Принцип работы гибридного двигателя: Как работает гибридный автомобиль: принцип, особенности, расход топлива

Принцип работы бензиново-электрических гибридных автомобилей

Как работает гибридный автомобиль? Какие процессы происходят под его капотом во время движения? В этой статье мы поможем вам понять принцип работы гибридной силовой установки.

Любое транспортное средство, использующее в своей работе два или более источника энергии, является гибридом. Огромная часть выпускаемых в наше время автомобилей являются бензиново-электрическими гибридами, силовая установка которых сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Бензиново-электрические гибридные автомобили — это своеобразный симбиоз автомобилей с бензиновыми двигателями и электромобилей. Различие, как известно, между бензиновыми и электрическими автомобилями заключается в источнике и механизме их питания. В бензиновом автомобиле топливо поступает к двигателю с топливного бака, в электромобиле же электрический мотор обеспечивают электроэнергией аккумуляторные батареи. Можно сказать, что гибридный автомобиль является своеобразным компромиссным вариантом между этими двумя автомобильными механизмами.

Для того, чтобы автомобиль был комфортным для пользователя в процессе эксплуатации, он должен отвечать определенным требованиям. Необходимо чтобы автомобиль был в состоянии:

— обеспечивать большой пробег до момента дозаправки/подзарядки;

— заправлялся быстро и легко.

Бензиновые автомобили отвечают вышеизложенным требованиям, но являются источником значительного загрязнения окружающей среды. Электрические же автомобили в процессе своей работы практически не образуют загрязняющих веществ, однако их пробег на одном заряде аккумуляторных батарей, как правило, не превышает 80-160 км. Главным недостатком электрических автомобилей является довольно продолжительный процесс их подзарядки.

Бензиново-электрические гибридные автомобили сочетают в себе преимущества как электрических, так и бензиновых машин, позволяя объединить в одной системе бензиновое топливо и электроэнергию. Совместное использование двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя позволяет значительно повысить топливную эффективность силовой установки транспортного средства, обеспечить быстрое достижение необходимого показателя скорости движения путем практически моментальной подачи энергии, снизить объемы образуемых вредных выхлопов, а также увеличить пробег автомобиля благодаря эффективному функционированию системы рекуперативного торможения, позволяющей преобразовывать кинетическую энергию движения в электроэнергию. К тому же, применение гибридной силовой установки в автомобиле создает возможность уменьшения его суммарного вес по сравнению с бензиновым аналогом.

Широкое использование гибридные автомобилей на дорогах способствует значительному снижению выбросок оксида азота в атмосферу (на 50%), а также сажи и углекислого газа.

Термин «гибридный автомобиль», чаще всего применяется к средствам передвижения, сочетающим в своей конструкции двигатель внутреннего сгорании и один или несколько электродвигателей. Однако, не исключена возможность использования в гибридных автомобилях и иных источников питания, помимо бензина и электроэнергии. В последнее время ряды гибридных автомобилей начали пополняться гибридными моделями, механизм работы которых предполагает сочетание ДВС и двигателя, работающего на сжатом воздухе, или же электромотора и двигателя, использующего в своей работе энергию солнца, ветра, биологического топлива.

Гибридные автомобили делятся на два вида: умеренные и полные. Движение умеренных гибридов обеспечивается преимущественно работой двигателя внутреннего сгорания, а электромотор при этом используется только в качестве дополнительного тягового механизма (яркий пример — Honda Insight). Полным же гибридам свойственна возможность перемещения исключительно только на одной электротяге, независимо от ДВС.

Наиболее популярными в мире гибридные автомобили — Toyota Prius, Shevrolet Volt, Honda Insight. В модели Toyota Prius реализован следующий механизм: движения автомобиля на низкой скорости (до 40 км/ч) происходит благодаря работе электродвигателя, питаемого литий-ионной аккумуляторной батареей, но при большем разгоне активизируется двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает тягу на высокой скорости. При этом электроника регулирует работу моторов и генератора.

Противоположный механизм работы реализован в гибриде Shevrolet Volt. Передвижение этого автомобиля происходит благодаря электродвигателю, функции же ДВС сводятся только к подзарядке его аккумуляторных батарей.

Для гибридных автомобилей свойствен механизм рекуперации энергии при торможении – электрический двигатель переходит в режим генератора, преобразующего кинетическую энергию в электрическую, которая способствует восполнению заряда аккумуляторных батареи.

Схемы подключения двигателей гибридного автомобиля:

— Последовательная схема – маломощный ДВС соединен только с генератором электроэнергии, а электрический двигатель — с колесами. ДВС приводит в движение небольшой генератор электрического тока, вырабатываемая электроэнергия от которого поступает к аккумуляторным батареям, обеспечивающим питание электрического мотора. При такой схеме подключения, ДВС никогда непосредственно не приводит транспортное средство в движение, и главным силовым механизмом является электромотор. Конструкция подобных гибридных автомобилей предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости. Данная схема подключения двигателей была использована в первых гибридных автомобилях, сконструированных Фердинандом Порше. На сегодняшний день представителями Plug-in Hybrid являются модели Chevrolet Volt, Opel Ampera.

