Методический материал к лабораторной работе

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Кафедра

«Электрооборудование и электронные системы

автомобилей и тракторов»

Методические указания

для проведения лабораторных работ

«Модель гибридной силовой установки»

Челябинск 2012

Лабораторная работа №2

«Исследование работы последовательной комбинированной

Энергетической установки в режиме гибридного способа движения»

Цель работы

Изучение принципа действия и основных характеристик последовательной комбинированной энергетической установки тягового привода колёс в гибридном режиме движения под нагрузкой.

Методический материал к лабораторной работе

Последовательная схема комбинированной энергетической установки тягового привода ведущих колёс автомобилей, это - самая простая гибридная конфигурация. ДВС используется только для привода генератора, а вырабатываемая последним электроэнергия заряжает аккумуляторную батарею и питает электродвигатель, который и вращает ведущие колеса (рис.2.1). Это избавляет от необходимости в коробке передач и сцеплении.

Рисунок 2.1. Последовательная схема комбинированной энергетической установки тягового привода ведущих колёс

Для подзарядки аккумулятора также используется рекуперативное торможение. Свое название схема получила потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд последовательных преобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС, в электрическую, вырабатываемую генератором, и опять в механическую. При этом часть энергии неизбежно теряется. Последовательный гибрид позволяет использовать ДВС малой мощности, причем он постоянно работает в диапазоне максимального КПД, или же его можно совсем отключить. При отключении ДВС электродвигатель и батарея в состоянии обеспечить необходимую мощность для движения. Поэтому они, в отличие от ДВС, должны быть более мощными, а, значит, они имеют и большую стоимость. Наиболее эффективна последовательная схема при движении в режиме частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, т.е. в городе. Поэтому используют ее в городских автобусах и других видах городского транспорта. По такому принципу работают также большие карьерные самосвалы, где необходимо передать большой крутящий момент на колеса, и не требуются высокие скорости движения.

Основные преимущества систем электропривода автомобилей, выполненных по последовательной схеме:

1) электродвигатель механически изолирован от ведомых колес и управляем в любой точке своих характеристик, в том числе в пределах области максимальной эффективности;

2) возможность использования быстродействующего электродвигателя;

3) упрощение кинематической схемы трансмиссии;

4) простота стратегии и реализации законов управления.

К недостаткам последовательной схемы следует отнести двойное преобразование энергии в осевой цепи привода и обусловленные этим повышенные потери в трансмиссии, а также значительные массогабаритные показатели электрооборудования.

Основные преимущества применения гибридного привода заложены в больших возможностях при достижении требуемых технических характеристик. Достижимо это стало благодаря новым технологиям, получившим развитие в последние 10-20 лет. Кроме этого дополнительными преимуществами гибридного привода являются:

1. Экономичность. Применение электропривода позволяет обеспечить снижение расхода топлива на 30% и более в сравнении с традиционными механическими системами, что помимо снижения затрат на топливо обеспечивает соответствующее увеличение максимального запаса хода на одном баке.

2. Компоновочные преимущества. Отсутствие жестких кинематических связей элементов трансмиссии позволяет их применять без существенного изменения существующей компоновки автомобиля. Применение электропривода идеально подходит для многоосных специальных шасси с практически неограниченными возможностями по вариантам базы автомобиля, количеству осей, колёсной формулы, типу и расположению энергетической установки (дизельный, бензиновый, газовый ДВС, газотурбинная установка).

3. Увеличение пробега без участия ДВС. Наличие на борту накопителя энергии, помимо существенного увеличения экономических (уменьшение расхода топлива и соответственно рост максимального запаса хода на одном баке) и динамических характеристик транспортного средства, позволяет обеспечить пусть и ограниченный, но важный пробег с выключенной или вышедшей из строя энергетической установкой.

4. Увеличенное полезное пространство салона. За счёт использования электромеханической трансмиссии, автомобиль освобождается от компонентов системы привода, в котором размещались механические детали. За счёт уменьшенных габаритных размеров силовой установки сокращается объём подкапотного пространства. Отсюда салон автомобиля становится просторнее, чем в машине с традиционным приводом, что является дополнительным преимуществом перед автомобилями в габаритах данного класса.

5. Возможность автоматизации. По своей сути привод электротрансмиссии является полностью автоматическим. Все воздействия водителя на органы управления автомобиля преобразуются в электрические сигналы системы управления.

6. Ремонтопригодность. Достигается благодаря модульности конструкции, которой обладает электропривод, и отсутствию механической связи энергетической установки и колёс, что является классическим примером гибридного привода.

7. Режим «электростанция». Энергетическая установка транспортного средства имеет возможность обеспечения внешних потребителей электроэнергией, эквивалентной мощности энергетической установки, что позволяет использовать автомобиль в бытовых условиях как мини электростанцию.

В гибридном автомобиле ДВС остался единственным источником энергии. На установившихся режимах движения автомобиля, когда мощность, потребляемая тяговым электродвигателем, ниже мощности, вырабатываемой генератором, излишняя электрическая энергия через элементы электрического управления, поступает в аккумуляторную батарею. На режимах частичной нагрузки, на которых автомобиль эксплуатируется большую часть времени, электрический двигатель работает на электрической энергии, поступающей от генератора, но в режимах энергичного ускорения или других высоких нагрузок этой электрической мощности может быть недостаточно. В этом случае недостающая энергия берётся от аккумуляторной батареи. Кроме этого во время торможения тяговый двигатель начинает работать в режиме генератора и вырабатываемая им электрическая энергия так же накапливается в аккумуляторной батарее. Наличие мощной аккумуляторной батареи позволяет уменьшить двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель может работать в наиболее приемлемых для него режимах работы, не зависимо от скорости движения и нагрузки автомобиля, что значительно улучшает топливную экономичность и уменьшает эмиссию двигателя. При этом ДВС имеет значительно меньший вес и более простую конструкцию, поскольку двигатель работает практически как стационарный, что позволяет не оборудовать двигатель различными системами, обеспечивающих работу двигателя на различных режимах работы.

По своим тяговым характеристикам электрический двигатель значительно отличается от двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания развивает максимальную мощность и максимальный крутящий момент только на высоких оборотах, а электрический двигатель развивает максимальный крутящий момент в самом начале вращения, кроме этого у электромотора отсутствует необходимость в холостом ходе. Электрический двигатель может вращаться в противоположном направлении. Это позволяет исключить из конструкции автомобиля сцепление и коробку передач, а при использовании не одного электродвигателя, а нескольких мотор-колёс, пропадает необходимость в использовании дифференциала. Отсутствие этих агрегатов значительно упрощает конструкцию автомобиля и уменьшает его вес, что частично компенсирует большой вес аккумуляторной батареи.

Гибридный автомобиль, зарядку которого можно осуществлять от постороннего источника электрической энергии имеет обозначение PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) Гибридный электрический автомобиль с возможностью зарядки от постороннего источника.

Примером такого автомобиля является Chevrolet Volt и Toyota Prius нового поколения (рис.2.2 и 2.3).

Рисунок 2.2. Гибридный автомобиль Toyota Prius нового 3 поколения

Рисунок 2.3. Гибридный автомобиль Chevrolet Volt нового поколения

Дальнейшее увеличение удельной ёмкости аккумуляторных батарей и значительное снижение их стоимости привело к тому, что движение автомобиля за счёт энергии, запасённой в аккумуляторной батарее, стало основным. А для привода генератора, необходимого для подзарядки аккумуляторных батарей, что требуется для увеличения общего пробега автомобиля, когда зарядки аккумулятора недостаточно для дальних поездок на автомобиль стали ставить не стандартный автомобильный двигатель, а упрощённый и облегченный двигатель внутреннего сгорания. Такие двигатели называются «Range Extender», а гибридный автомобиль с подобным двигателем получил наименование REEV (Range Extender Electric Vehicle).

Список рекомендуемой литературы

2.1. Бажинов О.В., Смирнов А.П. и др. Гибридные автомобили. - Харьков, ХНАДУ, 2008. - 327 с.

2.2. К.Л. Богданов. Тяговый электропривод., Москова МАДИ 2009 г., с 56.

2.3. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2000.

Поиск по сайту: