Wat is een hybride voertuigsysteem?

De laatste tijd winnen elektrische voertuigen aan populariteit. Volwaardige elektrische voertuigen hebben echter een belangrijk nadeel: een kleine gangreserve zonder opladen. Om deze reden rusten veel toonaangevende autofabrikanten sommige van hun modellen uit met hybride eenheden.

Kort gezegd is een hybride auto een voertuig waarvan de belangrijkste aandrijflijn een verbrandingsmotor is, maar die wordt aangedreven door een elektrisch systeem met een of meer elektromotoren en een extra accu.

Tegenwoordig worden verschillende categorieën hybriden gebruikt. Sommige helpen alleen de verbrandingsmotor bij het starten, andere laten je rijden met elektrische tractie. Overweeg de kenmerken van dergelijke energiecentrales: wat is hun verschil, hoe ze werken en wat de belangrijkste voor- en nadelen van hybriden zijn.

Geschiedenis van hybride motoren

Het idee om een ​​hybride auto te creëren (of een kruising tussen een klassieke auto en een elektrische auto) wordt gedreven door hogere brandstofprijzen, strengere emissienormen voor voertuigen en meer rijcomfort.

De ontwikkeling van een gemengde energiecentrale werd voor het eerst uitgevoerd door het Franse bedrijf Parisienne de voitures electriques. De eerste werkbare hybride auto was echter de creatie van Ferdinand Porsche. In de elektriciteitscentrale Lohner Electric Chaise diende een verbrandingsmotor als generator voor elektriciteit, die de voorste twee elektromotoren aandreef (direct gemonteerd op de wielen).

Het voertuig werd in 1901 aan het publiek gepresenteerd. In totaal zijn er ongeveer 300 exemplaren van dergelijke auto's verkocht. Het model bleek erg praktisch te zijn, maar duur om te fabriceren, dus een gewone automobilist kon zo'n voertuig niet betalen. Bovendien verscheen op dat moment een goedkopere en niet minder praktische auto, ontwikkeld door de ontwerper Henry Ford.

Klassieke benzinemotoren dwongen ontwikkelaars om decennia lang af te zien van het idee om hybrides te maken. De belangstelling voor groen vervoer is gegroeid met de goedkeuring van de Amerikaanse wet op de bevordering van elektrisch vervoer. Het werd in 1960 aangenomen.

Bij toeval brak in 1973 de wereldoliecrisis uit. Als de Amerikaanse wetgeving fabrikanten niet heeft aangemoedigd om na te denken over de ontwikkeling van betaalbare milieuvriendelijke auto's, dan heeft de crisis hen ertoe gedwongen dat te doen.

Het eerste volledig hybride systeem, waarvan het basisprincipe nog steeds wordt gebruikt, werd in 1968 door TRW ontwikkeld. Volgens het concept was het samen met de elektromotor mogelijk om een ​​kleinere verbrandingsmotor te gebruiken, maar tegelijkertijd ging het vermogen van de machine niet verloren en werd het werk veel soepeler.

Een voorbeeld van een volwaardige hybride auto is de GM 512 Hybrid. Hij werd aangedreven door een elektromotor die het voertuig versnelde tot 17 km / u. Bij deze snelheid werd de verbrandingsmotor geactiveerd, waardoor de prestaties van het systeem werden verbeterd, waardoor de snelheid van de auto toenam tot 21 km / u. Als het nodig was om sneller te gaan, werd de elektromotor uitgeschakeld en werd de auto al versneld op de benzinemotor. De maximumsnelheid was 65 km / u.

VW Taxi Hybrid, een andere succesvolle hybride auto, werd in 1973 aan het publiek voorgesteld.

Tot nu toe proberen autofabrikanten hybride en volledig elektrische systemen op een niveau te brengen dat ze concurrerend zouden maken in vergelijking met klassieke verbrandingsmotoren. Hoewel dit nog niet is gebeurd, hebben veel ontwikkelingen de miljarden dollars die aan hun ontwikkeling zijn besteed, gerechtvaardigd.

Met het begin van het derde millennium zag de mensheid een nieuwigheid genaamd Toyota Prius. Het geesteskind van de Japanse fabrikant is synoniem geworden met het concept van "hybride auto". Veel moderne ontwikkelingen zijn ontleend aan deze ontwikkeling. Tot op heden zijn er een groot aantal aanpassingen van gecombineerde installaties gemaakt, waardoor de koper de beste optie voor zichzelf kan kiezen.

