O que é um sistema de carro híbrido?

Recentemente, os veículos elétricos ganharam grande popularidade. No entanto, os carros elétricos completos têm uma desvantagem significativa - uma pequena reserva de energia sem recarga. Por esse motivo, muitas montadoras líderes estão equipando alguns de seus modelos com sistemas híbridos.

De fato, um carro híbrido é um veículo cuja unidade de força principal é um motor de combustão interna, mas é reforçada por um sistema elétrico com um ou mais motores elétricos e uma bateria adicional.

Até o momento, várias categorias de híbridos são usadas. Alguns apenas ajudam o ICE no início, outros permitem que você pilote usando tração elétrica. Considere os recursos dessas usinas de energia: qual é a diferença, como elas funcionam, bem como os principais prós e contras dos híbridos.

História do Motor Híbrido

A idéia de criar carros híbridos (ou um cruzamento entre um carro clássico e um carro elétrico) se deve a um aumento no preço do combustível, endurecendo os padrões de emissão de carros e proporcionando maior conforto ao dirigir.

O desenvolvimento de uma usina mista foi realizado pela empresa francesa Parisienne de voitures electriques. No entanto, o primeiro carro híbrido viável foi a criação do Ferdinand Porsche. Na usina elétrica Lohner Electric Chaise, o motor de combustão interna servia como gerador de eletricidade, a partir do qual os dois motores elétricos dianteiros trabalhavam (montados diretamente nas rodas).

O veículo foi apresentado ao público em 1901. No total, foram vendidas cerca de 300 cópias desses carros. O modelo acabou sendo muito prático, mas caro de fabricar, de modo que um motorista comum não podia comprar um veículo assim. Além disso, na época apareceu um carro mais barato e não menos prático, desenvolvido pelo designer Henry Ford.

As usinas a gasolina clássicas forçaram os desenvolvedores por muitas décadas a abandonar a idéia de criar híbridos. O interesse no transporte ecológico aumentou com a aprovação da Lei de Promoção do Cidadão dos Estados Unidos. Foi adotado em 1960.

Por coincidência, a crise mundial do petróleo eclodiu em 1973. Se as leis dos EUA não incentivaram os fabricantes a pensar em desenvolver carros ecológicos acessíveis, a crise os forçou a fazê-lo.

O primeiro sistema híbrido completo, cujo princípio básico ainda é usado, foi desenvolvido pela TRW em 1968. De acordo com o conceito, em conjunto com um motor elétrico, foi possível usar o ICE de menor volume, mas ao mesmo tempo a potência da máquina não foi perdida e o trabalho ficou muito mais suave.

Um exemplo de um carro híbrido completo é o GM 512 Hybrid. Ele trabalhou com um motor elétrico, que acelerou o veículo para 17 km / h. A essa velocidade, o motor de combustão interna foi ativado, melhorando o desempenho do sistema, de modo que a velocidade do carro aumentou para 21 km / h. Se houvesse necessidade de ir mais rápido, o motor elétrico era desligado e o carro já estava acelerando em um motor a gasolina. O limite de velocidade era de 65 km / h.

O VW Taxi Hybrid - outro exemplo de sucesso de um carro híbrido, foi apresentado ao público em 1973.

Até agora, as montadoras estão tentando levar sistemas híbridos e totalmente elétricos a um nível que os tornaria competitivos em comparação com os ICEs clássicos. Embora isso ainda não tenha acontecido, muitos desenvolvimentos renderam bilhões de dólares gastos em seu desenvolvimento.

Com o início do terceiro milênio, a humanidade viu uma novidade chamada Toyota Prius. A ideia do fabricante japonês tornou-se sinônimo do conceito de "carro híbrido". Muitos desenvolvimentos modernos são emprestados deste desenvolvimento. Até o momento, um grande número de modificações de instalações combinadas foi criado, o que permite ao comprador escolher a melhor opção para si mesmo.

O princípio de operação de carros híbridos

Não confunda um motor híbrido com um carro elétrico cheio. A instalação elétrica está envolvida em alguns casos. Por exemplo, no modo urbano, quando o carro está no trânsito, o uso de um motor de combustão interna leva ao superaquecimento e ao aumento da poluição do ar. Para tais situações, uma instalação elétrica é ativada.

Por design, o híbrido consiste em:

• A principal unidade de energia. Este é um motor a gasolina ou diesel.
• Motor elétrico. Dependendo da modificação, pode haver várias. Pelo princípio da ação, eles também podem ser diferentes. Por exemplo, alguns podem ser usados ​​como acionamentos adicionais para rodas, enquanto outros podem ser usados ​​como assistente do motor ao iniciar a máquina a partir de um local.
• Bateria extra. Em alguns carros, ele tem uma capacidade pequena, cuja reserva de energia é suficiente para ativar por um curto período de instalação elétrica. Em outros, essa bateria possui uma grande capacidade para que os veículos possam se mover livremente da eletricidade.
• Sistema de controle eletrônico. Sensores complexos monitoram a operação do motor de combustão interna e analisam o comportamento da máquina, com base na qual o motor elétrico é ativado / desativado.
• Inversor. Este é um conversor da energia necessária proveniente da bateria para um motor elétrico trifásico. Este elemento também distribui a carga para diferentes nós, dependendo da modificação da instalação.
• Gerador. Sem esse mecanismo, não é possível recarregar a bateria principal ou secundária. Como nos carros comuns, o gerador é acionado pelo motor de combustão interna.
• Sistemas de recuperação. A maioria dos híbridos modernos está equipada com esse sistema. Ele "coleta" energia adicional de componentes do carro, como o sistema de freio e o chassi (quando o carro está parando, por exemplo, de uma colina, o conversor coleta a energia liberada na bateria).

As unidades de potência da instalação híbrida podem funcionar individualmente e em pares.

Esquemas de trabalho

Existem vários esquemas de operação híbrida bem-sucedidos. Existem três principais:

• sequencial;
• paralelo;
• serial-paralelo.

Circuito sequencial

Nesse caso, o motor de combustão interna é usado como gerador de eletricidade para a operação de motores elétricos. De fato, um motor a gasolina ou diesel não tem uma conexão direta com a transmissão de um carro.

Este sistema permite instalar motores de baixa potência com um pequeno volume no compartimento do motor. Sua principal tarefa é operar um gerador de tensão.

Esses carros costumam ser equipados com um sistema de recuperação, através do qual a energia mecânica e cinética é convertida em corrente elétrica para recarregar a bateria. Dependendo do tamanho da bateria, um carro pode percorrer uma certa distância exclusivamente em tração elétrica sem usar um motor de combustão interna.

O exemplo mais famoso dessa categoria de híbridos é o Chevrolet Volt. Pode ser carregado como um carro elétrico normal, mas graças ao motor a gasolina, o alcance é significativamente aumentado.

Circuito paralelo

Em instalações paralelas, o motor de combustão interna e o motor elétrico são emparelhados. A tarefa do motor elétrico é reduzir a carga na unidade principal, o que leva a uma economia significativa de combustível.

Se você desconectar o motor da transmissão, a máquina poderá superar uma certa distância da tração elétrica. Mas a principal tarefa da parte elétrica é garantir uma aceleração suave do veículo. A principal unidade de energia nessas modificações é um motor a gasolina (ou diesel).

Quando um carro diminui a velocidade ou sai do motor de combustão interna, o motor elétrico atua como um gerador para recarregar a bateria. Graças à operação do motor de combustão interna nesses carros, não é necessária uma bateria de alta tensão.

Ao contrário dos híbridos sequenciais, essas unidades têm maior consumo de combustível, uma vez que o motor elétrico não é usado como uma unidade de energia separada. Em alguns modelos, como o BMW 350E iPerformance, o motor elétrico é integrado à caixa de câmbio.

Uma característica desse esquema de trabalho é uma alta taxa de torque em baixas velocidades do eixo de manivela.

Circuito paralelo serial

Este esquema foi desenvolvido por engenheiros japoneses. É chamado HSD (Hybrid Synergy Drive). De fato, combina as funções dos dois primeiros tipos de operação de usinas de energia.

Quando um carro precisa iniciar ou se mover lentamente em um caramelo, um motor elétrico é ativado. Para economizar energia em alta velocidade, um motor a gasolina ou diesel (dependendo do modelo do veículo) está conectado.

Se você precisar acelerar rapidamente (por exemplo, ao ultrapassar) ou o carro subir, a usina funcionará em modo paralelo - o motor elétrico ajuda o motor de combustão interna, o que reduz a carga nele e, como resultado, economiza o consumo de combustível.

A conexão planetária do motor de combustão interna do automóvel transfere parte da energia para a transmissão principal da transmissão e parte para o gerador para recarregar a bateria ou o acionamento elétrico. Nesse esquema, são instalados eletrônicos complexos que distribuem energia de acordo com a situação.

O exemplo mais proeminente de um híbrido com um trem de força em série paralelo é o Toyota Prius. No entanto, algumas modificações de conhecidos modelos de fabricação japonesa já receberam tais instalações. Um exemplo disso é o Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Essa tecnologia também foi comprada por algumas empresas americanas. Por exemplo, o desenvolvimento encontrou seu caminho para o Ford Escape Hybrid.

Tipos de agregados híbridos

Todos os trens de força híbridos são divididos em três tipos:

• híbrido macio;
• híbrido médio;
• híbrido completo.

Cada um deles tem sua própria função, bem como características únicas.

Trem de força micro-híbrido

Tais usinas de energia costumam ser equipadas com um sistema de recuperação, de modo que a energia cinética é convertida em energia elétrica e devolvida à bateria.

O mecanismo de acionamento neles é um acionador de partida (também pode servir como gerador). Não há tração elétrica nessas instalações. O esquema é usado para partidas frequentes do ICE.

Trem de força híbrido médio

Esses carros também não se movem devido ao motor elétrico. O motor elétrico, neste caso, serve como assistente da unidade de energia principal com carga crescente.

Esses sistemas também são equipados com um sistema de recuperação, coletando energia livre de volta na bateria. As unidades híbridas médias proporcionam maior eficiência ao motor térmico.

Trem de força híbrido completo

Nessas instalações, existe um gerador de alta potência, acionado pelo motor de combustão interna. O sistema é ativado em baixas velocidades do veículo.

A eficácia do sistema se manifesta na presença da função Start / Stop, quando o carro se move lentamente no trânsito, mas no semáforo é necessário acelerar bastante. Um recurso da instalação híbrida completa é a capacidade de desligar o motor de combustão interna (a embreagem está desligada) e acionar um motor elétrico.

Classificação de Eletrificação

Os seguintes termos podem aparecer na documentação técnica ou no nome do modelo do carro:

• micro-híbrido;
• híbrido macio;
• híbrido completo;
• híbrido de plug-in.

Microhybrid

Em tais carros, um motor convencional é instalado. Eles não têm acionamento elétrico. Esses sistemas estão equipados com uma função de “partida / parada” ou com um sistema de frenagem regenerativa (durante a frenagem, ocorre recarga adicional da bateria).

Alguns modelos estão equipados com ambos os sistemas. Alguns especialistas acreditam que esse transporte não é considerado um transporte híbrido, porque usa apenas uma unidade de gasolina ou diesel sem integração ao sistema de acionamento elétrico.

Híbrido suave

Esses carros também não se movem devido à eletricidade. Eles também usam um motor térmico, como na categoria anterior. Com uma exceção, o motor de combustão interna é suportado por uma instalação elétrica.

Nesses modelos, não há volante. Sua função é realizada por um gerador de partida elétrico. O sistema elétrico aumenta o retorno de um motor de baixa potência com aceleração acentuada.

Híbrido completo

Por esses veículos, entende-se veículos capazes de percorrer uma certa distância em tração elétrica. Nesses modelos, qualquer esquema de conexão mencionado acima pode ser usado.

Esses híbridos não são cobrados da rede. A bateria é reabastecida em energia devido ao trabalho do sistema de freio regenerativo e do gerador. A distância que pode ser coberta com uma única carga depende da capacidade da bateria.

Híbridos plugáveis

Esses carros podem funcionar como carros elétricos ou funcionar com o motor de combustão interna. Graças à combinação de duas usinas de energia, proporciona economia de combustível decente.

Como é fisicamente impossível instalar uma bateria volumétrica (em veículos elétricos, ela substitui um tanque de gasolina), esse híbrido pode cobrir até 50 km com uma única carga sem recarregar.

Vantagens e desvantagens dos carros híbridos

No momento, o híbrido pode ser considerado um elo de transição de um motor térmico para um análogo elétrico ecológico. Embora o objetivo final ainda não tenha sido alcançado, graças à introdução de desenvolvimentos inovadores modernos, há uma tendência positiva no desenvolvimento de veículos elétricos.

Como os híbridos são uma opção de transição, eles têm pontos positivos e negativos. Os profissionais incluem:

• Economia de combustível. Dependendo do esquema de operação do par de energia, esse indicador pode aumentar para 30% ou mais.
• Recarregando sem usar uma tomada elétrica. Isso foi possível graças ao sistema de recuperação de energia cinética. Embora uma carga completa não ocorra, se os engenheiros puderem melhorar a conversão, os carros elétricos deixarão de precisar de uma tomada.
• A capacidade de instalar um motor de menor volume e potência.
• A eletrônica é muito mais econômica que a mecânica para distribuir combustível.
• O motor superaquece menos e o combustível é consumido ao dirigir em engarrafamentos.
• A combinação de gasolina / diesel e motores elétricos permite continuar dirigindo se a bateria de alta potência estiver descarregada.
• Graças à operação do motor elétrico, o motor de combustão interna pode funcionar de maneira mais estável e menos ruidosa.

As plantas híbridas também têm uma lista decente de desvantagens:

• A bateria se torna inutilizável mais rapidamente devido ao grande número de ciclos de carga / descarga (mesmo em sistemas híbridos suaves);
• A bateria geralmente está completamente descarregada;
• Peças para esses carros são muito caras;
• O auto-reparo é quase impossível, pois isso requer equipamentos eletrônicos sofisticados;
• Comparados aos modelos a gás ou diesel, os híbridos custam vários milhares de dólares a mais;
• A manutenção regular é mais cara;
• Eletrônicos sofisticados requerem manuseio cuidadoso, e os erros que ocorrem às vezes podem interromper uma longa jornada;
• É difícil encontrar um especialista que possa configurar adequadamente a operação das usinas de energia. Por esse motivo, você precisa recorrer aos serviços de ateliês profissionais caros;
• As baterias não toleram flutuações significativas de temperatura e descarregam-se.
• Apesar da compatibilidade ambiental durante a operação do motor elétrico, a produção e o descarte de baterias poluem fortemente o meio ambiente.

Para que híbridos e carros elétricos realmente competam com os motores de combustão interna, é necessária uma melhoria nas fontes de energia (para que acumulem mais energia, mas ao mesmo tempo não sejam muito volumosas), bem como sistemas de carregamento rápido sem danificar a bateria.

Perguntas e Respostas:

O que é um veículo híbrido? Este é um veículo no qual mais de uma unidade de força está envolvida em seu movimento. Basicamente, é uma mistura de um carro elétrico e um carro com um clássico motor de combustão interna.

Qual é a diferença entre um carro híbrido e um convencional? Um carro híbrido tem as vantagens de um carro elétrico (operação silenciosa do motor e condução sem uso de combustível), mas quando a carga da bateria diminui, o motor principal (gasolina) é acionado.