— Параллельная схема – ДВС, электрический двигатель и коробка передач соединяются с помощью автоматических муфт. Данная схема свойственна практически для всех умеренных гибридов и для ряда полных (например, Audi Duo). Для гибридный автомобилей с параллельной схемой характерна возможность как одновременного, так и раздельного использования возможностей ДВС и электродвигателя для движения колес. Электрический мотор способствует быстрому разгону транспортного средства, а также обеспечивает выполнение функции рекуперативного торможения. Гибриды с параллельной схемой — Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

— Последовательно-параллельная схема (смешанная) – планетарный редуктор обеспечивает связь ДВС, электрогенератора и электрического двигателя. Яркими примером гибридных автомобилей с последовательно-параллельной схемой (Full Hybrid ) является Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

 

Параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (слева)

Последовательно-параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (справа)

Гибридную силовую установку автомобиля могут образовывать следующие компоненты:

Двигатель внутреннего сгорания. В гибридных автомобилях также, как и в традиционных – бензиновых, используется ДВС, однако он значительно меньше и более усовершенствован в направлении сокращения уровня вредных выбросов в атмосферу и увеличения работоспособности.

Топливный бак. Топливный бак в гибридах является устройством хранения бензинового топлива для работы ДВС.

Электрический двигатель. Современные автомобилестроительные технологии позволяют использовать электродвигатель как в качестве силового двигателя, так и генератора энергии при торможении, тоесть электромотор способен ускорять автомобиль, питаясь от аккумуляторных батарей, или же может работать в генеративном режиме при спусках автомобиля по склону и торможении, обеспечивая восполнение энергии батарей.

Генератор. По механизму своей работы генератор схож с силовым электродвигателем, однако в ряде гибридном автомобиле он используется только для производства электрической энергии.

Аккумуляторные батареи – устройства хранения энергии для работы электродвигателя гибридного автомобиля. В то время, когда для бензинового двигателя свойственно только черпание бензина из топливного бака, электрический двигатель гибридного автомобиля может как использовать энергию батарей, так и восполнять её посредством механизма рекуперативного торможения.

В гибридных автомобилях, как правило, применяются более компактные и легкие аккумуляторные батареи, нежели в электромобилях.

Коробка переключения передач выполняет в гибридном автомобиле ту же функцию, что и бензиновом, с тем только различием, что контролирует работу как ДВС, так и электрического двигателей.

Для контроля потока энергии между генератором, батареей и электромотором используется блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения.

Ряд приемов позволяет увеличить эффективность использования бензинового топлива и энергии аккумуляторных батарей в гибридном автомобиле. Итак, в гибридном автомобиле с этой целью:

— Восполняется энергия, запасаемая в батареях, благодаря функции рекуперативного торможения электродвигателя.

— Приостанавливается работа ДВС. Гибридному автомобилю не нужно все время полагаться на бензиновый двигатель, поскольку в нем, как правило, есть полноценный тяговой электромотор.

— Используется развитая аэродинамика с целью уменьшения лобового сопротивления.

— Применяются легкие материалы. Снижение общего веса автомобиля является простым способом увеличения его пробега. Более легкий автомобиль потребляет значительно меньше энергии при ускорении и подъемах вверх по холмам. Композитные материалы, такие как углеродное волокно или же легкие металлы (алюминий, магний) могут использоваться для снижения веса общей конструкции гибридного транспорта.

— Используются специальные шины с пониженным сопротивлением качению.

Существует несколько эффективных методов обеспечения максимального пробега гибридного автомобиля:

 

— Поездки на небольших скоростях – аэродинамическое сопротивление резко возрастает при увеличении скорости.

— Поддержание стабильной скорости – при изменении скорости автомобиля, значительная часть энергии тратится впустую; поддержание скорости позволяет более эффективно использовать топливо.

— Предотвращение резких остановок – если транспортное средство будет останавливаться более длительный промежуток времени, электродвигатель сможет сгенерировать больше энергии.

Все о гибридах: история, принцип работы, преимущества

Они комфортны, они безопасны и надежны, но самое главное – они существенно снижают ваши расходы на топливо. Вот основные причины, по которым гибридные автомобили с каждым годом становятся все популярнее на рынке. Однако гибридной технологии понадобилось больше ста лет, чтобы стать массовой.

История гибридов

Формально первым в мире гибридным автомобилем является Lohner-Porsche, который был представлен широкой публике на Парижском автосалоне в 1900 году. Этот передовой для своего времени автомобиль был устроен таким образом: два бензиновых двигателя, установленных посередине шасси, служили приводом для двух электрических генераторов. Динамо-машины вырабатывали ток, который подавался на двигатели в колесах, а избыточная мощность с колес поступала в аккумуляторные батареи. Уже тогда инженеры Порше создали технологию, которая позволяла использовать генераторы в качестве стартеров для бензиновых двигателей. Машина произвела фурор на выставке и была готова к выпуску в серию, но до широкого потребителя так и не дошла.

К разработкам в области гибридных автомобилей вернулись американские инженеры в 60-х годах прошлого века. Подобные идеи приходили в голову и советским разработчикам в 70-х. Однако ни у тех, ни у других не получилось создать пригодную для выпуска в серию и поистине массовую машину.

Это оказалось под силу японцам.

В 1997 году компания Toyota представила миру первый массовый гибридный легковой автомобиль – модель Prius. Еще в 1993 году руководство компании поручило талантливому японскому инженеру Такеши Учиямада создать проект под кодовым названием G21. Целью проекта было изучить технологии, которые позволили бы радикально снизить расход топлива у серийного автомобиля. Прежде чем у инженеров Тойоты получилось создать первый жизнеспособный образец, они перепробовали 80 различных вариантов гибридной системы: были проблемы с перегревами и низкой надежностью. В начале 1995 года руководство Тойоты приняло решение о серийном выпуске гибридного автомобиля, и команде господина Учиямада пришлось спешно разрабатывать уже не прототипы, а пригодную для массового производства модель.

В марте 1997 года японский концерн представил собственную гибридную систему, которую назвал просто – Toyota Hybrid System (THS). Основные компоненты системы Тойота производила сама, а батареи для гибридов поставляла компания Panasonic. Японские инженеры сильно переживали за жизнь молодой технологии, поэтому после старта продаж первых Приусов в компании был создан специальный отдел, который отслеживал все сообщения о неисправностях. Но вопреки всем опасениям, модель «прижилась» и даже начала набирать популярность.

Приус на рынке с 1997 года по сегодняшний день, модель пережила уже четыре поколения и три рестайлинга. Гибридная Тойота предлагается на рынке в кузове минивен и хэтчбек. Есть и компактная версия – Toyota Aqua. Сегодня японский концерн – лидер по производству и продажам гибридных автомобилей: с 1999 по 2007 год в США было их продано более миллиона. Тойота устанавливает гибридные установки не только на бюджетные, но и на автомобили премиум класса, например, Lexus LS 600h. Гибридную технологию от Toyota также лицензировали Ford и Nissan. Благодаря развитию технологий гибрид купить становится по силам все большему кругу потребителей.

Принцип работы гибридной установки

Гибридный синергетический привод (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD) – запатентованная технология от Toyota, в основе которой лежит синергетический эффект. HSD состоит из семи основных элементов: бензиновый двигатель, электродвигатель, электрогенератор, планетарная передача, аккумуляторная батарея, инвертор и электронный вариатор.
Силовая установка разделена на два модуля – электрическая подсистема и подсистема внутреннего сгорания.

Их работа происходит в синергии, т.е дополняя и усиливая друг друга, они достигают нужного эффекта. Так на малой скорости (до 50 км/ч) автомобиль приходит в движение только за счет батареи. На средней скорости бензиновый двигатель передает часть энергии через водило и планетарную передачу на передние колеса, другая часть энергии поступает на электрогенератор. В генераторе энергия также разделяется: одна часть идет на подзарядку батареи, другая – возвращается в электромотор, который вращает передние колеса. В режиме ускорения весь ток от батареи и электрогенератора поступает на электромотор. При торможении бензиновый двигатель отключается, а электродвигатель возвращает энергию в батарею. Таким образом, автомобиль заряжается самостоятельно, пока вы жмете педаль тормоза.

Автомобили на электротяге сейчас разделяются на два класса: plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) – это гибридные установки, которые могут заряжаться как от движения, так и от домашней электросети, но у них есть и бензиновый агрегат; и электромобили – в конструкции нет бензиновых двигателей, движение осуществляется только за счет электромотора.

Преимущества гибридных автомобилей

1. Снижение расхода топлива
   Бензиновый агрегат в гибридных автомобилях включается в работу только в определенных режимах, но не работает постоянно. За счет этого автомобиль не потребляет топливо при прогреве, в пробках и во время движения с низкой скоростью. Средний расход топлива моделей Приус, например – 5-6 л на 100 км.
2. Увеличение моторесурса бензинового агрегата
   Бензиновому двигателю помогает электромотор, который берет на себя часть нагрузки. Компьютер распределяет усилие в зависимости от скорости и режима движения, не позволяя двигателю работать при повышенных нагрузках. За счет этого ресурс ДВС увеличивается.
3. Снижение вредных выбросов
   Есть исследования, которые показывают, что больше всего вредных выбросов в атмосферу бензиновые двигатели производят, когда работают на холостом ходу – в пробках и во время прогрева. Гибридные установки снижают количество вредных выбросов, поскольку гибридный автомобиль в этих режимах работает полностью на электротяге.

 

Продажи гибридов в мире

Швейцарское аналитическое агентство EVvolumes каждый квартал приводит статистику по продажам гибридных автомобилей в мире. По данным агентства в первом квартале 2018 года было продано 321 400 единиц гибридной техники что на 59% больше, чем за аналогичный период прошлого года. Электромобили выросли на 52%, а плагин-гибриды – на 39%.
Активнее всего рынок гибридных авто развивается в Китае (+113%). В Европе лидером продаж гибридов является Норвегия, но по темпу роста ее уже обходит Германия. Гибридные автомобили в России пока только набирают популярность, и большая их часть из-за близкого соседства с Японией сконцентрирована на Дальнем Востоке. Так выглядит общий рейтинг самых продаваемых электромобилей и гибридов:

