Mskstart.ru

Все про Авто перевозки
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Классификация гибридных систем

Классификация гибридных систем

Гибридный автомобиль

Гибридный автомобиль (HV) — это автомобиль, как минимум, с двумя различными преобразователями энергии и двумя различными системами накопления энергии (в автомобиле) для привода автомобиля.

С одной стороны, гибриды различаются по их конструкции (параллельный, последовательный, комбинированный или разветвленный гибрид) и, с другой стороны, по степени электрификации (микро, мягкий, полный гибрид).

Если автомобиль получает энергию не только от топлива, а и от электросети, то тогда его называют подключаемый гибрид (Plug-ln-Hybrid).

Особенности конструкции

Особенности конструкции

Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями.

Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива.

Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:

  • бензиновый мотор;
  • электрогенератор;
  • гибридная трансмиссия;
  • электродвигатель задних и передних колес;
  • батарея высокой емкости;
  • блок управления силовой системой.

Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо.

Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой «Ё-мобиль»:

Проекты гибридных: электрических силовых установок в Мире

В России интенсивно обсуждается создание гибридной силовой установки (ГСУ) на альтернативных видах топлива для регионального самолета. Об этом сообщил гендиректор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова (входит в НИЦ им. Жуковского) М. Гордин.

Тезисы:

  • НИР «Электролет СУ-2020» ориентирована на создание демонстратора ГСУ с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости.
  • ЦИАМ — головной исполнитель, компания СуперОкс — дочка НИЦ Институт им. Жуковского, — ключевой соисполнитель,
  • ЦИАМ одновременно с ФПИ (Фонд перспективных исследований) обсуждают создание на базе двигателя ВК-2500 полностью сверхпроводящей ГСУ мощностью 1500 кВт.
  • ГСУ будет использовать в качестве топлива и хладагента жидкийводород или сжиженный природный газ.
  • в 2019 г. были проведены стендовые испытания демонстратора и подготовлен проект создания летающей лаборатории на базе самолета Як-40,
  • в качестве тепловой машины взят турбовальный двигатель ТВ2-117, который заменит 1 из 3 х двигателей Як-40 , которые располагаются в хвостовой части,
  • для двигателя разработан и изготовлен генератор мощностью 400 кВт, собран аккумуляторный блок, система управления. Испытания каждого элемента проводились по отдельности и в составе силовой установки на наземных стендах. Это совместная работа с Уфимским государственным авиационным университетом,
  • по итогам летных экспериментов и проект на базе ВК-2500 можно будет говорить о начале опытно-конструкторских работ по созданию гибридной силовой установки для самолета местных воздушных линий.
  • испытания в составе летающей лаборатории на базе Як-40 пройдут до 2022 г.

В использовании сверхпроводников в двигателе — Россия впереди планеты всей, и это радует.
В «носу» ЯК-40 установят электродвигатель , использующий эффект высокотемпературной сверхпроводимости и криогенную систему, который разработал СуперОкс.
Высокотемпературный сверхпроводящий электроэнергетический комплекс обеспечит более высокие удельную мощность и КПД «электрических» компонентов (электродвигателей, генераторов, силовых шин передачи электроэнергии) гибридной СУ по сравнению с традиционным электротехническим оборудованием.

Читайте так же:
Установка на фрилендер 2 сигнализации с автозапуском

В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и ЗАО «СуперОкс» в России разрабатывается авиационная интегрированная электроэнергетическая система на основе единой высокотемпературной сверхпроводниковой (ВТСП) платформы, состоящей из аккумуляторной батареи, ВТСП-кабеля, ВТСП-токоограничивающего устройства и ВТСП-электродвигателя.

