1.35. Принцип роботи автомобілів з гібридною силовою установкою

У попередньому пункті вказувалось, що самим слабким елементом електромобіля виявився його акумулятор електричної енергії. Проте цей недолік перестає бути вирішальним, якщо електромобіль обладнати зарядним генератором з приводом від невеликого двигуна внутрішнього згоряння. Цей двигун буде весь час працювати у одному і тому ж незмінному, самому економічному режимі роботи, завдяки чому його можна зробити простішим. Він буде безперервно заряджати акумулятори, що пом’якшить проблему малого пробігу на одній зарядці.

Окрім того, у потрібні моменти часу (при розгоні, обгоні тощо) електроенергію від генератора можна спрямовувати не на зарядку акумулятора, а до тягового електродвигуна, який допомагатиме двигунові внутрішнього згоряння розганяти автомобіль. Це покращить динамічні властивості автомобіля.

На цьому ґрунтується принцип роботи автомобілів з гібридною силовою установкою. Він полягає у тому, що автомобіль має дві силові установки – звичайний двигун внутрішнього згоряння з баком для палива та електромотор-генератор з тяговою акумуляторною батареєю.

ДВЗ приводить у рух автомобіль чи электрогенератор, який заряджає тягову акумуляторну батарею.

Через систему керування у потрібні моменти часу потрібна кількість електричної енергії спрямовується у електродвигун, який приводить автомобіль у рух самостійно або допомагає це робити двигунові внутрішнього згоряння.

Існують дві основні схеми гібридного приводу – послідовна і паралельна. Послідовна схема наведена нижче. Її особливістю є те, що механічний зв’язок з ведучими колесами має лише електромотор, а двигун внутрішнього згоряння не має такого зв’язку. Він приводить у рух лише генератор, струм з якого може спрямовуватись перетворювачем напруги у акумуляторну батарею або у електродвигун. А при гальмуваннях або на спусках електродвигун переходить у режим генератора і теж заряджає акумуляторну батарею.

Особливістю ж паралельної схеми гібридного приводу є те, що механічний зв’язок з ведучими колесами мають як двигун внутрішнього згоряння, так і електромотор – див. рис. нижче. Залежно від умов руху автомобіля ведучі колеса можуть приводитись від одного лише електромотора (числа електротяга), від одного лише двигуна внутрішнього згоряння (чиста механічна тяга), або від обох відразу. А при гальмуваннях або на спусках електродвигун переходить у режим генератора і заряджає акумуляторну батарею.

Концерн Toyota у 1997 р. розпочав серійне виробництво гібридних автомобілів Toyota Prius – див. рис.

Двигун внутрішнього згоряння з робочим об’ємом 1,8 л має потужність 57 кВт, електродвигун – 50 кВт. Тягова акумуляторна батарея має напругу 288 В, ємність 6,5 А∙год, запас енергії – 1,87 кВт.год.

Запас ходу на чистій електротязі – 2 … 3 км при швидкості до 50 км/год.

На сьогоднішній день продано більше 100 тис. автомобілів. Ціна в Україні – від 287 до 354 тис.грн.

Майже всі автомобільні концерни сьогодні мають моделі автомобілів з гібридними силовими установками. Проводяться такі роботи і в Україні.

У інституті електродинаміки Національної академії наук України проходять випробування два експериментальних автомобіля «Таврія» – електромобіль і гібридний автомобіль. У моторному відсіку цих автомобілів замість двигуна внутрішнього згоряння встановлено електродвигун 1, вал якого приєднано до первинного валу коробки передач 2. Джерелом енергії для електродвигуна є блок тягових акумуляторних батарей (10 батарей ємністю по 100 А∙год кожна), їх сумарна напруга – 120 В. П’ять батарей встановлено у моторному відсіку автомобіля, і ще п’ять – у задній частині пасажирського салону див. рис.

Завдяки великому крутному моменту електродвигуна рушати з місця та розганятись до 60 км/год можна на другій чи третій передачі. Потреба у першій передачі виникає лише на крутих підйомах.

Оптимальний швидкісний режим руху автомобіля – 60 км/год. При цьому запас ходу електромобіля у міському циклі дорівнює 60 … 80 км, а за містом – до 100 км.

Г ібридний автомобіль обладнано ще й пересувною електростанцією з двигуном внутрішнього згоряння потужністю 8 кВт. Вона розміщена у багажному відсіку автомобіля (див. рис.) і призначена для підзарядки акумуляторних батарей і живлення тягового електродвигуна.

Дана гібридна силова установка може працювати у двох основних режимах. Рушання з місця і розгін до швидкості 20 км/год здійснюються у режимі «чистого» електромобіля, коли двигун живиться лише від акумуляторної батареї. При цьому заряду енергії у десяти батареях вистачає, як і у електромобіля, на 60 … 80 км.

На більш високих швидкостях руху і при більшому навантаженні автоматично запускається двигун внутрішнього згоряння і у роботу вступає генератор. Дальність пробігу при цьому обмежена лише ємністю бензобаку і досягає 700 км.

Електродвигуни, що застосовуються у обох автомобілях, дозволяють з максимальною ефективністю реалізовувати режим рекуперативного гальмування, при якому кінетична енергія автомобіля використовується для підзарядки акумуляторних батарей.

Гальмівна система машин – комбінована. У першій фазі натискання на педаль гальма (хід педалі до 3 см) машину сповільнює лише електродвигун, який одночасно підзаряджає акумуляторну батарею. При цьому кількість кінетичної енергії, яка перетворюється у електричну і повертається у батарею, складає 8 … 14 %. У другій фазі, коли педаль гальма переміщується далі, у роботу вступає і штатна гальмівна система – механічна з гідравлічним приводом.