Мировые бренды видят будущее за гибридными автомобилями, поэтому в модельном ряду всех лидеров автомобилестроения есть как минимум по одной версии с электромотором. Для потребителя сегодня рынок предлагает широкий выбор гибридов почти что на любой вкус. Купить гибридный автомобиль очень просто: свяжитесь с нами по телефону, и наши менеджеры расскажут обо всех актуальных предложениях и о том, как купить машину на японском аукционе. Ниже собраны самые популярные гибридные автомобили и актуальные цены на них:

Toyota Aqua NHP10

Toyota Prius ZVW30

Toyota Prius ALPHA ZVW41W

Toyota Prius ZVW55

Toyota Vellfire ANh30W

Nissan Leaf AZEO

Honda Fit GP5

Honda CR-Z ZF2

Honda Insight ZE2

Honda Vezel RU1

Mitsubishi Outlander PHEV GG2W

*****
Если Вам нравится любой из этих авто, звоните: 8-800-555-69-16
Мы расскажем все подробности, как приобрести такой автомобиль из Японии, с автоаукциона!

Популярные автомобили

Быстрый просмотр

Honda FIT GP5

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

786 500 ₽

Подробнее

Быстрый просмотр

Honda FIT GP5

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

782 600 ₽

Подробнее

Быстрый просмотр

Honda FIT GP5

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

813 800 ₽

Подробнее

Быстрый просмотр

Honda FIT GP6

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

832 400 ₽

Подробнее

Быстрый просмотр

Honda FIT GP6

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

824 500 ₽

Подробнее

Быстрый просмотр

Honda FIT GP5

2017 год

• Пошлина
• 1500 cc

799 900 ₽

Подробнее

Перейти в каталог

Популярные отзывы

Привет из Иркутска! Спасибо, за честный авто! Отдельное спасибо, Владимиру К. Помог расширить границы видения Японских авто и определиться с выбором! У нас пока мало гибридов, в основном приусы, народ подходит, спрашивает, что за зверь такой))) Очень удобный сервис, был приятно удивлён. Выиграли Аккорда 20 июня, получить можно было 8 августа. В подарок поменяли масло и угостили ништяками в дорогу )))) Домчал до Иркутска своим ходом за 4 дня. Дорога хорошая, но не везде. Перед Сковородкой ремонт и будьте аккуратнее на серпантинах по пути следования.

Комментарий: Ребята отрабатывают на все 100%, все моменты оговариваются, бюджет не меняется, даже ввиду повышенного спроса. Так же в подарок делают бесплатную замену масла и фильтров, проверку антифриза. Машину забирал сам, в офисе ждал подарок, было очень приятно 🙂

Хочу сказать команде Сфера Кар, менеджеру Сергею и логисту Екатерине огромное спасибо! Машина дошла в целости и сохранности, в отличном состоянии. Самой машиной пока довольна, хотя сильно ещё не успела на ней покататься 😅
Теперь я смело смогу советовать вашу компанию своим коллегам, друзьям и знакомым (уже многие интересуются, через кого заказывала авто).

Спасибо Вам, что всегда были на связи, всё чётко объяснили и не давали впадать в панику
Что касается договора и всей бумажной волокиты, для меня, как для душного человека 😅 было ооочень важно, чтобы были соблюдены все условия договора. Цена прописанная в договоре осталась твёрдой, не смотря на шаткую ситуацию в стране и колебания с курсом)

Долгое ожидание оправдано, авто дошло до Красноярска автовозом за 5 дней)
Спасибо за Вашу работу!

Все отзывы

Принципы работы гибридных автомобилей

Роберта Элли

Detailansicht Hybrid Motor изображение 3rdTwin с сайта Fotolia.com . Во всех автомобилях с бензиновым двигателем используется батарея, и гибрид ничем не отличается, за исключением типа батареи и ее назначения. В то время как батарея бензинового автомобиля запускает машину и питает определенные системы, такие как свет, гибрид выводит принцип работы от батареи на более высокий уровень.

Питание от аккумуляторной батареи

Принцип работы автомобиля от аккумуляторной батареи остается хорошо известным и общепринятым в течение длительного времени. Никто не сомневается в аккумуляторе бензинового автомобиля — от него зависит запуск автомобиля, управление внутренним и внешним освещением, а также радио, проигрыватель компакт-дисков и другие аксессуары. Установка в автомобиль более мощной батареи, которая действительно могла бы питать транспортное средство на дороге, соответствует принципу автомобиля с батарейным питанием. Гибрид сочетает в себе положительные стороны аккумуляторной батареи — ее способность питать автомобиль на низких скоростях на коротких дистанциях — и избегает недостатков — недостаточной мощности для дальних поездок и более высоких скоростей. Бензиновая половина гибрида справляется с последними проблемами.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение, которым оснащено большинство гибридных автомобилей, преобразует потерянную энергию в электричество. Когда водитель нажимает на тормоз в любом типе транспортного средства, в результате этого действия вырабатывается тепло или энергия. В автомобиле с бензиновым двигателем эта тепловая энергия исчезает, выбрасываясь в воздух. Гибридный автомобиль забирает большую часть этой энергии и возвращает ее обратно в аккумулятор. Электродвигатель совершает этот подвиг, работая как генератор во время торможения, улавливая тепловую энергию, преобразовывая ее в электричество и отправляя ее в аккумуляторную батарею — по сути, перезаряжая батарею.