Как сообщили в пресс-службе Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, 18 декабря 2020 года в СибНИА им. Чаплыгина на экспериментальный летательный аппарат был установлен электрический двигатель на сверхпроводниках и выполнены его пробные запуски с воздушным винтом. Работы выполняются в рамках подготовки к лётным испытаниям[…] Далее:

[ il_button url=»https://aviation21.ru/yak-40ll-s-innovacionnym-elektrodvigatelem-gotovitsya-k-pervomu-polyotu/» target=»blank» style=»ghost» background=»#6592f3″ color=»#1a237d» size=»4″ center=»yes» icon=»https://ilsvik.ru/wp-content/uploads/2020/10/АРх60.png» icon_color=»#ffffff» text_shadow=»14px 7px 0px #ffffff» теме: Як-40ЛЛ с инновационным электродвигателем готовится к первому полёту[/il_button]

Технология работы ГСУ:

  • двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор;
  • генератор вместе с аккумуляторами обеспечивает энергией электромотор, соединенный с винтом низкой частоты вращения;
  • рулежка производится только с использованием электроэнергии;
  • взлет, набор высоты, полет в крейсерском режиме, снижение — с помощью генератора и аккумуляторов,
  • посадка — только с использованием электроэнергии.

Преимущества гибридного авиадвигателя:

  • на 50% меньше выбросов вредных веществ (СО2) в атмосферу,
  • менее шумный,
  • на 50% меньшее потребление топлива,
  • решение проблем недостаточной емкости аккумуляторных батарей.

Твердооксидные топливные элементы (solid oxide fuel cell, SOFC) вырабатывают электричество, соединяя водород из авиационного топлива с кислородом из воздуха.
Мощности этих элементов хватит для обеспечения самолета энергией в крейсерском режиме полета и для подзарядки аккумуляторов, необходимых для увеличения мощности при взлете и во время экстренных ситуаций.

В первую очередь, говоря о гибридном двигателе, имеют ввиду тенденцию перехода на электродвижение.
Поэтому и проект по типу электромобиля назван Электролет.

airtaxi 2019-min.jpg

Использование двигателей на сжиженном природном газе (СПГ) — это совершенно другой путь развития, еще не достаточно изученный.
Использовать гибридные силовыми установками с криогенным охлаждением предпочтительнее для малой авиации.
Криогенное охлаждение повышает мощность электрических машин.
В этом случае СПГ используется как топливо и охладитель для электромотора.

Терминология:

Более электрический самолет (БЭС) — это летательный аппарат, у которого:

  • тягу создают традиционные газотурбинные или поршневые двигатели,
  • отсутствуют гидравлические и пневматические системы, обычно предназначенные для работы гидро- и пневмоприводов органов управления и шасси. Вместо этого используются электроприводы,
  • нет отбора воздуха от двигателей для противообледенительной системы и системы кондиционирования воздуха. За счет этого снижается масса и повышается надежность всех систем, повышается КПД авиадвигателей, что в итоге приводит к снижению расхода топлива и вредных выбросов.

Полностью электрический самолет это летательный аппарат, у которого:

  • присутствуют все элементы БЭС,
  • отсутствуют традиционные тепловые двигатели в силовой установке,
  • тяга создается электродвигателями. Энергией такая силовая установка питается от аккумуляторов или от топливных элементов.

Электроавиация за рубежом:

В Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова ЦИАМ , рассмотрены текущее состояние авиадвигателестроения и направления работ по созданию критических технологий для перспективной авиационной техники за рубежом.

Читайте так же:
Система установки обогревателя в двигателе

Показано, что в ТРДД ближайшей перспективы (2020…2025 гг.) будут существенно повышены параметры рабочего процесса и степень двухконтурности, а в их конструкции будут широко применяться композиционные материалы как
в «холодной», так и в «горячей» частях двигателя. На среднесрочную и дальнесрочную перспективы (2030…2040 гг.) с учетом существенного прогресса в разработке компонентов электрической системы рассматриваются различные концепции летательных аппаратов с гибридной (турбоэлектрической) и электрической силовыми установками, в том числе с использованием компонентов на основе высоко — температурной сверхпроводимости.

Источник подробнее:

1.В Канаде совершил полет первый в мире коммерческий самолет, который на сто процентов работает на электроэнергии:

28 апреля 2020 г., AVIADO.RU — Airbus и Rolls-Royce свернули программу демонстрационного прототипа E-Fan X за год до экспериментального полета специального гибридного электрического самолета Avro RJ100. E-Fan X должен был стать следующим шагом Airbus по электрификации самолетов и огромным скачком в направлении достижения нулевых выбросов CO2 в течение следующих 20-30 лет, сообщает AVIAV.RU.

2. Airbus и Rolls-Royce прекращают разработку электрических самолетов

E-Fan X был демонстрационным гибридно-электрическим самолетом , разработанным Airbus в партнерстве с Rolls-Royce и Siemens . Проект впервые был объявлен 28 ноября 2017 года . На испытательном самолете один из четырех реактивных двигателей должен был быть заменен электродвигателем мощностью 2 мегаватта (МВт) , что примерно эквивалентно мощности 10 автомобилей среднего размера. Электроустановка питается от генератора энергии и аккумулятора, который весит почти две тонны. Когда требуется высокая мощность, например, при взлете, генератор и батарея совместно бы обеспечивали электродвигатель необходимой энергией. Проект был продолжением предыдущих демонстрационных программ для Flightpath 2050 — концепции устойчивого транспорта, разработанной Европейской Комиссией.

E-Fan X должен был совершить свой первый полет в 2021 году. Виттадини настаивает на том, что, хотя самолет не поднимется в воздух, усилия, вложенные в программу, не пропали даром. Ожидается, что Rolls-Royce самостоятельно продолжит работу, связанную с наземными испытаниями системы выработки электроэнергии, которую он разработал в качестве своего вклада в этот самолет[…]

3.Израильский электрический самолет Alice сгорел во время испытаний

Пожар пассажирского электросамолета Alice случился в аэропорту Прескотта в Аризоне, где проходили наземные испытания этого устройства. Причиной возгорания стала внешняя аккумуляторная батарея, которая подключалась к бортовой электрической сети прототипа во время этих испытаний.

Другие детали происшествия пока не раскрываются. Сейчас Eviation Aircraft оценивает объем полученных во время пожара повреждений прототипа. При этом пока не известно, скажется ли он на сроках дальнейших летных испытаний устройства.

Самолет Alice оснащен тремя электромоторами. Длина летательного аппарата составит 12 м , а максимальная взлетная масса — 6,4 т . Заряда батареи электросамолета Alice хватит для выполнения коротких межрегиональных перелетов на расстояние до 560 км . При этом крейсерская скорость летательного аппарата составит 260 узлов.

Изначально Eviation Aircraft планировала начать продажи Alice уже в 2022 году. Пока представители компании не сообщали, повлияет ли эта авария на сроки начала продажи устройства.

Читайте так же:
Установка системы охлаждения воды

Электроавиация в России:

НИР Электролет СУ- 2020 — государственный проект по заказу Минпромторга РФ, полученный ЦИАМом в 2020 г.
НИР рассчитана на 3 года и является продолжением НИР «Электролет СУ», которая была успешно завершена в 2019 г. наземными испытаниями разработанного в ЦИАМ демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ).
Цель НИР Электролет СУ- 2020 — создание самолетов с гибридными силовыми установками (ГСУ).
В проекте с ЦИАМ участвует еще 4 компании.

Типы гибридных силовых установок

гибридная силовая установка

Установкой гибридных силовых установок автопроизводители добиваются нескольких целей. Во-первых, это снижение выбросов углекислого газа (СО₂), который является источником парникового эффекта на планете и ведет к глобальному потеплению. Во-вторых, уменьшение расходов на топливо, которые несут на себе автовладельцы. И в-третьих, повышение динамики разгона автомобиля благодаря двум источникам крутящего момента.

Два первых преимущества достигаются за счет возможности перемещения на электротяге (особенно в режимах, когда КПД у ДВС низкий), режима рекуперации энергии торможения (торможение электродвигателем, который работает в режиме генератора, вырабатывая электроэнергию для подзарядки АКБ), разгона с помощью ДВС и электродвигателя, выключения ДВС при кратких остановках (системы start-stop).

Конструктивно все это происходит по-разному, поэтому получаемый эффект тоже отличается.

Классификация гибридов

Общепринятая классификация гибридов подразумевает три их типа: последовательный, параллельный и последовательно-паралельный.

Последовательный гибрид – конструкция, в которой двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) приводит в действие только генератор. ДВС в этой схеме работает в режиме максимальной экономии топлива. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает или на тяговый электродвигатель, или в аккумуляторную батарею. Электродвигатель в этой схеме через трансмиссию передает на колеса требуемый крутящий момент, а в режиме торможения работает как генератор, подзаряжая АКБ (режим рекуперации энергии торможения). Такие гибриды маркируются аббревиатурой REEV (range-extended electric vehicle) или EREV (extended-range electric vehicle).

Последовательный гибрид

Подобная конструкция имеет свои преимущества и недостатки. Плюсы этой схемы – постоянная работа ДВС в самом экономичном режиме, простота управления и отсутствие сложной трансмиссии. Из минусов следует отметить малый КПД механизма передачи энергии от ДВС к ведущим колесам автомобиля. Такая конструкция используется в модели BMW i3 REx, спорткупе Cadillac ELR и Chevrolet Volt 2015 модельного года, а также в автобусах с гибридными силовыми установками, например Toyota Coaster Hybrid.

Параллельная конструкция вооружена ДВС и тяговым электромотором, которые связаны с ведущими колесами автомобиля. Электромотор здесь питается от аккумуляторной батареи. Поскольку крутящий момент от первичного вала может быть напрямую передан на колеса авто, коэффициент полезного действия такого гибрида выше. В этой схеме используется один или два электромотора (гене-ратор+тяговый мотор). В первом случае электромотор может работать и в режиме генератора, и в режиме тягового двигателя. Но в такой схеме довольно сложная конструкция трансмиссии, потому что крутящий момент нужно передавать на колеса и от ДВС, и от электромотора. Помимо этого, ДВС не может все время работать в эконом-режиме. Такую конструкцию силовых агрегатов имеют модели Honda – Civic Hybrid, Insight и CR-Z.

Читайте так же:
Самостоятельная установка сигнализации автомобиль

параллельная конструкция гибридной силовой установки

Последовательно-параллельная конструкция гибридной силовой установки сочетает в себе обе вышеупомянутые схемы. Благодаря такой комбинированной схеме удалось получить преимущества обеих систем. В данной случае имеется и ДВС, и электромотор, и в зависимости от условий движения машина может ехать либо только на электротяге (до 1,5–2,0 км), либо только на тяге от ДВС, либо движущую энергию колеса могут получать и от ДВС, и от электромотора. У компании Toyota в силовой установке Toyota Hybrid System использован планетарный делитель силового потока (крутящего момента), который поступает от двигателя внутреннего сгорания и может гибко изменяться, передавая часть энергии на генератор, а часть – на колеса автомобиля. Вырабатываемая при этом электроэнергия может сразу идти как для питания силового электродвигателя, так и для подзарядки аккумуляторных батарей. Данная конструкция внедрена в ряде моделей Toyota, в числе которых Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а также в моделях Lexus – CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Последовательно-параллельная конструкция гибридной силовой установки

Комбинированный гибрид применяется и в полноприводных моделях. Но в них колеса передней оси приводятся в действие вышеописанной комбинированной системой, как у переднеприводных моделей, а для привода колес задней оси используется отдельный электродвигатель. Такая конструкция значительно проще, без сложной трансмиссии с карданными передачами и редукторами. Ее применяют в полноприводных внедорожниках, например в Toyota Highlander Hybrid и RAV4 Hybrid.

Подзаряжаемые гибриды

Раньше считалось, что гибриды могут подзаряжать себя только сами, когда электромотор работает в режиме генератора (при рекуперации энергии торможения, при движении в режиме торможения двигателем и т.д.). Но Toyota в числе первых пошла дальше и сделала модель Prius подзаряжаемой. Эти гибриды получили название plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Они имеют на борту АКБ повышенной емкости (у Toyota литий-ионные вместо никель-металлгидридных), которые можно подзаряжать от бытовой электросети. Поэтому plug-in hybrid может передвигаться только на электротяге на большие расстояния – не 1,5–2,0 км. а от 20 до 80 км и более.

Toyota

Гибриды Toyota в Украине

На сегодняшний день лидер в производстве моделей с гибридными силовыми установками компания Toyota представляет в Украине модель Auris Hybrid с гибридной силовой установкой. А в ближайшее время будет презентована гибридная версия нового Toyota RAV4 Hybrid.

Гибридные двигатели для морской техники

ОДК уделяет внимание применению технологий ГСУ и в других сферах. В частности, ведется создание такой установки для различной морской техники. "Одной из целей текущей научно-исследовательской работы является создание демонстратора ГСУ морского применения мощностью 200–250 кВт (270–340 л.с.). Потенциальными объектами применения второго создаваемого демонстратора могут быть скоростные маломерные суда различного назначения, в том числе разъездные суда, спасательные и патрульные катера и другие объекты. Кроме того, полученный научно-технический задел будет использован для создания ГСУ судов большей размерности", — проинформировали в ОДК.

ГСУ как драйвер развития новых технологий

Разработка ГСУ позволит дать существенный скачок развитию технологий в области электрических машин, химических источников энергии и силовой электроники с высокой удельной мощностью и низкими массогабаритными показателями. Одновременно проводятся работы в смежных отраслях — в частности, в настоящее время изучается возможность применения биотоплива для ГТД — это радикально сократит уровень вредных выбросов. «Данные разработки ведутся, но в настоящий момент научно-исследовательская работа ОДК не сконцентрирована на этой задаче», — сообщили ТАСС в корпорации.

Читайте так же:
Тормозные системы подъемных установок

Проводятся исследования и по созданию полностью электрических двигателей для авиации. «Создание полностью электрических силовых установок является перспективным направлением — в РФ и мире ведутся работы по их разработке», — отметили в ОДК.

Как проинформировали в корпорации, коммерциализация ГСУ в ближайшей перспективе будет ограничена мощностью 1-1,5 МВт. Вместе с тем развитие технологий позволит в средней перспективе создавать установки мощностью до 3 МВт для региональных и транспортных летательных аппаратов.

Блок силовой электроники ГСУ

Источник изображения: © Прес-служба ОДК

Полученный научно-технический задел в области гибридных технологий может быть использован не только для отрасли авиадвигателестроения, но и автопрома, морского и железнодорожного транспорта, а также электромашиностроения, электроники и источников тока.

Гибридная установка может применяться в качестве двигателя и для военной техники. «ГСУ позволяет повысить тяговооруженность и маневренность летательного аппарата за счет дополнительной мощности от электрической части. Появляется возможность создавать летательный аппарат с новыми архитектурами», — подчеркнул Шемет.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Информация была бы неполной без указания положительных и отрицательных сторон гибридных моторов. Конечно, плюсов будет больше, но и минусы имеются, как во всем новом и малоизученном со стороны потребителя. Например, почему-то чаще всего встречается гибридный бензиновый двигатель, хотя давно всем известна экономичность и большая мощность «дизелей». Но никакого секрета тут нет, потому что, во-первых, технологию разрабатывали за океаном, т.е. в Америке, а там с соляркой пока что знакомы слабо. Во-вторых, гибридный дизельный двигатель стоил бы еще дороже, хотя цена на такие технологии уже далеко выше средней.

Небольшой скепсис вызывают гибриды из-за электромотора, т.е. его батареи. Это достаточно капризный элемент, требующий постоянной эксплуатации, иначе срок службы гибридного двигателя значительно снизится именно из-за нее. Она плохо переносит перепады температур, может саморазряжаться, в дальнейшем возникают неясности с ее утилизацией. Так же тень на репутацию смешанных моторов накладывает не только их дороговизна, но и большая стоимость комплектующих и ремонта, если он понадобится. Причем самостоятельно его провести невозможно.

Ну, а теперь можно рассказать и о приятном. Про экологичность и экономичность можно говорить смело, это действительно так, хотя бы исходя из двойственной природы агрегата. Наличие батареи позволяет дольше ездить без заправки, сохраняя все технические показатели в актуальном состоянии. Эту батарею не нужно заряжать, заправка авто осуществляется только топливом. Двигатель, благодаря компьютеру, работает всегда в оптимальном режиме, как бы вы ни пытались его «насиловать». Иногда такие машины могут двигаться вовсе без топлива, причем отличаются они еще и тихоходностью, мотор работает чуть слышно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector