Vehicul hibrid

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune despre subiectele transportului și motoarelor auto nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citări din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .
Motor termic cu motoare / generatoare electrice

Un vehicul hibrid , mai exact un vehicul de propulsie hibrid , este un vehicul echipat cu un sistem de propulsie cu două sau mai multe componente, de exemplu un motor electric cu un motor termic , care funcționează în sinergie între ele. Vehiculele în care două sau mai multe forme de stocare a energiei coexistă în scopul generării de energie mecanică sunt numite vehicule hibride.

Vehiculele hibride nu trebuie confundate cu vehiculele bimodale , care sunt vehicule care pot funcționa cu energie furnizată extern sau cu un acumulator la bord, cum ar fi troleibuzele cu baterii [1] .

Vehiculele termice cu combustibil multiplu ( benzină / GPL , benzină / metan , motorină / kerosen , benzină / hidrogen ) se disting uneori de alte tipuri de vehicule hibride pentru a fi numite bi-combustibil .

Propulsie electricotermică

Desen schematic al unui motor hibrid termic / electric

Cel mai mare avantaj al vehiculelor hibride este eliminarea defectelor inerente necesității de a porni de la o oprire, care la vehiculele convenționale cu motor cu ardere internă este implementată doar prin intermediul unui ambreiaj și a treptei de viteză . De fapt, pornirea de la o oprire este supusă legilor fizice ale inerției, care necesită cuplu chiar și la viteze aproape zero, în timp ce motorul termic ciclic are nevoie de un regim de viteză minim pentru a asigura un cuplu diferit de zero. Pe de altă parte, motorul cu aburi și cel electric nu prezintă probleme deosebite la pornirea de la un punct mort, spre deosebire de motoarele endoterme, care prezintă această criticitate (care în zorii automobilului a reprezentat cea mai mare frână la dezvoltarea acestuia).

În autoturismul cu motor cu ardere internă cuplat la pornirea electrică, cele două motoare sunt potrivite pentru a coexista, deoarece au caracteristici complementare în acest sens: la turații mici, electricul este mai eficient, la cel mai mare endoterm.

Motorul cu ardere internă transformă energia chimică a combustibilului (cu o densitate de energie considerabilă și ușor disponibilă din rețeaua de alimentare) cu o eficiență acceptabilă, în special în unele puncte de funcționare.

Motorul electric, pe de altă parte, convertește energia disponibilă la bord în cantități mai mici, cu o eficiență și o versatilitate mai mari. Fiecare mașină electrică în sine este capabilă să funcționeze pentru a produce tracțiune mecanică sau generarea de electricitate (în ambele sensuri de deplasare). Fiecare vehicul hibrid încearcă să exploateze abilitatea de a „frâna” cu motorul electric în timpul încetinirii („ forța contraelectromotoare ” prin sistemul KERS ), generând energie altfel disipată sub formă de căldură în frâne. Un alt avantaj este posibilitatea, chiar și la viteze mari pentru distanțe scurte, de a avea motorul cu ardere internă susținut de cel electric în condiții de accelerație.

Electricitatea poate fi stocată cu ajutorul diferitelor dispozitive care pot fi utilizate simultan.

  • Bateriile : au o densitate de energie mai mică decât combustibilul, pot fi dimensionate pentru a acumula energie maximă, pentru a schimba puterea maximă sau cu un compromis între cele două extreme. Bateriile funcționează cu procese electrochimice distribuite în interiorul lor și nu este banal să se controleze toate condițiile, cum ar fi temperatura, pentru a limita pe cât posibil decăderea electrozilor și a electroliților .
  • Supercondensatoare : în comparație cu bateriile, acestea au o densitate mai mare de energie și pot produce și primi puteri mai mari, dar nu garantează conservarea încărcăturii pentru perioade medii-lungi. Ele se bazează pe un proces fizic mai controlabil.
  • Volante acționate electric: energia este stocată ca energie cinetică a unei volante setate în rotație de o mașină electrică, este un proces complet mecanic și prezintă în continuare probleme diferite față de controlul anterior.

În funcție de gradul de hibridizare (puterea motorului electric față de puterea totală instalată) și de capacitatea sistemului de propulsie hibrid de a stoca electricitate, unele niveluri de hibridizare sunt definite informal: [2]

  • hibridizare completă (hibrid complet), atunci când sistemul electric este, de exemplu, singur care poate avansa vehiculul pe un ciclul de conducere normalizat [ neclar ] , deși indiferent de autonomia bateriilor, acesta afectează în general timpul de tracțiune de la 30% la 50% din timp.
  • hibridizare ușoară , atunci când modul de funcționare pur electric nu este capabil să urmeze un ciclu de conducere normalizat în întregime, afectează în general timpul de tracțiune de la 10% la 30% din timp.
  • Hibridizarea minimă (hibrid minim), confundată în mod obișnuit cu propulsia tradițională echipată cu sistem de pornire și oprire , nu permite nici o tracțiune în modul numai electric și, în general, nu permite utilizarea frânării regenerative și, în general, contribuie la mai puțin de 10% pe timp Tracțiunea mediului.

