Sistemul de propulsie hibrid - variante constructive, avantaje și model de calcul

1. Constructia si functionarea transmisiilor hibride

În prezent companiile de renume cum sunt Ford , Nissan , Toyota etc. , îsi directioneaza cercetarile în domeniul autovehiculelor hibride , cu scopul obtinerii unor instalatii energetice de propulsie economice , usor de exploatat si cu emisii poluante cât mai reduse , care sunt sub nivelul normelor impuse . Astfel , începând cu anii 2000 au aparut pe piata autovehiculelor primele automobile cu transmisie hibrida , acestea fiind însa în permanenta dezvoltare si perfectionare .

Transmisia hibrida contine doua surse de energie active si anume motorul cu ardere interna si motorul electric ; în functie de regimul de exploatare ( care poate fi : pornire ,accelerare , decelerare ,frânare ,regim constant ) pentru propulsie se utilizeaza doar motorul electric , motorul cu ardere interna sau ambele , astfel încât fiecare în parte sa functioneze doar la regimurile de eficienta maxima sau apropiate de acestea .

Corelarea celor doua surse de energie se face de catre unitatea electronica de control si comanda . În acest mod pe ansamblul instalatiei energetice utilizata pentru propulsie , eficienta este ridicata , fiind realizata o economie substantiala de combustibil si o reducere a poluarii , autovehiculele respective încadrându-se cu succes în normele cele mai drastice referitoare la emisiile poluante .

Studiile au luat o mare amploare în aceasta directie deoarece astfel de instalatii nu necesita o reîncarcare periodica a acumulatorilor asa cum se întâmpla înca la vehiculele electrice ; în acelasi timp perfectionarea continua în sensul cresterii calitatii si minimizarii componentelor electrice si electronice si a circuitelor ‘inteligente’ permite dezvoltarea sistemelor de actionare , control si comanda a acestor transmisii hibride, ceea ce le face din ce în ce mai performante , raspunzând astfel cerintelor moderne din proiectarea si exploatarea autovehiculelor .

Exista trei tipuri distincte de transmisii hibride si anume :

- transmisia hibrida tip serie , fig. 1.1 ;

- transmisia hibrida tip paralel , fig. 1.2 ;

- transmisia hibrida tip serie / paralel , fig. 1.3 ;

În cazul transmisiei hibride serie , conform fig. 1.1 , motorul cu ardere interna actioneaza generatorul de curent a carui energie electrica este utilizata de motorul electric pentru a realiza propulsia la rotile motoare ; sistemul este numit în serie deoarece m.a.i. si motorul electric sunt dispuse în serie . În acest caz nu exista legatura mecanica între m.a.i si rotile motoare .

Elementele precizate în fig. 1.1 sunt : 1 – motorul cu ardere interna ; 2 – generatorul de curent electric ; 3 – bateria de acumulatori ; 4 – unitate electronica de comanda si control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii si unul invertor care realizeaza redresarea curentului alternativ în curent continuu pentru reîncarcarea bateriei de acumulatori ; 5 – motor electric utilizat pentru propulsie ; 6 – reductor cu roti dintate necesar pentru marirea cuplului de tractiune ; 7 – roti motoare .

În functie de regimurile de exploatare propulsia se realizeaza :

- pentru pornirea de pe loc se utilizeaza motorul electric care se alimenteaza de la bateria de acumulatori ;

- pentru regimurile de deplasare cu viteza redusa si medie propulsia se realizeaza doar cu motorul electric , care se alimenteaza de la bateria de acumulatori si daca este nevoie si de la generator , caz în care m.a.i este pornit ;

- pentru regimurile de accelerare propulsia se realizeaza utilizând motorul electric care se alimenteaza de la generatorul de curent (m.a.i functionâd) si de la bateria de acumulatori (doar pentru regimurile de forta) ;

- la regimurile de decelerare si frânare motorul electric în general nu realizeaza reîncarcarea bateriei de acumulatori , aceasta fiind reîncarcata de surplusul de energie electrica de la generator prin intermediul circuitului invertor ; daca motorul electric poate functiona si ca generator atunci acesta va converti energia cinetica primita de la roti în energie electrica utilizata pentru încarcarea bateriei de acumulatori .

Circuitul de comanda si control care cuprinde si circuitul invertor , în functie de regimurile de exploatare (precizate mai sus) realizeaza corelarea celor doua motoare în sensul pornirii / opririi m.a.i în scopul suplimentarii de energie electrica (peste cea furnizata de bateria de acumulatori) de la generator , pentru motorul electric atunci când este necesar .

Pentru ca o astfel de instalatie energetica de propulsie sa functioneze cu un randament global ridicat este necesar ca m.a.i sa functioneze la regimurile stationare economice si apropiate de acestea , iar prin intermediul generatorului de curent sa fie transformata energia mecanica în energie electrica necesara pentru motorul electric de propulsie si pentru reîncarcarea bateriei de acumulatori .

În cazul transmisiei hibride paralele , fig. 1.2 , atât motorul cu ardere interna cât si motorul electric pot actiona rotile motoare , energia furnizata de acestia fiind utilizata pentru propulsie în functie de conditiile de exploatare si regimurile economice , cu randament ridicat de functionare pentru fiecare în parte . Sistemul se numeste hibrid paralel deoarece fortele de propulsie ajung la rotile motoare pe cele doua cai paralele .

Elementele precizate sunt :

1 – motorul cu ardere interna ; 2 – motorul electric de propulsie care poate lucra si în regim de generator în functie de regimul de exploatare ; 3 – bateria de acumulatori ; 4 – unitate electronica de comanda si control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii si unul invertor care realizeaza redresarea curentului alternativ în curent continuu pentru reîncarcarea bateriei de acumulatori ; 5 – reductor cu roti dintate necesar pentru marirea cuplului de tractiune ; 6 – roti motoare ; 7 – transmisie mecanica , hidraulica sau combinata ;

În functie de regimurile de exploatare propulsia se realizeaza :

- pentru pornire se utilizeaza m.a.i si motorul electric care se alimenteaza de la bateria de acumulatori ;

- pentru regimurile de deplasare cu viteza redusa si medie propulsia se realizeaza doar cu motorul electric , care se alimenteaza de la bateria de acumulatori , m.a.i fiind oprit ; daca este necesar unitatea electronica de comanda control va realiza si pornirea m.a.i pentru suplimentarea puterii de propulsie ;

- pentru regimurile de accelerare propulsia se realizeaza utilizând m.a.i si motorul electric ;

- la regimurile de decelerare si frânare motorul electric intra în regim de generator reîncarcând bateria de acumulatori ;

Circuitul de comanda si control care cuprinde si circuitul invertor , în functie de regimurile de exploatare (precizate mai sus) realizeaza corelarea celor doua motoare în sensul realizarii cuplarii sau decuplarii m.a.i (caz în care acesta se opreste ) cât si functionarii motorului electric în regim de propulsie sau de generator .