Хибридните електрически превозни средства могат да допринесат значително за намаляване на разхода на гориво и емисиите. За тази цел те комбинират двигатели с вътрешно горене и електрически задвижвания. Хибридните концепции обаче се различават значително.

Една от най-важните днес цели за развитие на превозните средства е да се намалят емисиите на парникови газове. В крайна сметка, целта е да се забави прогресиращото изменение на климата. Според резолюция на държавите от ЕС, например, до 2030 г. новите превозни средства ще отделят 35% по-малко CO2, отколкото през 2020 г. Тази цел не може да бъде постигната само с електрически превозни средства с батерия поради ниския им брой, нито само чрез оптимизиране на текущите бензинови или дизелови двигатели. Решението е да се комбинират двигатели с вътрешно горене и електрически двигатели, за да се получи хибридно задвижване. Колкото по-голям е диапазонът, който може да бъде покрит чисто електрически, толкова по-добре за околната среда.

Различни хибридни концепции

Хибридните задвижвания не са еднакви. В зависимост от разположението и разпределението на задачите на двигателя с вътрешно горене, електрическия двигател, генератора и трансмисията, експертите разделят хибридните концепции на серийни, паралелни и мощностно-разделени хибридни задвижвания. В рамките на тези категории през годините са разработени различни хибридни концепции. Когато се вгледате в хибридните архитектури, които се използват понастоящем, виждате някои основни тенденции в развитието.

СЕРИЕН ХИБРИД: ДВА ДВИГАТЕЛЯ, ЕДНО ЗАДВИЖВАНЕ

Серийното хибридно задвижване се състои от двигател с вътрешно горене, който е свързан с генератор. Той се допълва от електрически двигател за задвижване на колелата. Единствената задача на двигателя с вътрешно горене е да задвижва генератора за производство на електроенергия. Тази електрическа мощност се използва за задвижване на автомобила, или чрез един електрически двигател с диференциал, или с два двигателя на ос без диференциал.

Основното предимство на тази концепция: Двигателят с вътрешно горене може да работи независимо от условията на шофиране и акумулаторната батерия може да се зарежда и с неподвижен автомобил. Енергията, съхранена в акумулатора на серийния хибрид, също позволява напълно електрозадвижване с изключен двигател с вътрешно горене. При сегашните електрически превозни средства, захранвани с батерии, двигателят с вътрешно горене се използва и като така наречен удължител на пробега. Той гарантира, че превозното средство не спира да се движи поради празна батерия.

Горивният двигател и задвижващите колела не са свързани механично. Двигателят с вътрешно горене задвижва генератор, чиято енергия се съхранява в батерия. Тази енергия се използва за електродвигателя, който задвижва колелата.

ПАРАЛЕЛЕН ХИБРИД: ДВА ДВИГАТЕЛЯ, ДВЕ ЗАДВИЖВАНИЯ

За разлика от серийния хибрид, паралелният хибрид има механична връзка между двигателя с вътрешно горене и колелата. Предаването на мощност от  двигателя с вътрешно горене или електрическия мотор може да се променя гъвкаво – превозното средство се задвижва чисто електрически, само от двигателя с вътрешно горене или от двете устройства едновременно. При паралелните хибриди, мощността на електрическия двигател и двигателя с вътрешно горене се добавя към общата мощност. Освен двигателите с вътрешно горене и електрическия двигател, такива хибридни задвижвания също се нуждаят от една или няколко трансмисии и съединители.

В зависимост от изходната мощност и обхвата на функциите, експертите правят разлика между меки и пълни хибриди. Мекият хибрид е най-простият и най-рентабилен хибрид. Той е интегриран в ремъчната предавка на двигателя с вътрешно горене като стартов генератор или е директно свързан с коляновия вал. При сравнително ниско напрежение на системата от 48 волта, мекия хибрид вече дава възможност за икономия на гориво от иначе неизползваната спирачна енергия. Освен това, той дава възможност за спестяване на гориво – старт/стоп функции на двигателя, които винаги изключват ДВГ, когато не е необходим. И накрая, но не на последно място, мекия хибрид също подпомага двигателя с вътрешно горене при ускоряване.

В значително по-мощната пълна хибридна система, електромоторът на задвижването е интегриран в трансмисията на превозното средство. Значително по-високото напрежение на системата до 600 волта също позволява чисто електрическо задвижване за тежки превозни средства като SUV с адекватна мощност за ежедневно шофиране, както и за по-дълги разстояния.

За да се спести място за инсталиране, електрическият двигател е интегриран в корпуса на трансмисията. Тази хибридна версия позволява превозното средство да се управлява само електрически или само с двигател с вътрешно горене. По време на ускоряване електромоторът подпомага двигателя с вътрешно горене. По време на спиране, електродвигателят се превръща в генератор, който превръща енергията на спиране в електрическа, която се съхранява в акумулатора.

PLUG-IN ХИБРИД: ПАРАЛЕЛЕН ХИБРИД СЪС ЗАХРАНВАЩ КОНТАКТ

Всички описани хибридни варианти могат да бъдат конфигурирани като хибриди за включване. Plug-in хибридът се характеризира с батерия с по-висок капацитет. Тя дава възможност за чисто електрическо шофиране на по-дълги разстояния. Особеността на plug-in хибрид: Батерията не се зарежда само по време на рекуперация – например при спиране – но може да се зарежда и чрез включване на автомобила във външна система за захранване. Колкото по-голяма е акумулаторната батерия, толкова по-дълъг е пробега, който може да бъде покрит изцяло електрически. Plug-in хибридът е мост към чистото електрическо превозно средство от една страна, но от друга страна предлага неограничена мобилност на дълги разстояния благодарение на двигателя с вътрешно горене.

МОЩНОСТТНО РАЗДЕЛЕН ХИБРИД: ТРИ ДВИГАТЕЛЯ НА БОРДА

Мощностно-разделеният хибрид е комбинация от сериен и паралелен хибрид. При този тип хибрид мощността на двигателя с вътрешно горене е разделена на механичен и електрически компонент. В основата на днешните стандартни системи е планетарната предавка – в допълнение към двигателя с вътрешно горене и на двата електрически двигателя. Една от електрическите машини работи като мотор, а другата като генератор. В тази система двигателят с вътрешно горене предава част от своята енергия директно на колелата, докато генераторът едновременно превръща остатъка в електрическа енергия. Батерията съхранява тази енергия и, ако е необходимо, я прехвърля към електрическия мотор, който е интегриран в потока на мощността към колелата. От една страна, това прави възможно изцяло електрическото шофиране, и от друга страна, двигателят с вътрешно горене може да работи в оптимизирани за потреблението скорости и диапазони на натоварване, тъй като временно не се изисква енергия за задвижването. Поради специфичните свойства на планетарната предавка обаче, мощността на двигателя с вътрешно горене и на електродвигателя трябва да бъде точно съгласувана в тази хибридна конфигурация.

Източник: vision.zf.com – Мартин Вестерхоф