Što je hibridni sustav vozila?

U posljednje vrijeme električna vozila stječu 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 unutarnjim izgaranjem, ali napaja ga električni sustav s jednim ili više elektromotora i dodatnom baterijom.

Danas se koristi nekoliko kategorija hibrida. Neki pomažu motoru s unutarnjim izgaranjem samo u startu, drugi omogućuju vožnju električnom vučom. Razmotrite značajke takvih elektrana: koja je njihova razlika, kako rade, kao i glavne prednosti i nedostatke hibrida.

Povijest hibridnih motora

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

Razvoj mješovite elektrane prva je poduzela francuska tvrtka Parisienne de voitures electriques. Međutim, prvi izvodljivi hibridni automobil bilo je stvaranje Ferdinanda Porschea. U elektrani Lohner Electric Chaise, motor s unutarnjim izgaranjem služio je kao generator električne energije, koji je napajao prednja dva elektromotora (postavljena izravno na kotače).

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, pa takvo vozilo ne može biti pristupačno za običnog automobilistu. Štoviše, u to se vrijeme pojavio jeftiniji i ne manje praktičan automobil koji je razvio dizajner Henry Ford.

Klasični benzinski pogoni prisilili su programera da napuste ideju stvaranja hibrida dugi niz desetljeća. Interes za zeleni prijevoz porastao je usvajanjem Američkog zakona o promicanju električnog prijevoza. Usvojen je 1960.

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

Prvi potpuno hibridni sustav, čiji se osnovni princip i danas koristi, TRW je razvio 1968. godine. Prema konceptu, zajedno s elektromotorom, bilo je moguće koristiti manji motor s unutarnjim izgaranjem, ali snaga stroja nije izgubljena, a rad je postao puno glađi.

Primjer punopravnog hibridnog vozila je GM 512 Hybrid. Pokretao ga je električni motor koji je ubrzavao vozilo do 17 km / h. Tom brzinom aktivirao se motor s unutarnjim izgaranjem, poboljšavajući performanse sustava, zbog čega se brzina automobila povećala na 21 km / h. Ako je trebalo ići brže, elektromotor se isključio, a automobil 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 sustave dovesti na razinu koja bi ih učinila konkurentnima u usporedbi s klasičnim motorima s unutarnjim izgaranjem. Iako se to još nije dogodilo, mnogi su događaji opravdali milijarde dolara potrošene na njihov razvoj.

S početkom trećeg tisućljeća čovječanstvo je ugledalo novitet nazvan Toyota Prius. Zamisao japanskog proizvođača postala je sinonim za koncept "hibridnog automobila". Mnoga suvremena dostignuća posuđena su iz tog razvoja. Do danas je napravljen veliki broj izmjena kombiniranih instalacija, što kupcu omogućuje da odabere najbolju opciju za sebe.

Kako rade hibridni automobili

Ne miješajte hibridni motor s potpuno električnim vozilom. U nekim je slučajevima uključena električna instalacija. Primjerice, u gradskom načinu rada, kada je automobil u prometnoj gužvi, upotreba motora s unutarnjim izgaranjem dovodi do pregrijavanja motora, kao i do povećanog onečišćenja zraka. U takvim se situacijama aktivira električna instalacija.

Prema dizajnu, hibrid se sastoji od:

• Glavna pogonska jedinica. To je benzinski ili dizelski motor.
• Električni motor. Može ih biti nekoliko, ovisno o preinaci. Po principu djelovanja, oni također mogu biti različiti. Primjerice, neki se mogu koristiti kao dodatni pogon za kotače, a drugi kao pomoćnik motoru pri pokretanju automobila s mjesta.
• Dodatna baterija. U nekim automobilima ima mali kapacitet čija je rezerva energije dovoljna za kratko aktiviranje električne instalacije. U drugima je ova baterija velikog kapaciteta tako da se vozila mogu slobodno kretati od električne energije.
• Elektronički sustav upravljanja. Sofisticirani senzori nadziru rad motora s unutarnjim izgaranjem i analiziraju ponašanje stroja na temelju 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 s unutarnjim izgaranjem.
• Sustavi za povrat topline. Većina modernih hibrida opremljena je takvim sustavom. "Prikuplja" dodatnu energiju iz komponenata automobila kao što su kočni sustav i šasija (kada se automobil vozi, na primjer s brda, pretvarač sakuplja oslobođenu energiju u bateriju).

