistem povećava odboj motora male snage za vrijeme jakog ubrzanja.

Kompletan hibrid

Ova vozila su vozila koja električnom vučom mogu prijeći određenu udaljenost. U takvim modelima može se koristiti bilo koja gore navedena shema povezivanja.

Takvi hibridi se ne naplaćuju iz mreže. Baterija se puni energijom iz regenerativnog kočnog sistema i generatora. Udaljenost koju možete preći jednim punjenjem ovisi o kapacitetu baterije.

Hibridni dodaci

Takvi automobili mogu raditi kao električno vozilo ili raditi iz motora sa unutrašnjim sagorijevanjem. Zahvaljujući kombinaciji dvije elektrane, osigurava se pristojna ekonomičnost goriva.

Budući da je fizički nemoguće instalirati voluminoznu bateriju (u električnim vozilima ona zauzima mjesto spremnika za benzin), takav hibrid može prevaliti do 50 km jednim punjenjem bez ponovnog punjenja.

Prednosti i nedostaci hibridnih automobila

Trenutno se hibrid može smatrati prijelaznom vezom od toplotnog motora do ekološkog električnog analoga. Iako konačni cilj još nije postignut, zahvaljujući uvođenju modernih inovativnih dostignuća, postoji pozitivan trend u razvoju električnog transporta.

Budući da su hibridi prijelazna opcija, oni imaju i pozitivne i negativne poene. Plusevi uključuju:

• Ekonomija goriva. Ovisno o radu energetskog para, ovaj se indikator može povećati i do 30% ili više.
• Punjenje bez upotrebe električne mreže. To je postalo moguće zahvaljujući sistemu za oporavak kinetičke energije. Iako se ne događa potpuno punjenje, ako inženjeri mogu poboljšati konverziju, električnim vozilima uopće neće trebati utičnica.
• Mogućnost ugradnje motora manje zapremine i snage.
• Elektronika je mnogo ekonomičnija od mehanike, ona distribuira gorivo.
• Motor se manje pregrijava, a gorivo se troši u vožnji u gužvi.
• Kombinacija benzinskih / dizelskih i električnih motora omogućava vam nastavak vožnje ako je baterija velike snage prazna.
• Zahvaljujući radu električnog motora, motor sa unutrašnjim sagorijevanjem može raditi stabilnije i manje buke.

Hibridne instalacije također imaju pristojnu listu nedostataka:

• Baterija postaje brže neupotrebljiva zbog velikog broja ciklusa punjenja / pražnjenja (čak i u blagim hibridnim sistemima);
• Baterija se često potpuno isprazni;
• Dijelovi za takve automobile prilično su skupi;
• Samopopravak je gotovo nemoguć, jer je za to potrebna sofisticirana elektronička oprema;
• U poređenju sa benzinskim ili dizelskim modelima, hibridi koštaju nekoliko hiljada dolara više;
• Redovno održavanje je skuplje;
• Složena elektronika zahtijeva pažljivo rukovanje, a greške koje se pojave ponekad mogu prekinuti dugo putovanje;
• Teško je pronaći stručnjaka koji bi mogao pravilno prilagoditi rad elektrana. Zbog toga morate pribjeći uslugama skupih profesionalnih ateljea;
• Baterije ne podnose značajna kolebanja temperature i same se prazne.
• Uprkos ekološkoj prihvatljivosti tokom rada električnog motora, proizvodnja i odlaganje baterija jako zagađuje.

Da bi hibridi i električna vozila postali istinski konkurent motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem, potrebno je poboljšati napajanje (tako da čuvaju više energije, ali istovremeno nisu previše obimni), kao i sisteme za brzo punjenje bez štete po bateriju.

Pitanja i odgovori:

Šta je hibridno vozilo? Ovo je vozilo u kojem je u njegovom kretanju uključeno više od jedne pogonske jedinice. U osnovi je to mješavina električnog automobila i automobila s klasičnim motorom s unutrašnjim sagorijevanjem.

Koja je razlika između hibridnog i konvencionalnog automobila? Hibridni automobil ima prednosti električnog automobila (tihi rad motora i vožnja bez upotrebe goriva), ali kada napunjenost baterije padne, aktivira se glavni pogonski agregat (benzin).