Vehiculele cu funcție de oprire și pornire sunt, de asemenea, denumite în mod necorespunzător „micro hibrizi”, dar această funcție, care este, de asemenea, tipică pentru multe vehicule hibride, se obține cu componente tradiționale și cu siguranță nu cu un sistem de propulsie diferit.

Există două scheme principale de construcție pentru integrarea unui motor termic și a unei mașini electrice: hibrid de serie și hibrid paralel . Combinația celor două dă naștere hibridului mixt .

Seria hibridă

Diagrama unui hibrid de serie
Vehicul electric cu prelungitor de autonomie extern

Această tehnologie, numită și " range extender " [3] , este foarte asemănătoare cu cea utilizată în locomotivele diesel-electrice . În acest tip, motorul termic nu este conectat la roți, are sarcina de a genera curentul pentru a alimenta motorul electric care îl transformă în mișcare, în timp ce energia superfluă este utilizată pentru a reîncărca bateriile .

Atunci când este necesară o cantitate mare de energie, aceasta este extrasă atât din motorul termic, cât și din baterii. Deoarece motoarele electrice sunt capabile să funcționeze pe o gamă largă de RPM-uri , acest design elimină sau reduce necesitatea unei transmisii complexe. Din acest motiv, ar permite utilizarea mai multor motoare cu turbină mai eficiente decât a celor alternative, de fapt, eficiența motoarelor alternative cu ardere internă se modifică pe măsură ce numărul de rotații variază, în sistemele hibride în serie , rotațiile motorului termic sunt setate să obțină întotdeauna eficiența maximă care nu trebuie să fie supusă nici accelerării, nici decelerării; această proprietate ar fi exploatată cu o eficiență și mai mare de către motorul turbinei. Având în vedere această condiție și pentru a compensa transformarea ulterioară a energiei, este posibilă utilizarea unui motor termic (generator) care are o gamă foarte restrânsă de exploatare / funcționare în comparație cu turațiile totale și care din acest motiv are o eficiență mai mare decât căldura clasică motoare, pentru cel puțin în acea gamă de turații, deci în mod ideal un motor cu turbină.

În unele prototipuri, sunt instalate motoare electrice mici pentru fiecare roată. Avantajul considerabil al acestei configurații este acela de a putea controla puterea livrată fiecărei roți. Un scop posibil ar putea fi simplificarea controlului tracțiunii sau activarea / dezactivarea tracțiunii integrale .

Dezavantajul major al hibrizilor de serie este reducerea serioasă a eficienței în comparație cu motoarele pur termice în condiții de viteză mare și constantă (cum ar fi deplasarea cu 130 km / h pe autostradă ). Acest fenomen este cauzat de faptul că, în conversia termică -> electrică -> a mișcării, o parte din energie este dispersată, ceea ce nu s-ar întâmpla cu o transmisie cu conversie termică directă -> mișcare. Acest dezavantaj nu este prezent în hibrizii paraleli .

Hibrizii de serie sunt cei mai eficienți pentru vehiculele care necesită frânare și repornire continuă, cum ar fi vehicule urbane, autobuze și taxiuri și unele vehicule grele, cum ar fi Terex 33-19 "Titan" , Hitachi EH5000 ACII , Liebherr T 282B și BelAZ 75710 .

Multe modele din seria hibridă sunt echipate cu un buton pentru oprirea motorului termic. Funcția este utilizată în special pentru conducerea în zone cu trafic restricționat. Aprinderea motorului termic este limitată doar la reîncărcarea bateriilor; cu toate acestea, poate fi reactivat prin apăsarea aceluiași buton menționat mai sus. De asemenea, motorul termic este oprit automat în timpul opririlor.

Hibrid paralel

Diagrama unui hibrid paralel

Această arhitectură este printre cele mai răspândite printre diferitele modele de mașini hibride, dar și printre motoarele iahturilor și bărcilor [4] . Se caracterizează printr-un nod mecanic de cuplare a puterii, prin care ambele motoare (electrică și termică) furnizează cuplul roților. Motorul termic poate fi folosit și pentru reîncărcarea bateriilor în caz de nevoie.

Realizarea constructivă a nodului mecanic și poziția acestuia în cadrul sistemului de propulsie servesc pentru a distinge pre-transmisie (motor electric în amonte de cutie de viteze ), post-transmisie (motor electric în aval de cutie de viteze) și post-roți (cele două axe au două motorizări independente mecanic, cuplajul este deci constituit de drum).

Hibrizii paraleli pot fi clasificați în continuare în funcție de echilibrul celor două motoare în furnizarea puterii motrice. În majoritatea cazurilor, de exemplu, motorul cu ardere internă este partea dominantă, iar motorul electric are funcția simplă de a furniza mai multă putere în momentele de nevoie (în principal la pornire, accelerare, sub sarcină și la viteză maximă).

Cele mai multe modele combină un generator electric mare și un motor electric într-o singură unitate ( alternator de motor), de multe ori situat între motorul cu ardere internă și transmisie, în loc de volant , înlocuind atât motorul de pornire, cât și alternatorul și volantul.

În multe cazuri, cutia de viteze este continuă automată , ceea ce permite optimizarea funcționării motorului termic, reglând viteza de funcționare la un nivel de eficiență maximă. Alte soluții includ absența cutiei de viteze, reducerea lanțului cinematic și pierderile aferente, dar necesită un motor termic cu o gamă largă de viteze de funcționare și, în orice caz, se pierde elasticitatea operațională, deoarece dificultatea de a face față marcajului și / sau urcări prelungite și viteze mari, retrogradând soluția doar pentru vehiculele urbane.

Avantajul se obține în consum la roți staționare sau în ritm de mers. De asemenea, permite deplasări mai mult conținute, deoarece, în faza de pornire, accelerație sau mișcare pe pante, motorul termic este susținut de motorul electric. Acest lucru le face să fie vehicule mai potrivite pentru ritmurile orașului, mai degrabă decât călătoriile lungi pe autostradă.

Hibrid mixt

Diagrama unui hibrid mixt

Hibrizii mixți se caracterizează printr-un nod mecanic, ca la hibrizii paraleli, și printr-un nod electric, ca la hibrizii de serie. La fel ca acesta din urmă, acestea dispun de două mașini electrice. Metoda de construcție pentru realizarea acestei cuplări duble poate varia. Un exemplu relativ simplu este arhitectura Toyota Prius , care realizează cuplarea mecanică între motorul termic, cele două mașini electrice și arborele de acționare final prin combinația dintre un angrenaj planetar și un reductor. Succesul Prius și al altor Toyota cu aceeași arhitectură, 10 milioane de mașini din 1997 până în 2017 [5] , face ca această schemă să fie cea mai răspândită în termeni absoluți, adică cea folosită de majoritatea mașinilor hibride de pe drum.

Managementul energiei

Gestionarea fluxurilor de energie între diferiții convertoare (motor cu ardere internă, motor electric (motoare), transmisie) și acumulatori (baterii, supercondensatori) pentru a răspunde unei cereri date de putere (cuplu și turație) de către conducător este datoria controlor de supraveghere. Acest controler, tipic vehiculelor hibride, este plasat, în raport cu o structură tradițională de control al cuplului, într-o poziție intermediară între algoritmii de interpretare a voinței șoferului (transformarea poziției pedalelor de accelerație și de frână în cererea de cuplu) și a celor de control componentelor individuale (motoare, transmisie, frâne). Algoritmii de gestionare a energiei sunt inspirați de criterii pentru minimizarea consumului global de energie (combustibil și electricitate) legat de respectarea unei evoluții constante constante a stării de încărcare a bateriilor, precum și de limitele fizice ale componentelor și constrângerile dictate de conducere are nevoie de plăcere (manevrabilitate).

Algoritmii de gestionare a energiei dezvoltați până acum aparțin a două categorii distincte, cu posibilitatea abordărilor mixte:

  • Strategii euristice, bazate pe traducerea specificațiilor la diferite niveluri și pe reguli empirice dictate de experiența proiectanților;
  • Strategii optimizate, bazate pe aplicarea algoritmilor matematici pentru un control optim .

Alte tipuri

Alte posibile scheme de vehicule hibride sunt următoarele:

Notă

  1. ^ M. Guiggiani, Dinamica vehiculului , op. cit.
  2. ^ Mașini personale și China
  3. ^ Opel Ampera: mâine este deja aici Arhivat 14 februarie 2016 la Internet Archive .
  4. ^ Motor paralel pentru iahturi hibride - e-Motion Hybrid , la e-motion-hybrid.com .
  5. ^ Toyota zboară peste 10 milioane de mașini hibride - Eco Mobility , în ANSA.it , 14 februarie 2017. Adus 1 aprilie 2017 .
  6. ^ Citroen C3 Hybrid Air: Mașina hibridă cu aer comprimat , pe different-car.com , 11 martie 2013. Accesat la 10 ianuarie 2016 (arhivat din original la 20 februarie 2016) .

Bibliografie

Lino Guzzella, Antonio Sciarretta, Sisteme de propulsie a vehiculelor. An Introduction to Modeling and Optimization (în engleză), ediția a II-a, Heidelberg-Berlin-New York, Springer, 2007. ISBN 3642094155 .

Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi, Vehicule electrice moderne , electrice hibride și cu celule de combustibil: elemente fundamentale, teorie și proiectare (în limba engleză), ediția a doua, CRC Press, 2009. ISBN 1420053981 .

Massimo Guiggiani, Dinamica vehiculelor, Città Studi Edizioni, Torino 2007. ISBN 9788825173000

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 66156 · LCCN (EN) sh96007414 · GND (DE) 4160835-5 · BNF (FR) cb125265027 (data) · NDL (EN, JA) 01.069.858
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Veicolo_hybrid&oldid=121458531 ”