Эксплуатация

Принципы работы гибридного автомобиля основаны на взаимодействии двух источников энергии. Согласно TechnoBlitz, этот принцип включает в себя простую идею; когда гибрид не движется, оба двигателя не двигаются, в том числе бензиновый двигатель, который выключается при остановке на красный свет, что позволяет экономить энергию. Запуск автомобиля зависит от электродвигателя, и он продолжает приводить транспортное средство в движение до определенной скорости, после чего бензиновый двигатель берет на себя управление. В любое время, когда возникает потребность в резком ускорении, бензиновая мощность доступна в дополнение к управлению мощностью на продолжительных высоких скоростях. Это постоянное взаимодействие экономит энергию и происходит автоматически.

Ссылки

• Система общественного вещания: План урока: Гибридные автомобили
• Неофициальное руководство DMV: Как работает гибридный автомобиль
• Новости альтернативной энергетики: Гибридные автомобили 2008. Он освещал различные темы, включая науку и спорт, для различных веб-сайтов. Он имеет степень бакалавра экономических наук Университета штата Северная Каролина и степень доктора юридических наук Университета Южной Каролины.

  Другие статьи

  Что такое гибридный электромобиль (HEV)? – x-engineer.org

  Слово « гибрид » означает смесь, смесь двух разных вещей. В автомобильной промышленности гибрид используется для описания трансмиссии автомобиля. Гибридный электрический автомобиль (ГЭМ) (HEV) — это транспортное средство, использующее два источника энергии для приведения в движение, причем по крайней мере один из источников энергии представляет собой электрическую энергию. Подавляющее большинство гибридных электромобилей используют комбинацию бензиновых (бензиновых) двигателей и электродвигателей.

  Существуют различные типы гибридных транспортных средств, например: гибридные воздушные транспортные средства, гибридные кинетические транспортные средства и т. д., но в этой статье мы сосредоточимся только на гибридных электрических транспортных средствах .

  Изображение: Принцип гибридного автомобиля

  С точки зрения принципа работы гибридный автомобиль использует 2 источника энергии с 2 преобразователями энергии. Эти законы управляют работой гибридного электромобиля:

  • есть первичный источник энергии (1) и вторичный источник энергии (2)
  • имеется преобразователь первичной энергии (1) и преобразователь вторичной энергии (2)
  • для HEV, источник первичной энергии — это топливный бак , а источник вторичной энергии — аккумулятор
  • первичный источник энергии содержит намного больше энергии, чем вторичный источник энергии
  • энергия может передаваться от первичного источника энергии к вторичному источнику энергии, но не наоборот
  • осуществляется передача энергии от первичного источника к вторичному источнику через преобразователи энергии
  • для гибридного электромобиля преобразователь первичной энергии представляет собой двигатель внутреннего сгорания , а преобразователь вторичной энергии представляет собой электрическую машину (двигатель/генератор)
  • часть кинетической энергии транспортного средства восстанавливаться при торможении только вторичным преобразователем энергии и накапливаться во вторичном источнике энергии
  • оба преобразователя энергии могут одновременно прикладывать к колесу тяговый момент

  Гибридный электромобиль (ГЭМ) использует как двигатель внутреннего сгорания, так и как минимум одну электрическую машину для приведения в движение.

  Существует три основных фактора развития гибридных электромобилей:

  • снижение расхода топлива и выбросов CO ₂ выбросов
  • снижение выбросов выхлопных газов
  • улучшение динамики автомобиля за счет увеличения крутящего момента и выходной мощности

  Типы гибридов Транспортные средства

  Степень снижения расхода топлива или улучшения динамики автомобиля зависит от уровень гибридизации . Гибридный электромобиль представляет собой смесь автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ICEV) и электромобиля на аккумуляторной батарее (BEV). Уровень энергии, содержащейся в аккумуляторе, и мощность электрической машины определяют уровень (тип) гибридного электромобиля.

  Для более подробного сравнения типов гибридных электромобилей прочитайте статью Общие сведения о микро-, мягких, полных и подключаемых гибридных электромобилях.

  Соотношение между различными источники энергии и соотношение между различными силовыми установками определяют тип гибридного транспортного средства .

  Изображение: Типы транспортных средств Функция источника энергии и двигательной установки

  Различные типы гибридных транспортных средств приведены в таблице ниже.

  Тип	Источник энергии	Движитель	Характеристики 9	– двигатель внутреннего сгорания	– обычный автомобиль	– 99 % топлива (бензин/бензин, дизельное топливо) – 1 % электроэнергии	– 100 % двигатель внутреннего сгорания	– имеет возможность использовать энергию аккумуляторной батареи для электрических систем без получения мощности от генератора переменного тока – можно изменить профиль зарядки низковольтной батареи (12 В), увеличив скорость заряда при торможении автомобиля ) – 10-20% электроэнергии	– 80-90% двигатель внутреннего сгорания – 10-20% электродвигатель	– электрическая машина может обеспечивать дополнительный крутящий момент на фазах разгона автомобиля – электрическая машина может рекуперировать электрическую энергию при торможении автомобиля – имеет две электрические сети и батареи, низковольтную (12 В) и высоковольтную (48-150 В) – имеет преобразователь постоянного тока для обмена энергией между низковольтной и высоковольтной сетью – имеет высоковольтную электрическая машина, обычно управляемая 3-фазным инвертором
  HEV (гибридный электромобиль)	– 70-80% топлива (бензин/бензин, дизель) – 20-30% электроэнергии	– 70- 80% двигатель внутреннего сгорания – 20-30% электродвигатель	– дополнительные характеристики MHEV: – транспортное средство может двигаться в режиме EV – система высокого напряжения может достигать 300-400 В – высоковольтная батарея имеет более высокое содержание энергии – электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
  PHEV (подключаемый гибридный электромобиль)	– 60–70 % топлива (бензин/бензин, дизель) – 30–40 % электроэнергии	– 60–70 % двигатель внутреннего сгорания – 30 -40% электродвигатель	– дополнительные характеристики HEV: – высоковольтная батарея может заряжаться от сети – автомобиль может проехать в режиме EV до 50-60 км – высоковольтная аккумуляторная батарея имеет более высокую энергоемкость – электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
  REEV (электромобиль с увеличенным запасом хода)	– 80 % электроэнергии – 20 % топлива (бензин)	– 100 % электрическая машина	– можно рассматривать как гибрид серии – двигатель внутреннего сгорания используется только в качестве генератора электроэнергии – имеет дополнительный электрический генератор, подключенный к двигателю внутреннего сгорания
  BEV (аккумуляторный электромобиль)	– 100 % электроэнергии	– 100 % электромашина (s)	– электромобиль с полным аккумулятором
  FCEV (электромобиль на топливных элементах)	– 50 % энергии аккумулятора – 50 % энергии водорода	– 100 % электромобиль	– топливный элемент используется в качестве преобразователя энергии – использует водородный бак в качестве дополнительного источника энергии

  Примечание: электрическая машина может быть двигателем или генератором, в зависимости от дорожной ситуации. Когда транспортное средство ускоряется и электрическая машина передает крутящий момент на колесо, она становится электродвигателем . Во время замедления автомобиля (торможения) электрическая машина действует как генератор и преобразует кинетическую энергию автомобиля в электрическую энергию, заряжая аккумуляторную батарею.

  В гибридном электромобиле чем выше доступная электрическая энергия и мощность, тем ниже расход топлива и выбросы выхлопных газов. Это возможно благодаря тому, что электроэнергию можно использовать в течение более длительных периодов времени, а также при более высоких скоростях транспортного средства.

  Уменьшение расхода топлива минимально для микрогибрида и максимально для подключаемого гибрида.

  Изображение: Функция экономии топлива уровня гибридизации
  Авторы и права: [1]

  Гибридный электромобиль (HEV) также известен как полный гибрид или самозаряжающийся гибрид . Полный гибрид возникает из-за того, что HEV может управляться в чистом режиме EV по сравнению с MHEV. Самозарядный гибрид возникает из-за того, что аккумулятор HEV заряжается только на борту, от двигателя внутреннего сгорания или во время рекуперации энергии. Напротив, высоковольтная батарея в PHEV может заряжаться от электрической сети.

  Основные функции гибридного электромобиля приведены в таблице ниже в зависимости от уровня гибридизации [6].

  Functions	Hybrid type
  	mHEV	MHEV	HEV	PHEV
  Engine idle stop/start	•	•	•	•
  Рекуперация энергии	•	•	•	•
  30 ​​9 усилитель крутящего момента0134		•	•	•
  Electric driving			•	•
  Battery charging from the grid				•

  Hybrid Electric Vehicles (HEV) Архитектуры

  С точки зрения источника энергии и силовой установки гибридный электромобиль представляет собой нечто среднее между обычным ICEV и BEV.

  В транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания вся энергия для движения накапливается в топливный бак . По топливопроводу топливо подается к двигателю , который вместе с трансмиссией приводит в движение ведущие колеса.

  Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — ДВС

  Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — электромобиль

  . Через линия электроснабжения энергия подается на электродвигатель вместе с трансмиссией приводит в действие ведущие колеса.

  Существует несколько способов комбинирования двигателя внутреннего сгорания, электрической машины (двигателя/генератора) и высоковольтной батареи. Используются четыре базовые архитектуры гибридных электромобилей :

  • серийный HEV
  • параллельный HEV
  • разделенный HEV
  • последовательно-параллельный HEV

  В серии HEV , двигатель внутреннего сгорания никогда не приводит в движение транспортное средство напрямую. Вместо этого двигатель приводит в действие электрический генератор, а генератор может либо заряжать аккумуляторы, либо питать электродвигатель, который передает мощность на колеса.

  Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля – серия HEV

  Серия HEV представляет собой более простой тип, в котором только электродвигатель обеспечивает всю тяговую мощность. Уменьшенный двигатель внутреннего сгорания на борту приводит в действие генератор, который дополняет высоковольтную батарею и может заряжать ее, когда уровень заряда (SOC) падает ниже минимального порога. Мощность, необходимая для движения транспортного средства, обеспечивается исключительно электродвигателем. Помимо двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, силовая установка такая же, как и в BEV, поэтому требования к мощности электродвигателя такие же, как и в BEV.

  Преимуществами серии HEV являются:

  • гибкость в компоновке и расположении двигатель-генераторной установки
  • простые трансмиссии
  • простые стратегии управления двигателем внутреннего сгорания (работающие на наиболее экономичных оборотах и ​​крутящем моменте)

  Недостатками серии HEV являются:

  • требуется дополнительная электрическая машина (генератор)
  • без помощи двигателя, электродвигатель должен быть рассчитан на максимальную устойчивую мощность, которая может потребоваться транспортному средству, например, при подъеме высокий класс; тем не менее, автомобиль большую часть времени работает на мощности ниже максимальной
  • все три компонента трансмиссии должны быть рассчитаны на максимальную мощность для длительных, длительных и высокоскоростных поездок; это необходимо, потому что аккумуляторы довольно быстро разряжаются, оставляя двигатель для подачи всей мощности через генератор

  В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания подключается к трансмиссии, а также к электродвигателю. Таким образом, и двигатель, и электрическая машина (генератор/двигатель) могут подавать мощность на колеса, переключаясь туда и обратно в зависимости от условий движения.

  Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — параллельный гибридный автомобиль

  В параллельном гибридном электромобиле двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут быть соединены с карданным валом через отдельные муфты. Требования к мощности электродвигателя в параллельном гибриде ниже, чем у BEV или последовательного гибрида, поскольку двигатель внутреннего сгорания дополняет общую потребность автомобиля в мощности. Движущая сила может обеспечиваться двигателем внутреннего сгорания, электродвигателем или двумя параллельными системами.

  Преимущества параллельного HEV:

  • ему нужны только два компонента движителя: двигатель и электрическая машина (двигатель/генератор) истощенный. Для коротких полетов оба могут быть рассчитаны на половину максимальной мощности, чтобы обеспечить полную мощность, при условии, что батареи никогда не разряжаются. Для дальних поездок двигатель может быть рассчитан на максимальную мощность, в то время как двигатель/генератор может быть рассчитан на половину максимальной мощности или даже меньше.

  Недостатки параллельного ГЭМ:

  • значительно возрастает сложность управления, т.к. поток мощности должен регулироваться и смешиваться от двух параллельных источников
  • смешивание мощности от двигателя и электродвигателя требует сложной трансмиссии.

  В гибридном электродвигателе модели с раздельным приводом двигатель приводит в движение одну ось, а электродвигатель — другую. Между двигателем и электрическими компонентами нет никакой связи, кроме « через дорогу ».

  Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — гибридный гибридный автомобиль с раздельным приводом

  В архитектуре гибридного автомобиля с разделенным типом двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут одновременно приводить автомобиль в движение на разных осях. Если аккумулятор нуждается в подзарядке, двигатель создаст необходимый крутящий момент как для движения, так и для вращения электрической машины (генератора) на отдельной оси.

  По сравнению с параллельным HEV преимущество раздельного HEV состоит в том, что он имеет простую трансмиссию, поскольку электрическая машина находится на отдельной оси. Недостаток в том, что при зарядке батареи тратится много энергии, так как она передается «через дорогу», поэтому имеет меньшую энергоэффективность.

  Для практических дорожных транспортных средств наилучшей архитектурой является сочетание последовательной и параллельной конфигураций HEV. В этой последовательно-параллельной архитектуре HEV двигатель также используется для зарядки аккумулятора и питания ведущего колеса.

  Изображение: Последовательно-параллельная гибридная трансмиссия

  В последовательно-параллельном HEV устройство разделения мощности (PSD) распределяет мощность от ДВС к передним колесам через карданный вал и электрогенератор в зависимости от условий движения. Энергия от генератора также используется для зарядки высоковольтной батареи. Электродвигатель также может передавать мощность на передние колеса параллельно двигателю.

  Инвертор двунаправленный и используется для зарядки аккумуляторов от генератора или для управления мощностью, выдаваемой электродвигателем. Для коротких всплесков скорости мощность передается на карданный вал от двигателя и электродвигателя. Центральный блок управления регулирует поток энергии для системы, используя многочисленные сигналы обратной связи от различных датчиков. Использование двигателя для зарядки высоковольтной батареи должно быть сведено к минимуму для достижения максимальной эффективности. Энергия всегда теряется при зарядке и разрядке аккумулятора, а также при прохождении мощности через инвертор.

  Изображение: Сравнение гибридных силовых агрегатов
  Авторы и права: [2]

  Последовательно-параллельная гибридная архитектура сочетает в себе преимущества последовательного и параллельного гибридных автомобилей. По этой причине это наиболее используемая архитектура для производства гибридных электромобилей.

  Преимущества гибридных электромобилей (HEV)

  По сравнению с обычным ICEV, гибридный электромобиль имеет следующие преимущества:

  • снижение потерь энергии : гибридная система автоматически останавливает работу двигателя на холостом ходу (холостой ход) , тем самым уменьшая энергию, которая обычно тратится впустую
  • рекуперация энергии : кинетическая энергия транспортного средства, которая обычно теряется в виде тепла во время замедления и торможения, восстанавливается в виде электрической энергии, которая затем используется электродвигателем
  • вспомогательный электродвигатель : вспомогательный электродвигатель
  • работа двигателя с высоким КПД : при использовании электрической машины (машин) в качестве двигателя или генератора, рабочая точка двигателя (крутящий момент и скорость) можно держать в самом экономичном районе
  • чисто электрическое вождение : на низкой скорости автомобиль может двигаться в режиме электромобиля, что обеспечивает нулевые выбросы выхлопных газов и расход топлива эффективность. Благодаря этим преимуществам электродвигатель может помогать ДВС на этапах разгона, а также обеспечивать дополнительный крутящий момент в течение коротких периодов времени.

    Изображение: Влияние трансмиссии гибридного автомобиля на скорость автомобиля в переходном режиме

    Изображение: динамическая характеристика гибридной трансмиссии Кредит: [4]

    скорость). Переходный режим возникает при разгоне и торможении автомобиля. Фаза замедления обычно происходит при отпущенной педали акселератора, то есть в режиме отключения подачи топлива (без сгорания). Фаза разгона автомобиля требует от двигателя увеличения крутящего момента и скорости, что отрицательно сказывается на расходе топлива и/или выбросах отработавших газов. В этой ситуации электродвигатель очень полезен, потому что он может обеспечить часть крутящего момента, требуемого водителем, и позволяет двигателю работать более эффективно.

    Toyota Hybrid System (THS)

    Одним из первых и наиболее культовых гибридных электромобилей (HEV) является Toyota Prius, который имеет архитектуру с последовательно-параллельной гибридной трансмиссией . Гибридная трансмиссия Toyota называется Toyota Hybrid System (THS) и сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания, две электрические машины, устройство разделения мощности (планетарный редуктор) и понижающую передачу.

    Изображение: гибридная трансмиссия Toyota

    Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota – компоненты

    Существует несколько версий THS, в этой статье мы сосредоточимся на THS II, объясняя компоненты и принципы их работы. Основными компонентами THS II являются:

    • высокоэффективный бензиновый двигатель (работающий по циклу Аткинсона, который представляет собой цикл с высокой степенью расширения)
    • синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами
    • синхронный генератор переменного тока с постоянными магнитами
    • высоковольтная никель-металлгидридная (Ni-MH) батарея
    • блок управления силовой электроникой
    • устройство разделения мощности (планетарный ряд)
    • металлическая цепь и редуктор

    Этот блок управления силовой электроникой содержит высоковольтная силовая цепь для повышения напряжения системы электропитания двигателя и генератора до высокого напряжения 500 В, в дополнение к преобразователю переменного тока в постоянный для преобразования между переменным током от двигателя и генератора и постоянного тока гибридной батареи. Другие ключевые компоненты включают в себя устройство разделения мощности, которое передает механический крутящий момент от двигателя, двигателя и генератора путем их распределения и объединения. Блок управления мощностью точно управляет этими компонентами на высоких скоростях, позволяя им совместно работать с высокой эффективностью.

    Гибридные электромобили (HEV) Режимы вождения

    По сравнению с обычным ICEV, HEV имеет как минимум два источника крутящего момента для тяги. Кроме того, во время торможения транспортного средства кинетическая энергия транспортного средства может рекуперироваться и преобразовываться в электрическую энергию генератором. Все эти ситуации усложняют поведение HEV, в частности, управление бортовой энергией.

    Основные режимы движения Toyota Prius приведены в таблице ниже, но они являются стандартными для большинства гибридных автомобилей. В зависимости от архитектуры HEV режим вождения (работы) может отличаться, но не полностью.

    Power Flow	Описание
    Изображение: Старев. -up, ДВС может запуститься и зарядить аккумулятор. Этот режим доступен до того, как коробка передач перейдет в режим Drive.
    Изображение: режим работы THS — вождение электромобиля	Вождение электромобиля ДВС отключен, а аккумулятор обеспечивает всю необходимую энергию для запуска автомобиля и движения. Этот режим доступен в течение ограниченного времени и скорости автомобиля менее 15-25 км/ч. Этот режим также доступен в режиме Reverse.	Двигатель и привод . Электродвигатель также обеспечивает приводной крутящий момент, используя выходную энергию генератора.
    Изображение: режим работы THS – привод от двигателя и зарядка аккумулятора	Привод от двигателя и зарядка аккумулятора При низкой скорости автомобиля и требуемом крутящем моменте, если уровень заряда аккумулятора низкий, двигатель обеспечивает крутящий момент как для движения автомобиля, так и для зарядки аккумулятора. В этом режиме электродвигатель не развивает крутящий момент, чтобы экономить электроэнергию и заряжать аккумулятор.
    Изображение: режим работы THS – двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора	Двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора В этом режиме двигатель обеспечивает крутящий момент для ведущих колес, крутящий момент для генератора, вырабатывающего электроэнергию для электродвигателя и для зарядки аккумулятора, и все это одновременно.
    Изображение: Режим работы THS — полная мощность	Полное ускорение В случае нажатия педали акселератора крутящий момент передается на ведущее колесо и генератор, а аккумулятор питает электродвигатель. В этом режиме максимальный крутящий момент обеспечивается как двигателем, так и электродвигателем.
    Изображение: Режим работы THS – рекуперация энергии	Рекуперация энергии автомобиль в электрическую энергию, заряжая высоковольтную батарею. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт