Гибридный привод транспортных средств



Ошибка
  • Ошибка при загрузке канала данных.
Схемы гибридного привода, сравнение схем PDF Печать E-mail

В ходе создания современных комплектов тягового электрооборудования для транспорта с комбинированными энергоустановкам, разработчиками используется несколько типовых структурных подходов. Соответственно, системы тягового привода для гибридных транспортных средств по своей конструкции делят на последовательные, параллельные, комбинированные («Split») и раздельные.

Последовательная кинематическая схема комбинированной энергетической установки исключает механическую связь колес с первичным источником энергии (например, ДВС). Двигатель является источником энергии для электрогенератора, который, в свою очередь, питает электродвигатели привода колес. Между генератором и двигателем (двигателями) привода расположен накопитель энергии (батарея аккумуляторов или суперконденсаторов). Накопитель аккумулирует избытки вырабатываемой генератором электроэнергии, получает энергию рекуперации при торможении, обеспечивает пиковые нагрузки на колесах. Схема позволяет стабилизировать режим работы первичного двигателя в области максимальной топливной эффективности и минимальных выбросов, исключить конструктивные элементы механической передачи: коробки передач, валы и т.п. Возможно использование двигателя меньшей мощности при сохранении момента привода. Внедрение такой схемы наиболее просто, т.к. можно обеспечить любую компоновку элементов привода (нет передачи энергии по механическому каналу). Электрическая схема также довольно проста, может быть применена как с ДВС, так и с альтернативными источниками энергии (топливными элементами и т.п.). К недостаткам схемы относится двойное преобразование энергии (теоретически – ниже КПД), необходимость применения электромашин и силового преобразователя на полную мощность привода, относительно высокая цена комплекта тягового оборудования. Последовательная схема наиболее эффективна при движении транспортного средства в режиме с переменными нагрузками, т.е. в городском режиме. В таком случае, ее достоинства значительно превышают недостатки, а энергия рекуперативного торможения компенсирует недостаточно высокий КПД в стационарном скоростном режиме.

Эта схема наиболее выигрышна для применения в городских маршрутных автобусах 12м и более (18 и более тонн).

Параллельная схема обеспечивает передачу энергии на колеса как от источника механической энергии (ДВС), так и – параллельно – от электродвигателя. При этом, накопитель энергии работает так же, как в последовательной схеме. Электродвигатель компенсирует неравномерности работы ДВС и недостатки момента, обеспечивая плавность хода и экономию топлива за счет энергии накопителя, полученную при рекуперативном торможении. При малых оборотах возможно движение транспортного средства только от электродвигателя, с включением в работу ДВС при наборе достаточной скорости движения. Схема имеет относительно высокий КПД и хорошие массогабаритные показатели, относительно недорога (применяется электрооборудование только на часть полной мощности). Недостатком схемы является сложность механического согласования работы ДВС и электропривода, ограничения в компоновке, необходимость применения устройств механического согласования (коробок передач специальной конструкции). Правда, от согласования работы ДВС и электропривода можно уйти, обеспечив передачу ими момента на разные оси (колеса), однако, такой прием не всегда приемлем по условиям размещения тягового оборудования и баланса масс транспортного средства. Также существенным недостатком схемы является нестабильность работы ДВС, соответственно ухудшение показателей выбросов по сравнению с последовательной схемой.

Применение параллельной схемы оправдано для транспортных средств, работающих на маршрутах со средней и более низкой интенсивностью движения (по сравнению с последовательной схемой) для обеспечения экономии топлива при торможениях, спусках, поворотах и т.п. Параллельная схема, очевидно, применима только с двигателями с вращающимся валом (ДВС) и не подходит для альтернативных источников энергии.

Комбинированная схема («Split») сочетает в себе преимущества последовательной и параллельной схем за счет специального устройства согласования работы ДВС и электродвигателя (например, несимметричный планетарный дифференциал). Устройство согласования позволяет перераспределять потоки мощности между двумя источниками энергии (тепловой двигатель и электрический накопитель) и двумя каналами передачи энергии на колеса (механическим и электромеханическим) и передавать мощность между ними в любом направлении. В такой схеме возможна как работа от одного источника энергии (ДВС или накопитель электроэнергии), так и от двух сразу (ДВС и накопитель), а вращение передается на колеса как механическим, так и электрическим двигателем, либо только одним из них (любым). Такая схема обеспечивает высокую экономичность работы, максимальную гибкость в режимах работы системы тягового привода, но является довольно сложной в разработке и реализации, требует создания сложных и дорогих механических элементов.

Раздельная схема предполагает работу либо от механического двигателя (при больших скоростях движения), либо от электрического двигателя (при малых скоростях). Она проста, но экономически оправдана в очень узкой области применения. В конструкциях автобусов такая схема не применяется, т.к. теряет почти все преимущества как последовательной, так и параллельной схемы.

 

Новости концерна