Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гибридный тип двигателя что это такое

ГИБРИДНЫЕ АВТОМОБИЛИ HONDA

Стандарты постоянно ужесточают требования к выбросам, и их соблюдение важно не только для сегодняшнего общества, но и для экологически сознательного мира будущего. Новые нормативы уже сказались на стоимости вождения, и эта тенденция продолжится в будущем. Настало время гибридных технологий, и со временем они будут становиться только популярнее, поскольку гибридные автомобили потребляют значительно меньше топлива и выбрасывают меньше CO2, чем традиционные бензиновые автомобили. Это вопрос решенный: гибриды стали частью нашей жизни и помогают экономить деньги.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАРЯЖАЕМОГО ГИБРИДА

Наслаждайтесь новыми преимуществами вождения с заряжаемыми гибридами PEUGEOT

УДОВОЛЬСТВИЕ ОТ ВОЖДЕНИЯ

Получите новые ощущения от вождения благодаря 100% электрическому режиму заряжаемых гибридов PEUGEOT:

  • Плавное движение без толчков
  • Резкое ускорение благодаря мгновенному крутящему моменту двигателя
  • Бесшумный двигатель
  • Сниженный уровень вибраций
  • Свобода в поездках: благодаря заряжаемому гибридному двигателю обеспечивается дальность пробега до 59 км.

ЭКОНОМЬТЕ СВОИ ДЕНЬГИ

Приобретая заряжаемый гибрид, Вы сможете сэкономить свои деньги за счет следующих преимуществ:

  • Экономия в 40 % на расходе топлива
  • Использование электрического режима
  • Сокращенные расходы на обслуживание

ПРОСТОТА В ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Заряжаемые гибриды делают Вашу жизнь проще благодаря следующим возможностям:

  • Быстрая и интуитивная зарядка
  • Экраны в салоне, на которых выводится информация о статусе Вашего вождения в режиме реального времени
  • Приложение MyPeugeot, позволяющее управлять отдельными функциями дистанционно
  • Свобода в поездках: смело путешествуйте на дальние расстояния

Хватает ли гибридным автомобилям и электромобилям тяговой мощности?

Возможно вы считаете, что ведете машину ровно, но ваш двигатель, вероятно, с вами не согласится. Препятствия, которые вы встречаете на пути — светофоры и ограничения скорости — означают, что мощность, потребляемая ходовой частью автомобиля, постоянно меняется. Мы ожидаем, что новые технологии, такие как электромобили и гибридные автомобили, так же мгновенно реагируют на нажатие педали акселератора, как и существующие машины, а значит, проектировщики должны добиться, чтобы это происходило безопасно и надежно. Для этого, в частности, моделируется работа аккумуляторов.

Потребляемая мощность в ходе ездового цикла

Обычным испытанием для автомобиля является такой ездовой цикл: запуск двигателя, ускорение, скоростное движение, торможение, остановка, после чего цикл повторяется заново. На анимации вы видите требования по току, предъявляемые к аккумулятору гибридного электромобиля в ходе такого цикла:

Ток в ездовом цикле гибридного автомобиля. Положительные пики означают мощность, передаваемую двигателю или ходовой части, а отрицательные — рекуперацию мощности от двигателя или при торможении.

Сначала появляется большой положительный пик – двигатель внутреннего сгорания запускается, питаясь от аккумулятора. Аккумулятор также покрывает часть мощности, требуемой для ускорения. Когда автомобиль разогнался, возможна рекуперация аккумулятором части мощности двигателя, так что ток аккумулятора становится отрицательным. На отметке 110 секунд мы видим несколько острых отрицательных пиков, появляющихся из-за рекуперации энергии при торможении и остановке автомобиля. После этого двигатель внутреннего сгорания останавливается на холостом ходу и запускается заново в начале следующего цикла.


«Схема гибридного автомобиля с подзарядкой от электросети (PHEV)», автор Мэтт Ховард (Matt Howard) — Схема гибридного автомобиля с подзарядкой от электросети (PHEV) Загружено Питером Койпером (Pieter Kuiper). Доступно по лицензии Creative Commons 2.0 «Атрибуция — На тех же условиях» на Викискладе.

