دانلود رایگان مقاله خودروهای هیبریدی + دو نمونه
به مدت یک هفته می توانید رایگان دانلود کنید
جهت دانلود روی لینک زیر کلیک کنید
تقسیم بندی اتومبیلهای هیبریدی
همانطور که قبلا ذکر کردیم کاهش آلودگیها ناشی از سوخت و افزایش میزان بازده اتومبیل از
اهداف سازندگان اتومبیلها هیبریدی بوده است. به خاطر همین تحقیقات و آزمایشات زیادی در
این زمینه انجام گرفته است تعدادی از این آزمایشات و نتایج آنها در ادامه این فصل بررسی
خواهد شد . محققین اتومبیلهای هیبریدی را به سه نوع کلی تقسیم کردهاند که عبارتند از :
1- اتومبیلهای هیبریدی سری
2- اتومبیلهای هیبریدی موازی
3- اتومبیل با هیبریدیونیور سالکه ترکیبی از موازی و سری می باشد.
نحوه کار و مزایا و معایب و همچنین تستهای انجام گرفته در زمینه اتومبیلهای هیبرید موازی
و سری در ادامه ابن فصل توضیح داده خواهد شد . ما باید بتوانیم این اتومبیلها را بر پایه
مشترکی با هم مقایسه کنیم بطوریکه این مقایسه قابل اعتماد باشد. برای این کار احتیاج به شبیه
سازی وسیله نقلیه هیبریدواجزاء مختلف آن داریم . برنامه های مختلف کامپیوتری زیادی برای
شبیه سازی در این مورد موجود می باشد. که برای روشن تر شدن بحث ، نتایج یک تست
انجام شده را در ادامه ذکر کردیم.
همکاری مشترک چند کشور اروپایی در زمینه اتومبیلهای هیبرید .
در سال 1994 هشت کمپانی اروپایی و شش نفر محقق موضوعی را تحت عنوان
BRITE/EURAM برای بررسی کردن نحوه انتقال قدرت در اتومبیلهای هیبرید و میزان
کار آیی آن شروع کردند. این مسئله ناشی از نحوه توزیع وسایل نقلیه هیبرید در اروپا بود. در
این قضیه 6 اتومبیل هیبرید با همدیگر مقایسه شدند تا اینکه بهترین آنها از لحاظ عملکرد
مشخص شود. این کوششها پاکسازی محیط زیست و صرفه جویی در مصرف سوخت و
استفاده از یک نیروی محرکه با صرفه اقتصادی انجام می شد. پیشنهاد شده بود تا وسایل نقلیه
هیبرید در مراکز شلوغ شهر و اماکن تفریحی از نیروی الکتریسیته برای حرکت استفاده کنند
و در بزرگراهها و مسافتهای طولانی موتور احتراق داخلی را مورد استفاده قرار دهند. یعنی
همانند یک مبدل انرژی ( شیمیایی- مکانیکی- الکتریکی ) باشند. به کار بردن ئسایل اضافی
در سیستم باعث می شود تا طراحی این اتومبیلها بطور ذاتی مشکل اشد. در این زمینه 8
اتومبیل در اروپا طراحی شد و با هم مقایسه شدند. شرکتهای دیگری نیز در این زمینه در
ساخت ابزارهای برای آنالیز سیستمهای هیبرید و اثرشان بر محیط و ذخیره انرژی همکاری
کردند.
ابزار شبیه سازی متحرک
برایاینکه بتوانبم اتومبیلهای هیبرید مختلف را با هم مقایسه کنیم ابتدا باید آنها را بر پایه
مشترکی شبیه سازی کنیم. این ابزار باید اجازه دهد تا بتوانیم اتومبیلها را از لحاظ بازده ،
مصرف سوخت ، آلودگی تولید شده در سیکلهای مختلف ، مورد مقایسهقرار دهیم . برنامه ای
تحت عنوان SIMULINK که در محیط MATLAB کار آیی دارد می تواند این شبیه
سازی را انجام دهد. بعضی از دیا گرامها ، از قبیل کلاچ ، بر پایه معادلات اساسی فیزیک
شبیه سازی شده است. برای واحد های دیگر همانند دیاگرام های ( نمودارهای ) موتور این
مکان را می دهد که بنوانیم از حداکثر داده های ترسیمی استفاده کنیم تا شبیه سازی سریع انجام
گیرد و مشخص شود که چه اتفاقی می افتد. اخیراً توسط دانشگاه مونیخ (Lvw) نرم افزاری
ارائه شده است که شبیه سازی را فقط با دادن چند نقطه انجام می دهد . برای بررسی
صلاحیت این نرم افزار شبیه سازی در مورد یک عدد گلف هیبرید (VW) انجام شد. ایت
اتومبیل هیبرید موازی شامل دو واحد قدرت می باشد. یک موتور توربو دیزل با قدرت 44kw
و یک موتور القایی با قدرت 7kw که توان مورد نیاز را از باتریهایی(ni/cd) با ولتاژ 72
ولت تأمین می کند. همانطور که درجدول 3-4 دیده می شود شبیه سازی تا اندازه زیادی موفق
عمل کرده است واختلاف نتایج آن با اندازه گرفتن مقادیر واقعی از آلودگی موتور دیزل و
پارامترهای دیگر ناچیز است. شکل16-4 میزان آلایندگی موتور دیزل را نشان می دهد.
نحوه کارهیبرید سری:
درحالت عادی APU فعال نیست وتمام قدرت توسط باتری فراهم می شود. درحالت هیبرید
قدرت APU می تواند نیروی گرفته شده ازباتری را جبران کند وبار مورد نیاز را فراهم کند.
اگر قدرت APU بیشتر از حد مورد نیاز باشد صرف شارز باتری خواهد شد. اندازه اجزاء
محرک وخود APU نیز خیلی مهم می باشد زیرا بازده وسیله نقلیه را تحت تأثیر قرار می
دهد.رانندگی شهری معمولاً با قدرت متوسط انجام می شود. حال اگر وسیله نقلیه تحت
شرایطی قرار بگیردکه احتیاج به قدرت زیادی داشته باشد ممکن است باتری انرژی فوق
العاده ای صرف کند وسریع تخلیه شود. برای اینکه بتوانیم از این وسیله نقلیه در تمام حالات
استفاده کنیم احتیاج به یک APU خواهیم داشت تا وسیله نقلیه را بطور دائم و با سرعت زیلد
حرکت دهد.
APU به دوشکل عمل می کند به شکل Power tracking و به شکل Load leveling
در شکل اول یعنی Power tracking ، APU احتیاجات جاده ای را تأمین می کند یعنی
زمانی که توان باتری به تنهایی نتواند جوابگوی نیاز وسیله نقلیه باشد،موتور احتراق داخلی
شروع به کار می کند و ژنراتور را می چرخاند،ژنراتور نیز مقداری الکترسیته تولید می کند
وبدین وسیله توان باتری را افزایش می دهد. یعنی این مقدار الکترسیته مستقیماً به موتور
الکتریکی رفته وبا باتری کمک می کند. پس در این مورد APU زمانی شروع به کار می کند
که احتیاج به گشتاور زیاد داریم مثلاًدرهنگام بالارفتن ازسربالاییها ویارانندگی در بزرگراهها.
در روش Load Leverllingیا (سطح ترازیابی بار )APU با توجه به سطح شارژ باتری
کار می کندو در این حالت وسیله نقلیه خیلی شبیه به یک اتومبیل تمام الکتریک است. اگر
باتری %60 تخلیه شود وsoc باتری به %40 کاهش پیدا کند APU شروع به کار کرده حدوداً
%60 تخلیه شده را مجدداً تأمین می کند. این سیکل تکراری خواهد بود. ناگفته نماند که هر دو
سیستم مجهز به بازیافت نیروی ترمزی می باشند.
زمانی این اعمال مفید خواهد بود وحداکثر بازده را خواهیم داشت که APU قابل کنترل باشد تا
بتوانیم قدرت خروجی موتور احتراق داخلی را ثابت نگه داریم اگر چه قدرت مورد نیاز از
طرف جاده متغیر باشد. دیگر اینکه حداکثر عملکرد موتور در ناحیه ای باشد که حداقل آلودگی
و حداکثر بازده را داشته باشد.
یک مرکز تحقیقاتی ،سخت افزاری طراحی و در چرخه تست متحرک هیبرید سری نصب
کرده که همه اجزای مهم راکنترل می کند. مزیت این سخت افزار این است که اجزاء را تک
تک کنترل می کند وشبیه سازی اجزایی راکه قبلاً انجام نگرفته بود، عملی می سازد. هدف از
این سخت افزار رسیدن به عملکرد بهینه برای یک محرک هیبرید سری می باشد. درقالب
همین مورد خاص اجزاء هیبرید سری را معرفی می کنیم.
تقسیم محرک هیبرید سری واجزاء ان:
ساختمان وسیله نقلیه:
دو موتور الکترو مغناطیس دائم (که به آنها اصطلاحاً موتور تاندوم گفته می شود.kw30×2)
برای به حرکت در آوردن چرخهای عقب به طور مستقل استفاده شده اند. این دو موتور انرژی
خود رااز باتری (nicd یا NiMH)ویا APU دریافت می کنند. با اینکه قطع سیستم محرک
کاملاً مکانیکی انجام می شود موتور احتراق ذاخلی همیشه در بالاترین بازده یا کمترین آلودگی
می تواند عمل می کند. این شکل هیبرید برای وسیله نقلیه متوسط مورد بررسی قرار گرفته
است.(وزن:kg1000+باتریها). تخلیه باتری قدرت وسیله نقلیه را که حدوداً kw53 بطور دائم
است کاهش می دهد. اگر قدرت باتری (soc) برسیم.
سرعت ماکزیمم 161(حداکثر 181) می باشد وتوانایی صعود از تپه حدوداً %35
افزایش پیدا می کند. درشکل تمام الکتریک(راننده ممکن است این شکل را انتخاب کند) قدرت
باتری kw30 می باشد وسرعت ماکزیمم نیز 100 خواهد بود. اگر در شکل الکتریکی با
سرعت 50 حرکت کنیم وسیله نقلیه برد km100 رامی تواند بپیماید. (شکل 35-4)
شکل 35-4:ساختمان هیبرید سری
اجزاء هیبرید سری:
کل اجزاء هیبرید سری را می توانیم به سه قسمت اصلی تقسیم کنیم ،APU،سیستم محرک
وباتری به عنوان ذخیره کننده انرژی الکتریکی.
واحد قدرت کمکی(APU)
موتورها ومولدهای مختلفی برای تولید الکترسیته در هیبرید سری به کار رفته اند.
موتور احتراقی (ICE)
سرعت وسیله نقلیه بر سرعت موتور اثر می گذارد خصوصاً دروسایل نقلیه هیبرید. بنابراین
نه فقط موتورهای معمولی بلکه موتورهای جرقه ای مختلف- موتورهای دیزل- موتورهای
استرلینگ یا توربین های گاز که اغلب پرت ندارند در مشخصه های گشتاور وسرعت مورد
استفاده قرارگرفته اند. برای تست مورد نظر ما یک موتور جرقه ای (1.81) مورد استفاده
قرار گرفته است. حداکثر قدرت موتور احتراق داخلی kw90 (rpm6000) وگشتاور حداکثر
آن m.n170 است.
ژنراتور:
ژنراتور یک موتور سنکرون مغناطیس دائم است که جزو ماشینهای الکتریکی می باشد که
دراتومبیل کاربرد دارند. دراین نمونه قدرت این ژنراتور kw53 می باشد. سرعت ژنراتور از
طریق ورودی can کنترل می شود. برای اینکه فضای کمتری اشغال شود روتور ژنراتور
بطور مستقیم روی میل لنگ نصب شده است. بنابراین گشتاور موتور به پایه ها انتقال داده
خواهد شد و نوسانات موتور را با ارتعاش گیرها ووسایل مطمئن دیگر خنثی خواهیم کرد.
خصوصیات یک محرک هیبرید سری را APU تعین می کند. شکل (36-4) APU راکه
برای آزمایش روی پایه ای نصب شده است نشان می دهد.
موتور تاندوم:موتور تاندوم شامل دو موتور سنکرون مغناطیس دائم است که روی یک فلانچ
نصب شده است ودوچذخه عقب را بطور مستقل حرکت می دهد. شبیه ژنراتور، ساختمان آن
روتور خارج است. گشتاور موتور تاندوم KW27×2 است وحداکثر قدرت آن KE30×2
خواهد بود. ما کریمم گشتاور حدود N.M650×2 است.
ماشینهای کنترل قدرت الکترونیکی با آب سرد می شوند. کنترل گشتاور موتور تاندوم از
ورودی CAN انجام می گیرد شکل 37-4 یک موتور تاندوم را نشان می دهد که روی پایه ای
برای آزمایش نصب شده است.