Hibridnim pogonskim sklopovima može se upravljati pojedinačno ili u parovima.

Sheme rada

Postoji nekoliko uspješnih hibrida. Tri su glavna:

• dosljedan;
• paralelno;
• serijsko-paralelni.

Serijski krug

U ovom se slučaju motor s unutarnjim izgaranjem koristi kao generator električne energije za rad elektromotora. Zapravo, benzinski ili dizelski motor nema izravne veze s mjenjačem automobila.

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

Ta su vozila često opremljena sustavom za oporavak, 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 unutarnjim izgaranjem.

Najpoznatiji primjer ove kategorije hibrida je Chevrolet Volt. Može se puniti poput normalnog električnog automobila, ali zahvaljujući benzinskom motoru, domet se značajno povećava.

Paralelni krug

U paralelnim instalacijama, motor s unutarnjim izgaranjem i elektromotor rade u tandemu. Zadatak je električnog motora smanjiti opterećenje glavne jedinice, što dovodi do značajne uštede goriva.

Ako je motor s unutarnjim izgaranjem odspojen od mjenjača, automobil je u stanju prijeći određenu udaljenost od električne vuče. No, glavni zadatak električnog dijela je osigurati lagano ubrzanje vozila. Glavna pogonska jedinica u takvim izmjenama je benzinski (ili dizelski) motor.

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

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

Značajka ove sheme rada je veliki okretni moment pri malim brzinama radilice.

Serijski paralelni krug

Ovaj su sklop razvili japanski inženjeri. Zove se HSD (Hybrid Synergy Drive). Zapravo kombinira funkcije prva dva tipa rada elektrane.

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

Ako trebate naglo ubrzati (na primjer, pri pretjecanju) ili se automobil kreće uzbrdo, elektrana radi paralelno - elektromotor pomaže motoru s unutarnjim izgaranjem, što smanjuje opterećenje na njemu i, kao rezultat toga, štedi potrošnju goriva.

Planetarna veza automobilskog motora s unutarnjim izgaranjem prenosi dio snage na glavni zupčanik mjenjača, a dijelom na generator za punjenje baterije ili električnog pogona. U takvoj se shemi ugrađuje složena elektronika koja distribuira energiju prema situaciji.

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 su tehnologiju kupili i neki američki koncerni. Na primjer, razvoj je pronašao svoj put do Ford Escape Hybrid.

Hibridni tipovi agregata

Svi hibridni pogonski sustavi klasificirani su u tri vrste:

• mekani hibrid;
• srednje hibridni;
• puni hibrid.

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

Mikro hibridni pogonski sklop

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

Pogonski mehanizam u njima je pokretač (može djelovati i kao generator). U takvim instalacijama nema električnog pogona. Shema se koristi kod čestih pokretanja motora s unutarnjim izgaranjem.

Srednje hibridni pogonski sklop

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

Takvi su sustavi također opremljeni sustavom za rekuperaciju, prikupljajući slobodnu energiju natrag u bateriju. Srednje hibridne jedinice pružaju učinkovitiji toplinski motor.

Potpuno hibridni pogonski sklop

U takvim instalacijama postoji generator velike snage koji pokreće motor s unutarnjim izgaranjem. Sustav se aktivira pri malim brzinama vozila.