Как мы видим, токопотребление аккумулятором никак нельзя назвать плавно изменяющимся! Быстрые изменения тока аккумулятора, а также тока рекуперации в гибридном автомобиле, могут вызывать изменения рабочего напряжения и повышение температуры. Хотя аккумулятор может работать с высокой выходной (или входной) мощностью в течение короткого времени, повышенные токовые нагрузки зачастую вызывают его ускоренный нагрев. Система управления аккумулятором должна следить за тем, чтобы он накапливал энергию при рекуперации, но не перегревался. Это, однако, должно происходить незаметно для водителя — никому не понравится, если мощность автомобиля будет непредсказуемо изменяться в зависимости от текущего состояния аккумулятора, о котором водитель не имеет представления.

Как создать модель литий-ионного аккумулятора

Инженеры могут определить диапазон условий, обеспечивающих безопасную работу аккумулятора, моделируя его заряд и разряд с разной скоростью, а также в условиях, приближенных к реальным ездовым циклам в обычной дорожной обстановке. Физическая модель литий-ионного аккумулятора должна учитывать основные физические принципы, определяющие взаимосвязь между напряжением и током ячейки. Среди этих принципов:

  • Кинетика реакции внедрения лития в пористых электродных материалах
  • Теория переноса концентрированных веществ для расчета переноса заряда и массы ионами Li+ и другими ионами в электролите
  • Массообмен лития в электродных материалах
  • Перенос заряда в твердотельных проводниках, например, в коллекторах и пористых электродах
Читать еще:  Волга 3110 двигатель 406 инжектор плавают обороты

На первый взгляд, это великое множество уравнений, но, к счастью, их можно рассчитать с помощью модуля Аккумуляторы и топливные элементы в COMSOL Multiphysics, сочетая готовый интерфейс Lithium-Ion Battery (Литий-ионный аккумулятор) с интерфейсом Heat Transfer in Solids (Теплопередача в твердых телах) и прогнозируя профиль температуры в аккумуляторе.

После того, как заданы физические уравнения, можно установить условия по току или напряжению. Мы можем начать с моделирования заряда и разряда с постоянной скоростью. Скорости обычно измеряются в единицах C, в которых 1 C означает полный разряд или заряд аккумулятора за один час. Как вы можете видеть на графике тока в ездовом цикле (выше), пиковая требуемая скорость может доходить до 20 C, но на практике столь большие скорости требуются лишь на малое время. Измерив экспериментально зависимость тока аккумулятора от времени в реальном испытании, мы можем установить типичную длительность и распределение скачков тока.

Давайте посмотрим на характеристику состояния заряда аккумулятора. Состояние заряда (SOC) — это мера доступного заряда, оставшегося в аккумуляторе. Когда перезаряжаемый аккумулятор используется в гибридном автомобиле или другом устройстве с переменной потребляемой мощностью, система управления аккумулятором (BMS) отслеживает состояние аккумулятора и определяет возможный потребляемый ток.

Состояние заряда можно определить по измеряемым параметрам электрической цепи несколькими способами. Один из них — кулоновский, при котором ток аккумулятора интегрируют по времени. Системы управления гибридных автомобилей могут также измерять состояние заряда и допустимый диапазон рабочих напряжений аккумулятора согласно спецификации производителя. Физическая модель аккумулятора позволяет сравнить фактическое состояние заряда ячейки, определенное по количеству лития в каждом электроде, и экспериментальные измерения состояния заряда, выполненные в соответствии с различными протоколами. Таким образом инженеры могут лучше представлять себе динамическую характеристику аккумулятора, снимать с него данные и определять безопасные условия работы.

Кулоновское состояние заряда аккумулятора в ходе ездового цикла отображено на графике ниже:


Состояние заряда ячейки в ходе ездового цикла, рассчитанное кулоновским методом (интегрированием тока).

Эти данные говорят нам, что аккумулятор начинает работу с 56% заряда и разряжается, отдавая мощность трансмиссии в ходе первого цикла. Состояние заряда увеличивается при рекуперации энергии в гибридном автомобиле, но в целом состояние заряда уменьшается, поскольку в каждом следующем ездовом цикле потребляется больше мощности, чем возвращается.

Связь между током и состоянием заряда задается просто, но она ничего не сообщает нам о том, какую мощность можно получить от аккумулятора. Идеальный аккумулятор в теории будет всегда поддерживать равновесное напряжение, как бы быстро ее ни заряжали или разряжали, так что мощность просто равна произведению напряжения ячейки и тока. На практике, однако, электрическое сопротивление, кинетика реакций и массообмен приводят к поляризации аккумуляторов. Это означает, что часть напряжения разомкнутой цепи, измеренного при нулевом токе, теряется, когда через цепь начинает течь ненулевой ток.

В пределе при очень высоком токе может иметь место истощение аккумулятора — в нем попросту закончится химически активное вещество. Все это увеличивает часть химической энергии аккумулятора, которая расходуется на обеспечение выработки тока — эта часть не преобразуется в механическую работу, что снижает КПД.

Чтобы оценить величину этого эффекта, давайте посмотрим на напряжение ячейки в ходе ездового цикла.


Напряжение ячейки в ходе ездового цикла колеблется вокруг равновесного напряжения (напряжения разомкнутой цепи), близкого к 4 В.

Мы видим, что напряжение ячейки колеблется вокруг равновесного напряжения (около 4 В) в то время, как аккумулятор отдает или получает заряд. На графике ниже построена разность между равновесным напряжением ячейки для данного состояния заряда и измеренным напряжением ячейки. Этот график демонстрирует различия в поляризации ячейки при различной токовой нагрузке:


Поляризация ячейки в ходе ездового цикла. Положительные значения поляризации соответствуют процессу разряда.

Величина поляризации ячейки всегда меньше 0,4 В, а напряжение ячейки близко к 4 В. Таким образом, мы можем сказать, что потери заметно меньше полезной мощности. Мы также можем построить график полезной мощности:

Заметим, что это мощность одной ячейки в аккумуляторе, который на практике может содержать множество ячеек, соединенных по параллельной или смешанной схеме. С мощностью ниже 1 кВт далеко на автомобиле не уедешь! Обычный двигатель выдает примерно 75 кВт.

Читать еще:  Что происходит если перегреть двигатель

Рассчитав поляризацию, мы можем оценить потери мощности, связанные с сопротивлением переносу заряда, кинетикой электродных реакций и массообменом в ячейке:

Мы видим, что потери мощности не превышают 0,1 кВт даже для пиковой выходной мощности около 1 кВт. Это означает, что потери, хотя и не являются пренебрежимо малыми, все же не накладывают жестких ограничений на эффективность отдачи или приема мощности при исследованных величинах тока.

Потерянная мощность рассеивается в виде тепла и может привести к повышению температуры. Для безопасной работы аккумуляторов очень важно следить за температурой. Тепловой разгон литий-ионного аккумулятора может привести к возгоранию, так что в любой аккумуляторной системе, особенно рассчитанной на большие мощности или непредсказуемые нагрузки, жизненно важно избегать перегрева. Кроме того, высокие температуры приводят к ускоренному износу и старению аккумулятора при повторных циклах заряда и разряда, особенно для стандартного литий-ионного аккумулятора при температуре выше 50°C. В конечном счете это снижает энергоемкость и максимальную выдаваемую мощность аккумулятора. Комбинируя модель литий-ионного аккумулятора с моделью теплопередачи в ячейке, можно рассчитать температуру в переходном режиме.

Комбинированная модель учитывает рассеяние тепла ячейки за счет конвекционного охлаждения, тепловыделение за счет резистивного нагрева и в химических реакциях, а также температурную зависимость электрической проводимости и констант скорости реакций.

Для двух точек в ячейке на графике ниже показан профиль температуры:


Расчетные значения температуры в ходе ездового цикла для двух точек в аккумуляторе.

Результаты можно интерпретировать по-разному! Хорошо, что аккумулятор нагревается достаточно равномерно — разность температур между центром ячейки и поверхностью ячейки пренебрежимо мала. Это позволяет избежать повреждения ячейки, связанного с неравномерным нагревом и термическим напряжением. Кроме этого, температура не сильно выросла в ходе 10-минутного ездового цикла, всего лишь с 25°C до 35°C. Мы знаем, что в этом диапазоне температур деградация аккумулятора происходит медленно.

Проблема заключается в том, что температура аккумулятора продолжает расти. Если рост температуры продолжится в течение неопределенного периода времени, долго работающий аккумулятор может перегреться. Разумеется, это неприемлемо и может быть предотвращено увеличением мощности системы охлаждения, но такая система увеличит массу и энергопотребление автомобиля.

Будущее электромобилей

До сих пор мы говорили о гибридных автомобилях, в которых аккумулятор работает совместно с двигателем внутреннего сгорания. Чем отличаются от них электромобили?

Традиционный двигатель внутреннего сгорания легковых автомобилей работает на оборотах от 1000 до 4000 об./мин. Если двигатель останавливается, на его повторный запуск тратится значительная энергия аккумулятора. Пока двигатель работает, система трансмиссии передает мощность на колеса с помощью зубчатых передач, а также ручной коробки передач или автоматической коробки с гидротрансформатором, которые позволяют значительно варьировать мощность, выдаваемую на колеса, без необходимости такого же изменения скорости двигателя. Даже с учетом этого ускорение автомобиля за счет увеличения подачи топлива ограничено.


Ходовая часть электромобиля. Nissan Leaf 012, автор изображения Tennen-Gas. Доступно по лицензии Creative Commons 3.0 «Атрибуция — На тех же условиях» на Викискладе.

Электромобили работают по-другому. Аккумулятор может прекратить подачу мощности, не отключаясь, поэтому мощность можно сразу передавать на колеса, не используя систему трансмиссии. Кроме того, мощность, выдаваемую аккумулятором, можно очень быстро изменить. Мгновенная передача крутящего момента позволяет быстро разгоняться от 0 до 100 км/ч (меньше, чем за 10 секунд), обеспечивая комфортные ощущения от управления, по словам тех, кто попробовал эти машины в деле.

Но у этих преимуществ есть своя цена. Если аккумулятор становится единственным источником энергии, требования к выдаваемой мощности и быстроте изменения выдаваемой мощности возрастают по сравнению с гибридными автомобилями. Создание аккумуляторной системы, которая сможет обеспечивать такую мощность на протяжении многих циклов без перегрева и износа — важная задача для проектировщиков электромобилей следующего поколения. Мультифизические модели аккумуляторов, сочетающие электрохимию и физику теплопередачи, могут помочь определить, какие детали конструкции следует улучшать и какие улучшения могут оказаться наиболее полезными.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В гибридном автомобиле с подзарядкой от электросети сочетается работа двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, что оптимизирует ходовые характеристики и обеспечивает эффективное использование топлива.

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

Гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети оснащается высоковольтной аккумуляторной батареей, которую можно заряжать от внешнего источника питания. Она накапливает достаточно энергии для совершения поездки только на электрической тяге, а также задействуется в гибридном режиме, в котором одновременно активны электродвигатель и ДВС.

Читать еще:  Шунтовой двигатель постоянного тока что это

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / СИЛОВОЙ АГРЕГАТ

Электродвигатель преобразует энергию из аккумуляторной батареи, обеспечивая быструю передачу крутящего момента на все колеса. Кроме того, он может подзаряжать батарею посредством рекуперативного торможения.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Гибридные автомобили с подзарядкой от электросети обладают небольшим запасом хода в полностью электрическом режиме и позволяют совершать поездки по городу, не расходуя топливо. Автомобиль определяет, как расходовать топливо наиболее эффективно, в соответствии с дорожными условиями. Если требуется больше мощности, можно активировать гибридную систему полного привода, и тогда двигатель внутреннего сгорания будет работать совместно с электродвигателем.

