Was ist ein Hybridautosystem?

In letzter Zeit haben elektrisch angetriebene Fahrzeuge große Popularität erlangt. Vollwertige Elektroautos haben jedoch einen erheblichen Nachteil - eine kleine Gangreserve ohne Aufladen. Aus diesem Grund statten viele führende Autohersteller einige ihrer Modelle mit Hybridsystemen aus.

Tatsächlich ist ein Hybridauto ein Fahrzeug, dessen Hauptantrieb ein Verbrennungsmotor ist, der jedoch durch ein elektrisches System mit einem oder mehreren Elektromotoren und einer zusätzlichen Batterie verstärkt wird.

Bisher werden verschiedene Kategorien von Hybriden verwendet. Einige helfen ICE nur beim Start, andere ermöglichen es Ihnen, mit elektrischer Traktion zu fahren. Betrachten Sie die Merkmale solcher Kraftwerke: Was ist ihr Unterschied, wie sie funktionieren sowie die wichtigsten Vor- und Nachteile von Hybriden.

Geschichte der Hybridmotoren

Die Idee, Hybridautos (oder eine Kreuzung zwischen einem Oldtimer und einem Elektroauto) zu entwickeln, beruht auf einem Anstieg des Kraftstoffpreises, einer Verschärfung der Standards für Autoemissionen und einem höheren Fahrkomfort.

Die Entwicklung eines Mischkraftwerks wurde zunächst von der französischen Firma Parisienne de voitures elektriques durchgeführt. Das erste funktionsfähige Hybridauto war jedoch die Kreation von Ferdinand Porsche. Im Kraftwerk Lohner Electric Chaise diente der Verbrennungsmotor als Stromgenerator, von dem aus die beiden vorderen Elektromotoren arbeiteten (direkt auf den Rädern montiert).

Das Fahrzeug wurde 1901 der Öffentlichkeit vorgestellt. Insgesamt wurden rund 300 Exemplare solcher Autos verkauft. Das Modell erwies sich als sehr praktisch, aber teuer in der Herstellung, so dass sich ein gewöhnlicher Autofahrer ein solches Fahrzeug nicht leisten konnte. Außerdem erschien zu dieser Zeit ein billigeres und nicht weniger praktisches Auto, das vom Designer Henry Ford entwickelt wurde.

Klassische Benzinkraftwerke zwangen Entwickler jahrzehntelang, die Idee der Schaffung von Hybriden aufzugeben. Das Interesse an umweltfreundlichen Transportmitteln nahm mit der Verabschiedung des US-amerikanischen Gesetzes zur Förderung der Bürger zu. Es wurde 1960 verabschiedet.

Zufällig brach 1973 die Weltölkrise aus. Wenn die US-Gesetze die Hersteller nicht dazu ermutigten, über die Entwicklung erschwinglicher umweltfreundlicher Autos nachzudenken, zwang sie die Krise dazu.

Das erste vollwertige Hybridsystem, dessen Grundprinzip noch immer angewendet wird, wurde 1968 von TRW entwickelt. Nach dem Konzept war es möglich, einen kleineren Verbrennungsmotor zusammen mit einem Elektromotor zu verwenden, aber gleichzeitig ging die Leistung der Maschine nicht verloren und die Arbeit wurde viel ruhiger.

Ein Beispiel für ein vollwertiges Hybridauto ist der GM 512 Hybrid. Er arbeitete mit einem Elektromotor, der das Fahrzeug auf 17 km / h beschleunigte. Bei dieser Geschwindigkeit wurde der Verbrennungsmotor aktiviert, wodurch die Leistung des Systems verbessert wurde, so dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf 21 km / h anstieg. Wenn es schneller gehen musste, wurde der Elektromotor ausgeschaltet und das Auto beschleunigte bereits mit einem Benzinmotor. Die Höchstgeschwindigkeit betrug 65 km / h.

VW Taxi Hybrid - eine weitere erfolgreiche Instanz eines Hybridautos - wurde 1973 der Öffentlichkeit vorgestellt.

Bisher versuchen Autohersteller, hybride und vollelektrische Systeme auf ein Niveau zu bringen, das sie im Vergleich zu klassischen ICEs wettbewerbsfähig macht. Obwohl dies noch nicht geschehen ist, haben viele Entwicklungen die Milliarden von Dollar, die für ihre Entwicklung ausgegeben wurden, ausgezahlt.

Zu Beginn des dritten Jahrtausends sah die Menschheit eine Neuheit namens Toyota Prius. Die Idee des japanischen Herstellers ist zum Synonym für den Begriff "Hybridauto" geworden. Viele moderne Entwicklungen sind dieser Entwicklung entlehnt. Bis heute wurde eine große Anzahl von Modifikationen von kombinierten Installationen erstellt, die es dem Käufer ermöglichen, die beste Option für sich selbst zu wählen.

Das Funktionsprinzip von Hybridautos

Verwechseln Sie einen Hybridmotor nicht mit einem vollelektrischen Auto. In einigen Fällen ist eine elektrische Installation erforderlich. Beispielsweise führt im städtischen Modus, wenn das Auto im Verkehr ist, die Verwendung eines Verbrennungsmotors zu seiner Überhitzung sowie zu einer Zunahme der Luftverschmutzung. In solchen Situationen wird eine elektrische Installation aktiviert.

Der Hybrid besteht konstruktionsbedingt aus:

• Das Hauptaggregat. Dies ist ein Benzin- oder Dieselmotor.
• Elektromotor. Abhängig von der Änderung kann es mehrere geben. Nach dem Prinzip des Handelns können sie auch unterschiedlich sein. Beispielsweise können einige als zusätzlicher Antrieb für Räder verwendet werden, während andere als Assistent des Motors verwendet werden können, wenn die Maschine von einem Ort aus gestartet wird.
• Zusätzliche Batterie. In einigen Autos hat es eine geringe Kapazität, deren Energiereserve ausreicht, um für eine kurze Zeit der elektrischen Installation aktiviert zu werden. In anderen Fällen hat diese Batterie eine große Kapazität, so dass sich Fahrzeuge frei von Elektrizität bewegen können.
• Elektronisches Steuerungssystem. Komplexe Sensoren überwachen den Betrieb des Verbrennungsmotors und analysieren das Verhalten der Maschine, anhand dessen der Elektromotor aktiviert / deaktiviert wird.
• Wandler. Dies ist ein Wandler der notwendigen Energie, die von der Batterie zu einem Drehstrommotor kommt. Dieses Element verteilt die Last abhängig von der Änderung der Installation auch auf verschiedene Knoten.
• Generator. Ohne diesen Mechanismus ist es nicht möglich, die Primär- oder Sekundärbatterie aufzuladen. Wie bei normalen Autos wird der Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben.
• Rekuperationssysteme. Die meisten modernen Hybriden sind mit einem solchen System ausgestattet. Es "sammelt" zusätzliche Energie von Komponenten des Autos wie dem Bremssystem und dem Fahrgestell (wenn das Auto beispielsweise von einem Hügel aus im Leerlauf fährt, sammelt der Konverter die freigesetzte Energie in der Batterie).

Die Aggregate der Hybridanlage können sowohl einzeln als auch paarweise arbeiten.

Arbeitspläne

Es gibt mehrere erfolgreiche Hybridbetriebsschemata. Es gibt drei Hauptpunkte:

• sequentiell;
• parallel;
• seriell-parallel.

Sequenzielle Schaltung

In diesem Fall wird der Verbrennungsmotor als Stromgenerator für den Betrieb von Elektromotoren verwendet. Tatsächlich hat ein Benzin- oder Dieselmotor keine direkte Verbindung zum Getriebe eines Autos.

Mit diesem System können Sie Motoren mit geringer Leistung und geringem Volumen im Motorraum installieren. Ihre Hauptaufgabe ist es, einen Spannungsgenerator zu betreiben.

Solche Autos sind oft mit einem Rückgewinnungssystem ausgestattet, dank dessen die mechanische und kinetische Energie in elektrischen Strom umgewandelt wird, um die Batterie wieder aufzuladen. Abhängig von der Größe der Batterie kann ein Auto eine bestimmte Strecke ausschließlich mit elektrischer Traktion zurücklegen, ohne einen Verbrennungsmotor zu verwenden.

Das bekannteste Beispiel für diese Kategorie von Hybriden ist der Chevrolet Volt. Es kann wie ein normales Elektroauto geladen werden, aber dank des Benzinmotors wird die Reichweite deutlich erhöht.

Parallelschaltung

Bei parallelen Installationen sind der Verbrennungsmotor und der Elektromotor gepaart. Die Aufgabe des Elektromotors besteht darin, die Belastung des Hauptgeräts zu verringern, was zu erheblichen Kraftstoffeinsparungen führt.

Wenn Sie den Motor vom Getriebe trennen, kann die Maschine einen bestimmten Abstand von der elektrischen Traktion überwinden. Die Hauptaufgabe des elektrischen Teils besteht jedoch darin, eine gleichmäßige Beschleunigung des Fahrzeugs sicherzustellen. Das Hauptaggregat bei solchen Modifikationen ist ein Benzin- (oder Dieselmotor).

Wenn ein Auto langsamer wird oder sich vom Verbrennungsmotor entfernt, wirkt der Elektromotor als Generator zum Aufladen der Batterie. Dank des Betriebs des Verbrennungsmotors in solchen Fahrzeugen ist keine Hochvoltbatterie erforderlich.

Im Gegensatz zu sequentiellen Hybriden haben diese Aggregate einen höheren Kraftstoffverbrauch, da der Elektromotor nicht als separater Antrieb verwendet wird. Bei einigen Modellen wie dem BMW 350E iPerformance ist der Elektromotor in das Getriebe integriert.

Ein Merkmal dieses Arbeitsschemas ist eine hohe Drehmomentrate bei niedrigen Kurbelwellendrehzahlen.

Serielle Parallelschaltung

Dieses Schema wurde von japanischen Ingenieuren entwickelt. Es heißt HSD (Hybrid Synergy Drive). Tatsächlich kombiniert es die Funktionen der ersten beiden Betriebsarten von Kraftwerken.

Wenn ein Auto in einem Toffee starten oder sich langsam bewegen muss, wird ein Elektromotor aktiviert. Um bei hoher Geschwindigkeit Energie zu sparen, ist ein Benzin- oder Dieselmotor (je nach Fahrzeugmodell) angeschlossen.

Wenn Sie stark beschleunigen müssen (z. B. beim Überholen) oder das Auto bergauf fährt, arbeitet das Kraftwerk im Parallelmodus - der Elektromotor hilft dem Verbrennungsmotor, wodurch die Belastung verringert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird.

Die Planetenverbindung des Automobil-Verbrennungsmotors überträgt einen Teil der Leistung auf das Hauptgetriebe des Getriebes und einen Teil auf den Generator, um die Batterie oder den elektrischen Antrieb aufzuladen. In einem solchen Schema wird eine komplexe Elektronik installiert, die die Energie entsprechend der Situation verteilt.

Prominentestes Beispiel für einen Hybrid mit seriell parallelem Antriebsstrang ist der Toyota Prius. Einige Modifikationen bekannter japanischer Modelle haben jedoch bereits solche Installationen erhalten. Ein Beispiel dafür ist der Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Diese Technologie wurde auch von einigen amerikanischen Konzernen gekauft. Die Entwicklung fand beispielsweise Eingang in den Ford Escape Hybrid.

Arten von Hybridaggregaten

Alle Hybridantriebe sind in drei Typen unterteilt:

• weicher Hybrid;
• mittlerer Hybrid;
• Vollhybrid.

Jeder von ihnen hat seine eigene Funktion sowie einzigartige Eigenschaften.

Micro Hybrid Powertrain

Solche Kraftwerke sind häufig mit einem Rückgewinnungssystem ausgestattet, so dass kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt und in die Batterie zurückgeführt wird.

Der Antriebsmechanismus in ihnen ist ein Starter (kann auch als Generator dienen). In solchen Anlagen gibt es keinen elektrischen Radantrieb. Das Schema wird für häufige ICE-Starts verwendet.

Mittlerer Hybridantriebsstrang

Solche Autos bewegen sich auch aufgrund des Elektromotors nicht. Der Elektromotor dient in diesem Fall als Assistent des Hauptaggregats mit zunehmender Last.

Solche Systeme sind auch mit einem Rückgewinnungssystem ausgestattet, das freie Energie zurück in die Batterie sammelt. Mittlere Hybrideinheiten bieten einen höheren Wirkungsgrad für die Wärmekraftmaschine.

Vollhybrider Antriebsstrang

In solchen Anlagen gibt es einen Hochleistungsgenerator, der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Das System wird bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten aktiviert.

Die Wirksamkeit des Systems zeigt sich in der Funktion „Start / Stopp“, wenn sich das Auto im Verkehr langsam bewegt, an der Ampel jedoch stark beschleunigt werden muss. Ein Merkmal der Vollhybridinstallation ist die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor auszuschalten (die Kupplung ist ausgeschaltet) und einen Elektromotor einzuschalten.

Elektrifizierungsklassifizierung

Die folgenden Begriffe können in der technischen Dokumentation oder im Namen des Automodells erscheinen:

• Mikrohybrid;
• weicher Hybrid;
• Vollhybrid;
• Plug-in-Hybrid.

Microhybrid

In solchen Autos ist ein herkömmlicher Motor eingebaut. Sie haben keinen elektrischen Antrieb. Solche Systeme sind entweder mit einer Start / Stopp-Funktion ausgestattet oder mit einem regenerativen Bremssystem (beim Bremsen erfolgt ein zusätzliches Aufladen der Batterie).

Einige Modelle sind mit beiden Systemen ausgestattet. Einige Experten glauben, dass ein solcher Transport nicht als Hybridtransport betrachtet wird, da er nur ein Benzin- oder Dieselaggregat ohne Integration in das elektrische Antriebssystem verwendet.

Weicher Hybrid

Solche Autos bewegen sich auch nicht aufgrund von Elektrizität. Sie verwenden auch eine Wärmekraftmaschine, wie in der vorherigen Kategorie. Mit einer Ausnahme wird der Verbrennungsmotor von einer elektrischen Anlage unterstützt.

Bei solchen Modellen gibt es kein Schwungrad. Seine Funktion wird von einem elektrischen Starter-Generator wahrgenommen. Das elektrische System erhöht die Rückgabe eines Motors mit geringer Leistung bei starker Beschleunigung.

Vollhybrid

Mit diesen Fahrzeugen sind Fahrzeuge gemeint, die in der Lage sind, eine bestimmte Strecke bei elektrischer Traktion zurückzulegen. In solchen Modellen kann jedes oben erwähnte Verbindungsschema verwendet werden.

Solche Hybride werden nicht aus dem Netzwerk geladen. Die Batterie wird durch die Arbeit des regenerativen Bremssystems und des Generators mit Energie aufgefüllt. Die Entfernung, die mit einer einzelnen Ladung zurückgelegt werden kann, hängt von der Batteriekapazität ab.

Plug-in-Hybride

Solche Autos können als Elektroauto fungieren oder vom Verbrennungsmotor aus arbeiten. Dank der Kombination von zwei Kraftwerken sorgt ein ordentlicher Kraftstoffverbrauch.

Da es physikalisch unmöglich ist, eine volumetrische Batterie einzubauen (bei Elektrofahrzeugen ersetzt sie einen Gastank), kann ein solcher Hybrid mit einer einzigen Ladung bis zu 50 km zurücklegen, ohne ihn wieder aufzuladen.

Vor- und Nachteile von Hybridautos

Derzeit kann der Hybrid als Übergangsverbindung von einem Wärmemotor zu einem umweltfreundlichen elektrischen Analogon betrachtet werden. Obwohl das endgültige Ziel dank der Einführung moderner innovativer Entwicklungen noch nicht erreicht wurde, gibt es einen positiven Trend bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

Da Hybriden eine Übergangsoption sind, haben sie sowohl positive als auch negative Punkte. Die Profis sind:

• Kraftstoffverbrauch. Abhängig vom Betriebsschema des Leistungspaars kann sich diese Anzeige auf 30% oder mehr erhöhen.
• Aufladen ohne Steckdose. Möglich wurde dies durch das kinetische Energierückgewinnungssystem. Obwohl keine vollständige Aufladung erfolgt, benötigen Elektroautos, wenn die Ingenieure den Umbau verbessern können, überhaupt keine Steckdose mehr.
• Die Fähigkeit, einen Motor mit weniger Volumen und Leistung zu installieren.
• Elektronik ist viel wirtschaftlicher als Mechanik, um Kraftstoff zu verteilen.
• Der Motor überhitzt weniger und beim Stau wird Kraftstoff verbraucht.
• Durch die Kombination von Benzin- / Diesel- und Elektromotoren können Sie weiterfahren, wenn die Hochleistungsbatterie leer ist.
• Dank des Betriebs des Elektromotors kann der Verbrennungsmotor stabiler und geräuschärmer arbeiten.

Hybridpflanzen haben auch eine anständige Liste von Nachteilen:

• Die Batterie wird aufgrund der großen Anzahl von Lade- / Entladezyklen (selbst in Soft-Hybrid-Systemen) schneller unbrauchbar.
• Der Akku ist häufig vollständig entladen.
• Teile für solche Autos sind ziemlich teuer;
• Eine Selbstreparatur ist nahezu unmöglich, da hierfür hochentwickelte elektronische Geräte erforderlich sind.
• Im Vergleich zu Gas- oder Dieselmodellen kosten Hybride mehrere tausend Dollar mehr.
• Regelmäßige Wartung ist teurer;
• Anspruchsvolle Elektronik erfordert eine sorgfältige Handhabung, und auftretende Fehler können manchmal eine lange Reise unterbrechen.
• Es ist schwierig, einen Spezialisten zu finden, der den Betrieb von Kraftwerken richtig konfigurieren kann. Aus diesem Grund müssen Sie auf die Dienste teurer professioneller Ateliers zurückgreifen.
• Die Batterien tolerieren keine wesentlichen Temperaturschwankungen und entladen sich von selbst.
• Trotz der Umweltfreundlichkeit während des Betriebs des Elektromotors belastet die Herstellung und Entsorgung von Batterien die Umwelt stark.

Damit Hybride und Elektroautos mit Verbrennungsmotoren konkurrieren können, sind eine Verbesserung der Stromquellen erforderlich (damit sie mehr Energie ansammeln, aber gleichzeitig nicht sehr voluminös sind) sowie schnelle Ladesysteme ohne Beschädigung der Batterie.

Fragen und Antworten:

Was ist ein Hybridfahrzeug? Dies ist ein Fahrzeug, bei dem mehr als ein Triebwerk an seiner Bewegung beteiligt ist. Im Grunde ist es eine Mischung aus einem Elektroauto und einem Auto mit klassischem Verbrennungsmotor.

Was ist der Unterschied zwischen einem Hybrid- und einem konventionellen Auto? Ein Hybridauto hat die Vorteile eines Elektroautos (lautloser Betrieb des Motors und Fahren ohne Kraftstoffverbrauch), aber wenn die Batterieladung nachlässt, wird der Hauptantrieb (Benzin) aktiviert.