Učinkovitost sustava očituje se u prisutnosti funkcije "Start / Stop", kada se automobil polako kreće u gužvi, ali na semaforima morate naglo ubrzati. Značajka potpune hibridne instalacije je mogućnost isključivanja motora s unutarnjim izgaranjem (spojka je isključena) i upravljanja električnim motorom.

Razvrstavanje prema stupnju elektrificiranosti

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

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

Mikrohibrid

U takvim je automobilima ugrađen konvencionalni motor. Nisu na električni pogon. Ti su sustavi opremljeni funkcijom start / stop ili su opremljeni regenerativnim sustavom kočenja (pri kočenju se baterija puni).

Neki su modeli opremljeni s oba sustava. Neki stručnjaci vjeruju da se takva vozila ne smatraju hibridnim vozilima, jer koriste samo benzinsku ili dizelsku pogonsku jedinicu bez integracije u električni pogonski sustav.

Blagi hibrid

Takvi se automobili također ne kreću zbog električne energije. Oni također koriste toplinski stroj, kao u prethodnoj kategoriji. Uz jednu iznimku - motor s unutarnjim izgaranjem podržan je električnom instalacijom.

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

Kompletni hibrid

Ta se vozila podrazumijevaju kao vozila koja mogu preći određenu udaljenost na električnoj vuči. U takvim se modelima može koristiti bilo koja gore navedena shema povezivanja.

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

Hibridni dodaci

Takvi automobili mogu funkcionirati kao električno vozilo ili raditi na motoru s unutarnjim izgaranjem. Zahvaljujući kombinaciji dviju elektrana, osigurava se pristojna potrošnja goriva.

Budući da je fizički nemoguće instalirati voluminoznu bateriju (u električnim vozilima ona zauzima mjesto spremnika za plin), 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 toplinskog stroja do ekološkog električnog analoga. Iako konačni cilj još nije postignut, zahvaljujući uvođenju suvremenih inovativnih dostignuća, postoji pozitivan trend u razvoju električnog prijevoza.

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

• Ušteda goriva. Ovisno o radu energetskog para, ovaj se pokazatelj može povećati do 30% ili više.
• Punjenje bez upotrebe mreže. To je postalo moguće zahvaljujući sustavu za oporavak kinetičke energije. Iako se ne događa potpuno punjenje, ako inženjeri mogu poboljšati pretvorbu, električna vozila uopće neće trebati utičnicu.
• Mogućnost ugradnje motora manje zapremine i snage.
• Elektronika je puno ekonomičnija od mehanike, ona distribuira gorivo.
• Motor se manje pregrijava, a gorivo se troši tijekom vožnje u gužvi.
• Kombinacija benzinskih / dizelskih i električnih motora omogućuje vam nastavak vožnje ako je baterija velike snage prazna.
• Zahvaljujući radu električnog motora, motor s unutarnjim izgaranjem može raditi stabilnije i manje buke.

Hibridne instalacije također imaju pristojan popis nedostataka:

• Baterija postaje neupotrebljiva brže zbog velikog broja ciklusa punjenja / pražnjenja (čak i u blagim hibridnim sustavima);
• 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 usporedbi s benzinskim ili dizelskim modelima, hibridi koštaju nekoliko tisuća dolara više;
• Redovito održavanje skuplje je;
• Složena elektronika zahtijeva pažljivo rukovanje, a pogreške 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.
• Unatoč ekološkoj prihvatljivosti tijekom rada električnog motora, proizvodnja i odlaganje baterija jako zagađuje.

Da bi hibridi i električna vozila postali istinski konkurent motorima s unutarnjim izgaranjem, potrebno je poboljšati izvore energije (tako da pohranjuju više energije, ali istodobno nisu previše obimni), kao i sustave za brzo punjenje bez štete po bateriju.

Pitanja i odgovori:

Što je hibridno vozilo? Ovo je vozilo u kojemu je u kretanju uključeno više od jedne pogonske jedinice. U osnovi je to mješavina električnog automobila i automobila s klasičnim motorom s unutarnjim izgaranjem.

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