Электрическая система полного привода доступна на Range Rover и Range Rover Sport.

Принцип работы гибридного мотора

Чтобы понять, что представляют собой и как работают автомобили с гибридным двигателем, следует рассмотреть принцип их действия. Сегодня, учитывая степень гибридизации, выделяют три типа двигателей:

  • умеренные;
  • полные;
  • plug-in.

Для первой категории гибридного автомобиля характерна постоянная работа ДВС. А установленный электродвигатель включается и работает в экстремальных условиях, когда автомобилю нужна мощность. Такой подход экономит топливо (ведь его расход при увеличении мощности возрастает), равномерно использовать ДВС и не допускать чрезмерных перегрузок.

Для второго типа гибридного авто характерна работа в качестве тягового агрегата только электродвигателя. ДВС используется как источник постоянной подзарядки. Это дает выработать постоянный режим работы ДВС, что дает достигнуть максимального показателя КПД. При этом, учитывая, что не требуется снижение или увеличение тяговой нагрузки, расход топлива снижается.

В третьем случае в автомобиле добавляется возможность прямой подзарядки от источника электрического питания. Такой тип машины полностью избавляется от главного недостатка электромобилей, а именно он может работать после окончания заряда батареи (в этом случае включается ДВС и машина начинает работать по принципу гибрида).

Ко всему прочему современные гибридные автомобили еще и оснащаются системами KERS (осуществляют переработку кинетической энергии вращения). Суть системы сводится к дополнительной подзарядке аккумуляторных батарей за счет вращательной энергии колес. Это когда машина двигается накатом (свободным ходом), либо во время торможения. Такой подход позволяет еще больше снизить уровень потребления топлива.

Преимущества и недостатки гибридных автомобилей

Водитель, впервые севший за руль гибридного автомобиля, испытывает незабываемые впечатления от машины, в которой совмещены схемы электромобиля и авто с двигателем внутреннего сгорания. Электрический привод дает машине бесшумность работы и плавность хода, в то же время позволяет значительно экономить обычное топливо.

К преимуществам гибридов можно отнести следующие параметры:

  • гибриды достаточно экономичны, расход топлива при щадящих условиях езды на 25–30% меньше, чем у обычных моделей авто;
  • в конструкции гибридных машин впервые была применена конструкция силового агрегата с так называемой возобновляемой энергией. Аккумуляторы, питающие энергией электромоторы, получают ее обратно от этих же установок;
  • в связи с пониженным расходом топлива, имеют самые низкие показатели по выбросам в классе автомобилей, оснащенных ДВС;
  • благодаря совмещенным силовым агрегатам гибриды имеют высокие ходовые параметры;
  • долговечность деталей тормозной системы.

Основные недостатки гибридных автокаров это:

  • из-за применения аккумуляторов большой емкости и электродвигателей, значительно увеличилась масса автомобиля;
  • применяемые гибридные силовые агрегаты и их вспомогательные узлы и детали значительно повысили стоимость этих автомобилей;
  • высокая стоимость обслуживания и ремонта гибридных машин, а при выходе из строя аккумуляторов возникают проблемы с их рекуперацией;

Каков итог?

Если подводить итог, то в целом особых технических проблем гибридные автомобили своим владельцам не доставляют, однако и расслабляться тоже не дают. Тут закономерность простая: чем больше узлов в автомобиле может выйти из строя, тем больше вероятность того, что рано или поздно они потребуют к себе внимания.

При выборе гибридного автомобиля крайне желательно знать все нюансы примененной бензоэлектрической системы и работоспособность тяговой батареи — это основные риски при покупке. В остальном проблемы будут касаться поиска грамотных профильных специалистов и контрактных запчастей. Нужно ли это для того, чтобы сэкономить три капли топлива и похвастаться перед друзьями чудом техники, каждый решает сам.

Редакция журнала «Движок» выражает благодарность СТО «Гибрид Сервис» и его руководителю Сергею Щербаткину за помощь в подготовке материала

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector