3.Классификация гибридных силовых установок

Основными требованиями к гибридной силовой установке являются следующие:

• минимальный расход топлива при выполнении жестких ограничений на выбросы вредных веществ с отработавшими газами ДВС;

• компромиссный выбор характеристик, определяющих комфортность, стоимость, работоспособность и др.

Мероприятия, позволяющие снизить эксплуатационный расход топлива при применении гибридных силовых установок на автомобильном транспорте, включают:

• использование ДВС только на режимах соответствующих высокому коэффициенту полезного действия;

• использование технологии старт-стоп, при которой ДВС останавливается при прекращении движения транспортного средства и запускается при достижении определенной скорости движения на электроприводе;

• рекуперация энергии торможения автомобиля;

• использование электроэнергии для силового привода автомобиля;

• максимальное использование электроэнергии в системах автомобиля;

• оптимальная стратегия управления потоками энергии в гибридной силовой установке;

• применение автоматической плавно регулируемой переменная трансмиссии;

• уменьшение рабочего объема двигателя V_h, применение прогрессивных рабочих процессов ДВС, применение дизелей в сочетании с наддувом;

• выбор оптимального соотношения мощностей ДВС и батареи;

• использование двигателей с управляемыми рабочими процессами;

• возможность подзарядки батареи от внешних источников;

• использование энергосберегающих технологий в электронных и электрических системах гибридной силовой установки.

По степени эффективности, а следовательно, сложности гибридные силовые установки условно можно разделить на несколько типов (табл. 3.1, рис. 3.1).

Таблица 3.1

Типы гибридных силовых установок

Тип системы управления	Напряжение электропривода	Факторы, определяющие эффективность
		старт / стоп	регенерация энергии торможения	вспомогательный электропривод	тяговый электродвигатель
Обычная система	‑	нет	нет	нет	да
«Микро» ГСУ (рис. 3.1, а)	14-24V	да	минимум	минимум	да
«Мягкая» ГСУ (рис. 3.1, б)	42 V	да	незначит.	незначит.	да
«Средняя» ГСУ (рис. 3.1, б)	144 V	да	да	да	да
«Полная» ГСУ (рис. 3.1, в)	200 V	да	да	да	да

а б в

Рис.3.1. Схемы различных типов гибридных силовых установок:

д – двигатель внутреннего сгорания; э – электродвигатель/генератор;

с – сцепление; т – коробка перемены передач;

б – аккумуляторная батарея; ф – дифференциал

Самая простая «микро»-гибридная силовая установка (рис. 3.1, а) представляет собой несколько видоизмененную схему традиционного силового электрооборудования двигателя внутреннего сгорания. Электрический генератор связан с коленчатым валом ДВС через приводной ремень. Мощность генератора выбрана большей по сравнению со стандартным генератором, устанавливаемым на двигатели легковых автомобилей, редко превышающей 1 кВт. Отбирая мощность от ДВС, генератор заряжает стартерную батарею, которая выполняет в этом случае роль тяговой. Через блок управления, не показанный на рисунке, генератор, переводимый в режим работы электродвигателя, может «помогать» в случае необходимости ДВС, расходуя электроэнергию, запасенную в аккумуляторе. Данный тип гибридной силовой установки отличается малой эффективностью, но простота его исполнения привела к тому, что в продаже появились комплекты для самостоятельной переделки стандартного ДВС в гибридную силовую установку такого типа.

Более сложным типом гибридных силовых установок является схема приведенная на рис. 3.1, б. В этом случае электромотор/генератор устанавливается как проставка между ДВС и трансмиссией. В этом случае мощность электромотора/генератора может быть сопоставимой с мощностью ДВС, но принципиальных отличий между схемами а и б нет. В том и другом случае при движении на электотяге или рекуперации энергии торможения часть энергии бесполезно расходуется на вращение ДВС.

Набольшей эффективностью обладает схема, показанная на рис. 3.1, в, которая позволяет электромотору/генера-тору иметь связь с колесами при отключенном от трансмиссии двигателе внутреннего сгорания.

Реальные схемы гибридных силовых установок современных автомобилей, как правило, сложнее: применяются распределители энергетических потоков, выполненные в виде планетарных передач, несколько генераторов и силовых электромоторов и т.п., что в конечном счете определяет столь высокую эффективнось автомобилей с гибридными силовыми установками.

Гибридные приводы, использующие комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электрического привода могут создаваться по схемам параллельного и последовательного соединения.

При последовательном подключении источников энергии (series hybrid, рис. 3.2), ДВС вращает генератор, который может или заряжать батарею и/или приводить электрический двигатель, передающий крутящий момент в трансмиссию. Так как двигатель внутреннего сгорания при последовательном соединении механически не связан с трансмиссией транспортного средства, возможна его работа при постоянной частоте вращения вблизи оптимальных значений КПД и минимальных выбросов токсичных компонентов. Однако при реализации этой схемы происходит многократное преобразование всего потока энергии, поэтому общий КПД передачи мощности от ДВС к колесам транспортного средства редко превышает для последовательной схемы 55%.

Рис. 3.2. Схема гибридного привода с последовательным