El principio es complicado y requiere algo de paciencia.
Energía híbrida
En términos generales, la energía híbrida generalmente se refiere a la energía híbrida de gasolina y electricidad, es decir, combustible. (gasolina, mezcla de diésel) y energía eléctrica.
Los vehículos híbridos son vehículos de propulsión auxiliar con un motor eléctrico como motor.
Los vehículos híbridos tienen una alta economía de combustible y un rendimiento de conducción superior. El motor de un vehículo híbrido utiliza combustible y, al arrancar y acelerar, está asistido por un motor eléctrico, por lo que puede reducir el consumo de combustible. En otras palabras, cuesta menos en combustible que un automóvil del mismo tamaño.
Además, el motor eléctrico que asiste al motor puede generar potencia poderosa en el momento del arranque, por lo que los propietarios de automóviles pueden disfrutar de un arranque y una aceleración más fuertes. Al mismo tiempo, también puede lograr un mayor nivel de economía de combustible.
Actualmente existen tres tipos principales de vehículos híbridos.
Uno es el "modo paralelo" con el motor como potencia principal y el motor eléctrico como potencia auxiliar. Este método es impulsado principalmente por el motor, aprovechando la característica del motor eléctrico de generar una gran potencia al reiniciar. Cuando el consumo de combustible del motor es grande, como al arrancar y acelerar el automóvil, el motor eléctrico se utiliza para ayudar en la conducción y reducir el consumo. el consumo de combustible del motor. La estructura de este método es relativamente simple y solo necesita agregar un motor eléctrico y una batería al automóvil.
El otro es el "modo serie y paralelo" que acciona sólo el motor eléctrico a bajas velocidades, y el motor y el motor eléctrico se accionan juntos cuando aumenta la velocidad. Al arrancar y a baja velocidad, es impulsado únicamente por el motor eléctrico. Cuando la velocidad aumenta, el motor y el motor eléctrico comparten la energía de manera simultánea y eficiente. Este método requiere un dispositivo para compartir energía y un generador, por lo que la estructura es compleja.
También existe el "modo en serie" de vehículos eléctricos que son impulsados únicamente por motores eléctricos. El motor solo se utiliza como fuente de energía y el automóvil es impulsado únicamente por motores eléctricos. Sólo es un motor eléctrico, pero también es necesario instalar un motor de combustible, por lo que también es un tipo de vehículo híbrido.
Según el grado de dependencia de la energía eléctrica, la potencia híbrida se puede dividir en potencia híbrida débil MILD HYBRID (también conocida como potencia híbrida suave, potencia híbrida suave, potencia microhíbrida, etc.), híbrida moderada. potencia y potencia híbrida severa FULL HYBRID (también conocido como híbrido completo, híbrido fuerte, etc.), híbrido enchufable PLUG IN HYBRID
Los híbridos débiles comúnmente usan tecnología de generación de energía/arranque de transmisión por correa BSG. Como el modelo BSG de Chery A5 (motor de 10 KW), normalmente el ahorro de combustible es inferior al 10%, el motor no participa directamente en la conducción y se utiliza principalmente para arrancar y recuperar energía de frenado.
ISG se usa comúnmente en híbridos de rango medio con tecnología de generación de energía/arranque de cigüeñal incorporada, como Buick LaCrosse EcoHybrid (motor de 15 KW), que generalmente ahorra alrededor de 20 RMB de combustible.
El producto representativo de la potente potencia híbrida es el TOYOTA PRIUS (motor de 50 KW), que puede ahorrar un 40 % de combustible.
La potencia híbrida enchufable proporcionará una mejor relación de ahorro de combustible, pero consumirá una cierta cantidad de electricidad. Por ejemplo, los datos de prueba del Volkswagen Golf TwinDrive (motor de 130 KW) son 8 kilovatios hora de electricidad. y un consumo de combustible de 2,5 cada 100 kilómetros.
El sistema de energía de un vehículo eléctrico híbrido se compone principalmente de un sistema de control, un sistema de propulsión, un sistema de energía auxiliar y un paquete de baterías.
Tome un vehículo eléctrico híbrido en serie como ejemplo para presentar el principio de funcionamiento de un vehículo eléctrico híbrido.
Al comienzo de la conducción del vehículo, la batería está completamente cargada, su producción de energía puede satisfacer los requisitos del vehículo y el sistema de energía auxiliar no necesita funcionar.
Cuando el vehículo está encendido, la batería está completamente cargada. la energía de la batería es inferior al 60%, el sistema de energía auxiliar arranca el sistema de energía:
Cuando la demanda de energía del vehículo es grande, el sistema de energía auxiliar y el paquete de batería proporcionan energía para el sistema de propulsión al mismo tiempo;
Cuando la demanda de energía del vehículo es pequeña, el sistema de energía auxiliar se activa. Mientras el sistema de propulsión proporciona energía, también carga el paquete de baterías.
Debido a la existencia del paquete de baterías, el motor funciona en condiciones de funcionamiento relativamente estables, lo que mejora las emisiones.
No todos los vehículos híbridos dependen de motores, baterías y cables eléctricos. Algunos vehículos funcionan mediante la acción combinada de un motor hidráulico, cable de campana y acumulador.
Los precios de la gasolina han alcanzado recientemente niveles récord, dejando a los consumidores temblando de miedo mientras se paran frente a los surtidores de gasolina. Pero el dolor que enfrentan estos consumidores palidece en comparación con el de los operadores de flotas de camiones pesados.
Desde una perspectiva de economía de combustible, los camiones que entregan nuestros paquetes y transportan nuestra basura están sujetos a varios impactos adversos. El peso es un factor importante. Los vehículos de transporte pesado completamente cargados generalmente pesan entre 14 000 y 33 000 libras. Además del factor peso, muchos de estos vehículos tienen ciclos de trabajo de quema de combustible que les exigen arrancar y detenerse constantemente.
Durante el año pasado, UPS ha estado probando un camión de reparto Clase 6 utilizando un sistema híbrido hidráulico
en Michigan. La compañía también ha puesto en servicio 50 camiones híbridos eléctricos.
Por lo tanto, no debería sorprender a nadie que varios de los operadores de flotas de camiones más grandes se hayan subido al tren del transporte híbrido. Federal Express y UPS han agregado docenas de camiones híbridos a sus flotas en los últimos dos años, ambos utilizando sistemas de propulsión híbridos de Eaton Corp. Waste Management, la empresa de transporte de basura más grande de Estados Unidos, también está evaluando soluciones híbridas para una variedad de transportistas de residuos, según la portavoz Lynn Brown.
Pero lo que puede resultar sorprendente es el tipo de sistemas de propulsión híbridos que FedEx, UPS y Waste Management están considerando para algunos de sus vehículos más pesados. Estos sistemas híbridos no utilizan un motor eléctrico, baterías y cableado eléctrico como los modelos Prius de Toyota, sino que utilizan la acción combinada de un motor de bomba hidráulica, cables de timbre de alto voltaje y un acumulador para impulsar el vehículo.
El modelo más radical de esta clase de híbridos hidráulicos rompe por completo con las transmisiones mecánicas tradicionales. En estos vehículos, el motor diésel acciona un motor de bomba hidráulica, que a su vez carga un acumulador de alta presión. El acumulador acciona un motor de bomba hidráulica de eje inclinado en las ruedas traseras para impulsar el vehículo. Se utiliza un depósito de baja presión para recolectar líquido y luego devolverlo al primer motor de bomba hidráulica, formando así un sistema de circulación hidráulica completo.
Al igual que los motores híbridos eléctricos, los motores híbridos hidráulicos también tienen la capacidad de proporcionar frenado regenerativo. Los vehículos de transporte de carga y los vehículos de transporte de escoria a menudo necesitan frenar. Cuando el vehículo frena, el motor de la bomba hidráulica almacenará energía en el acumulador de alta presión. Cuando el camión vuelve a ponerse en marcha, la energía almacenada en el acumulador se puede utilizar para reducir la carga del motor diésel. Esta energía también puede limitar las ráfagas de propulsión cuando el motor está apagado, por ejemplo, cuando se conduce el vehículo en interiores.
Para el consumidor medio o para algunos ingenieros, la tecnología de los motores hidráulicos puede parecer obsoleta en un mundo cada vez más electrificado. Sin embargo, los motores y acumuladores de bombas hidráulicas pueden proporcionar una forma confiable y de bajo costo de aplicar torque y almacenar energía, que es lo que requieren los vehículos híbridos. Y los motores hidráulicos tienen una clara ventaja en densidad de potencia sobre los sistemas eléctricos, al menos por ahora. "Los motores hidráulicos parecen ser muy eficientes, al menos para la mayoría de las líneas de camiones pesados", dijo el ingeniero mecánico Dr. John DeCicco, miembro del Consejo de Estrategia Automotriz Avanzada de Environmental Defense.
Métodos de accionamiento hidráulico
En la actualidad, existen tres métodos principales de sistemas de potencia híbridos hidráulicos y todos están en desarrollo.
Investigadores de la Oficina de Transporte y Calidad del Aire (OTAQ) de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) trabajaron con Eaton Corp. y el Southwest Research Institute (inglés SwRI) y otros socios desarrollaron conjuntamente un sistema híbrido. A partir de junio de 2006, los camiones de reparto de UPS comenzaron a probar este sistema en Detroit. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. también firmó un acuerdo de investigación y desarrollo cooperativo por separado con Parker Hannifin para comenzar el diseño de energía híbrida hidráulica.
En algunos aspectos, los sistemas híbridos hidráulicos son similares a sus homólogos híbridos eléctricos. Sin embargo, un sistema hidráulico utiliza un motor de bomba hidráulica, un cable de campana y un acumulador para generar torque y almacenar energía, en lugar de un motor eléctrico, cables y baterías.
Eaton Corp y Parker Hannifin han desarrollado sistemas híbridos hidráulicos con derechos de propiedad intelectual independientes. Eaton ha desarrollado un sistema paralelo con asistencia de arranque hidráulica, pero su propulsión principal aún proviene del tren de potencia mecánico. Parker Hannifin ha pasado el último año y medio desarrollando un nuevo diseño híbrido hidráulico y algunos de los datos del ciclo de carga provienen de Waste Management. El Dr. Joe Kovach, ingeniero mecánico y vicepresidente de diseño innovador de la División de Energía Hidráulica de Parker Hannifin, informa que su compañía construirá un modelo de camión de transporte de estiércol que incorporará el nuevo sistema híbrido hidráulico a finales de este año.
Debido a deficiencias como el gran tamaño de la batería, la baja densidad de energía y el largo tiempo de carga, el desarrollo de vehículos eléctricos se ha visto restringido. Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones, que se han desarrollado rápidamente en los últimos años, se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos debido a sus ventajas, como la alta eficiencia de conversión de energía, la alta densidad de energía, la ausencia de necesidad de carga y las cero emisiones. Los principales fabricantes de automóviles que actualmente invierten en la investigación y el desarrollo de vehículos de pila de combustible incluyen General Motors, Honda, Ford, Dai-Ke, Renault-Nissan, Fiat, Mazda, Nissan, Toyota, Volkswagen, Mitsubishi, Hyundai, etc. a nivel internacional, y a nivel nacional, SAIC, etc. La Universidad de Tsinghua y la Compañía Beijing Luyuan han cooperado para lanzar un prototipo de vehículo de pila de combustible PEMFC con una potencia de pila de combustible de 18 kW y que utiliza hidrógeno comprimido como combustible.
Según Zhong Zaimin y otros en el artículo "Estrategia de control del tren motriz de vehículos de pila de combustible", en esta etapa, el motor de pila de combustible a bordo tiene tres problemas: arranque en frío, respuesta dinámica lenta y almacenamiento de retroalimentación. La existencia de este problema determina que en la configuración del tren motriz de los vehículos de pila de combustible deba existir un componente auxiliar de almacenamiento de energía a bordo. En los vehículos conceptuales de pila de combustible existentes, se suelen utilizar supercondensadores o paquetes de baterías para completar las funciones auxiliares de almacenamiento de energía mencionadas anteriormente. Según las diferentes características técnicas, los componentes de almacenamiento de energía se dividen en tipos de alta energía y tipos de alta potencia. En términos generales, las baterías eléctricas se dividen en tipos de alta potencia y alta energía, y los supercondensadores se utilizan básicamente como componentes de almacenamiento de energía de alta potencia.
1. Sistema de control de potencia del vehículo de pila de combustible
Un sistema de control de potencia del vehículo de pila de combustible, que incluye un subsistema de energía y un subsistema de accionamiento del motor. Los dos subsistemas están conectados a través de una corriente continua. la barra colectora lleva a cabo la transmisión de energía eléctrica, y el subsistema de energía está provisto de un administrador de energía, un motor de celda de combustible y un paquete de baterías de energía, y el administrador de energía está conectado al controlador de comunicación CAN en el motor de celda de combustible y el paquete de baterías de energía, respectivamente El subsistema de accionamiento del motor consta de un administrador de vehículo y un motor de accionamiento con un controlador de motor. El administrador de vehículo está conectado al controlador de motor. El sistema de control de potencia del vehículo de pila de combustible de la invención adopta un diseño modular, que puede configurar y utilizar razonablemente sus componentes, ejercer plenamente el rendimiento de sus componentes y es una estructura de sistema de control de potencia universalmente optimizada.