Hoe hybride voertuigen werken

Verwar een hybride motor niet met een volledig elektrische auto. In sommige gevallen is de elektrische installatie betrokken. In de stadsmodus bijvoorbeeld, wanneer de auto in de file staat, leidt het gebruik van een verbrandingsmotor tot oververhitting van de motor en tot een toename van luchtverontreiniging. Voor dergelijke situaties wordt de elektrische installatie geactiveerd.

Door ontwerp bestaat een hybride uit:

• De belangrijkste krachtbron. Het is een benzine- of dieselmotor.
• Elektrische motor. Afhankelijk van de wijziging kunnen er meerdere zijn. Door het werkingsprincipe kunnen ze ook verschillen. Sommige kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt als een extra aandrijving voor de wielen, en andere als assistent van de motor bij het starten van de auto vanuit stilstand.
• Extra batterij. In sommige auto's heeft het een kleine capaciteit, waarvan de energievoorziening voldoende is om de elektrische installatie voor een korte periode te activeren. In andere heeft deze batterij een grote capaciteit zodat voertuigen vrij kunnen bewegen op elektriciteit.
• Elektronisch controlesysteem. Geavanceerde sensoren monitoren de werking van de verbrandingsmotor en analyseren het gedrag van de machine, op basis waarvan de elektromotor wordt geactiveerd / gedeactiveerd.
• Omvormer. Dit is een omvormer van de benodigde energie afkomstig van de accu naar een driefasige elektromotor. Dit element verdeelt ook de belasting over verschillende knooppunten, afhankelijk van de wijziging van de installatie.
• Generator. Zonder dit mechanisme is het onmogelijk om de hoofd- of extra batterij op te laden. Net als bij conventionele auto's wordt de generator aangedreven door de verbrandingsmotor.
• Warmteterugwinningssystemen. De meeste moderne hybriden zijn uitgerust met een dergelijk systeem. Het “verzamelt” extra energie van onderdelen van de auto zoals het remsysteem en het chassis (wanneer de auto uitrolt, bijvoorbeeld vanaf een heuvel, verzamelt de omvormer de vrijgekomen energie in de accu).

De hybride aandrijflijnen kunnen afzonderlijk of in paren worden bediend.

Regelingen van werk

Er zijn verschillende succesvolle hybriden. Er zijn drie belangrijke:

• consequent;
• parallel;
• serieel-parallel.

Serieel circuit

In dit geval wordt de verbrandingsmotor gebruikt als generator van elektriciteit voor de werking van elektromotoren. In feite heeft een benzine- of dieselmotor geen directe verbinding met de transmissie van de auto.

Met dit systeem kunnen motoren met laag vermogen en een klein volume in de motorruimte worden geïnstalleerd. Hun belangrijkste taak is om de spanningsgenerator aan te drijven.

Deze voertuigen zijn vaak uitgerust met een recuperatiesysteem, waardoor mechanische en kinetische energie wordt omgezet in elektrische stroom om de accu op te laden. Afhankelijk van de grootte van de accu kan een auto een bepaalde afstand uitsluitend op elektrische tractie afleggen zonder gebruik te maken van een verbrandingsmotor.

Het bekendste voorbeeld van deze categorie hybrides is de Chevrolet Volt. Hij kan worden opgeladen als een normale elektrische auto, maar dankzij de benzinemotor wordt de actieradius aanzienlijk vergroot.

Parallelschakeling

Bij parallelle installaties werken de verbrandingsmotor en de elektromotor samen. De taak van de elektromotor is om de belasting van de hoofdeenheid te verminderen, wat leidt tot aanzienlijke brandstofbesparingen.

Als de verbrandingsmotor is losgekoppeld van de transmissie, kan de auto een bepaalde afstand afleggen van de elektrische tractie. Maar de belangrijkste taak van het elektrische gedeelte is om een ​​soepele acceleratie van het voertuig te garanderen. De belangrijkste krachtbron bij dergelijke wijzigingen is een benzine- (of diesel) motor.

Wanneer de auto langzamer gaat rijden of de werking van de verbrandingsmotor verlaat, werkt de elektromotor als generator om de accu op te laden. Dankzij de verbrandingsmotor hebben deze voertuigen geen hoogspanningsaccu nodig.

In tegenstelling tot sequentiële hybrides hebben deze units een hoger brandstofverbruik, omdat de elektromotor niet als aparte krachtbron wordt gebruikt. Bij sommige modellen, zoals de BMW 350E iPerformance, is de elektromotor geïntegreerd in de versnellingsbak.

Een kenmerk van dit werkschema is een hoog koppel bij lage krukassnelheden.

Serieel-parallel circuit

Dit circuit is ontwikkeld door Japanse ingenieurs. Het heet HSD (Hybrid Synergy Drive). In feite combineert het de functies van de eerste twee soorten werking van een energiecentrale.

Wanneer de auto in een file moet starten of langzaam moet rijden, wordt de elektromotor geactiveerd. Om op hoge snelheid energie te besparen, wordt een benzine- of dieselmotor (afhankelijk van het voertuigmodel) aangesloten.

Als u snel moet accelereren (bijvoorbeeld bij het inhalen) of als de auto bergop gaat, werkt de krachtcentrale in de parallelle modus - de elektromotor helpt de verbrandingsmotor, die de belasting ervan vermindert en als gevolg daarvan het brandstofverbruik bespaart.

De planetaire verbinding van een interne verbrandingsmotor van een auto brengt een deel van het vermogen over naar het hoofdtandwiel van de transmissie en gedeeltelijk naar de generator om de batterij of elektrische aandrijving op te laden. In een dergelijk schema wordt complexe elektronica geïnstalleerd die de energie verdeelt naargelang de situatie.

Het meest prominente voorbeeld van een hybride met een serieparallelle aandrijflijn is de Toyota Prius. Sommige modificaties van bekende modellen van Japanse makelij hebben dergelijke installaties echter al ontvangen. Een voorbeeld hiervan is de Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Deze technologie werd ook gekocht door enkele Amerikaanse bedrijven. Zo heeft de ontwikkeling zijn weg gevonden naar de Ford Escape Hybrid.

Hybride aggregatietypen

Alle hybride aandrijflijnen zijn onderverdeeld in drie typen:

• zachte hybride;
• middelgrote hybride;
• volledig hybride.

Elk van hen heeft zijn eigen functie en unieke kenmerken.

Microhybride aandrijflijn

Dergelijke energiecentrales zijn vaak uitgerust met een recuperatiesysteem zodat kinetische energie wordt omgezet in elektrische energie en teruggevoerd naar de batterij.

Het aandrijfmechanisme daarin is een starter (kan ook als generator fungeren). Bij dergelijke installaties is er geen elektrische wielaandrijving. Het schema wordt gebruikt bij frequente starts van de interne verbrandingsmotor.

Middelgrote hybride aandrijflijn

Dergelijke auto's rijden ook niet door de elektromotor. De elektromotor dient in dit geval als assistent van de hoofdaggregaat wanneer de belasting toeneemt.

Dergelijke systemen zijn ook uitgerust met een recuperatiesysteem, waarbij gratis energie wordt opgevangen in de batterij. Middelgrote hybride eenheden zorgen voor een efficiëntere warmtemotor.

Volledig hybride aandrijflijn

In dergelijke installaties is er een generator met hoog vermogen, die wordt aangedreven door een verbrandingsmotor. Het systeem wordt geactiveerd bij lage voertuigsnelheden.

De effectiviteit van het systeem komt tot uiting in de aanwezigheid van de "Start / Stop" -functie, wanneer de auto langzaam rijdt in een file, maar je bij verkeerslichten scherp moet accelereren. Een kenmerk van de volledig hybride installatie is de mogelijkheid om de verbrandingsmotor uit te schakelen (de koppeling is ontkoppeld) en een elektromotor aan te drijven.

Indeling naar mate van elektrificatie

In technische documentatie of in de naam van een automodel kunnen de volgende termen voorkomen:

• microhybride;
• milde hybride;
• complete hybride;
• plug-in hybride.

Microhybrid

In dergelijke auto's is een conventionele motor geïnstalleerd. Ze zijn niet elektrisch aangedreven. Deze systemen zijn ofwel uitgerust met een start / stop-functie, of zijn uitgerust met een regeneratief remsysteem (tijdens het remmen wordt de batterij opgeladen).

Sommige modellen zijn uitgerust met beide systemen. Sommige experts zijn van mening dat dergelijke voertuigen niet als hybride voertuigen worden beschouwd, omdat ze alleen een benzine- of dieselmotor gebruiken zonder integratie in het elektrische aandrijfsysteem.

Milde hybride

Dergelijke auto's rijden ook niet vanwege elektriciteit. Ze gebruiken ook een warmtemotor, zoals in de vorige categorie. Met één uitzondering: de verbrandingsmotor wordt ondersteund door een elektrische installatie.

Deze modellen hebben geen vliegwiel. Zijn functie wordt uitgevoerd door een elektrische starter-generator. Het elektrische systeem vergroot de terugslag van de motor met laag vermogen tijdens hard accelereren.

Complete hybride

Onder deze voertuigen worden voertuigen verstaan ​​die een bepaalde afstand op elektrische tractie kunnen afleggen. In dergelijke modellen kan elk hierboven genoemd verbindingsschema worden gebruikt.

Dergelijke hybriden worden niet opgeladen via het lichtnet. De accu wordt opgeladen met energie van het regeneratieve remsysteem en de generator. De afstand die met één keer opladen kan worden afgelegd, is afhankelijk van de capaciteit van de batterij.

Hybride plug-ins

Dergelijke auto's kunnen functioneren als een elektrische auto of rijden op een verbrandingsmotor. Dankzij de combinatie van de twee energiecentrales wordt gezorgd voor een behoorlijk brandstofverbruik.

Omdat het fysiek onmogelijk is om een ​​volumineuze batterij te installeren (in elektrische voertuigen neemt deze de plaats in van een gastank), kan een dergelijke hybride tot 50 km afleggen op een enkele lading zonder opnieuw op te laden.

Voor- en nadelen van hybride auto's

Op dit moment kan de hybride worden beschouwd als een overgangsverbinding van een warmtemotor naar een milieuvriendelijke elektrische analoog. Hoewel het uiteindelijke doel nog niet is bereikt, is er dankzij de introductie van moderne innovatieve ontwikkelingen een positieve trend in de ontwikkeling van elektrisch vervoer.

Omdat hybriden een overgangsoptie zijn, hebben ze zowel positieve als negatieve punten. De pluspunten zijn:

• Brandstof economie. Afhankelijk van de werking van het vermogenspaar kan deze indicator tot 30% of meer toenemen.
• Opladen zonder gebruik van het lichtnet. Dit werd mogelijk gemaakt dankzij het kinetische energieterugwinningssysteem. Hoewel volledig opladen niet plaatsvindt, hebben elektrische voertuigen helemaal geen stopcontact nodig als ingenieurs de conversie kunnen verbeteren.
• De mogelijkheid om een ​​motor met een kleiner volume en vermogen te installeren.
• Elektronica is veel zuiniger dan mechanica, ze verdelen brandstof.
• De motor raakt minder oververhit en er wordt brandstof verbruikt bij het rijden in files.
• Door de combinatie van benzine / diesel- en elektromotoren kun je blijven rijden als de high-power accu leeg is.
• Dankzij de werking van de elektromotor kan de verbrandingsmotor stabieler en minder lawaai maken.

Hybride installaties hebben ook een behoorlijke lijst met nadelen:

• De accu wordt sneller onbruikbaar door het grote aantal laad- / ontlaadcycli (zelfs in mild hybride systemen);
• De batterij is vaak helemaal leeg;
• Onderdelen voor dergelijke auto's zijn vrij duur;
• Zelfreparatie is bijna onmogelijk, omdat hiervoor geavanceerde elektronische apparatuur nodig is;
• In vergelijking met benzine- of dieselmodellen kosten hybrides enkele duizenden dollars meer;
• Regelmatig onderhoud is duurder;
• Complexe elektronica vereist een zorgvuldige omgang en optredende fouten kunnen een lange reis soms onderbreken;
• Het is moeilijk om een ​​specialist te vinden die de werking van energiecentrales goed kan aanpassen. Daarom moet u een beroep doen op de diensten van dure professionele ateliers;
• De accu's verdragen geen grote temperatuurschommelingen en worden zelf ontladen.
• Ondanks de milieuvriendelijkheid tijdens het gebruik van een elektromotor, is de productie en verwijdering van batterijen zeer vervuilend.

Om hybriden en elektrische voertuigen een echte concurrent van interne verbrandingsmotoren te laten worden, is het noodzakelijk om de stroomvoorziening te verbeteren (zodat ze meer energie opslaan, maar tegelijkertijd niet erg omvangrijk zijn), evenals snellaadsystemen zonder de batterij te beschadigen.

Vragen en antwoorden:

Wat is een hybride voertuig? Dit is een voertuig waarbij meer dan één aandrijfeenheid bij zijn beweging betrokken is. Eigenlijk is het een mengsel van een elektrische auto en een auto met een klassieke verbrandingsmotor.

Wat is het verschil tussen een hybride en een conventionele auto? Een hybride auto heeft de voordelen van een elektrische auto (stille werking van de motor en rijden zonder brandstof), maar wanneer de batterijlading daalt, wordt de hoofdaandrijving (benzine) geactiveerd.