Основы электрических приводов автомобилей

Service Training
Программа самообучения 499
Основы электрических приводов автомобилей
Устройство и принцип действия
По современным оценкам, 2050 год станет последним годом добычи нефти тем способом, каким это делалось людьми прежде. Дальнейшая добыча нефти будет возможна только с применением очень значительных технических усилий. Поэтому необходимо сознательно и эффективно использовать природные ресурсы. Привлечение внимания к этому вопросу и формирование этого сознания является задачей концепции «Think Blue!». Использование энергии и сырья должно постоянно оптимизироваться.
Нагрузка на окружающую среду равным образом должна постоянно снижаться. Целью является недопущение повышения температуры к 2050 году больше чем на 2 °C. Для достижения этой цели должны быть снижены выбросы парниковых газов, к примеру, таких как углекислый газ (CO2).
В отличие от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания электромобили во время движения не выбрасывают в атмосферу отработавшие газы. Даже эта особенность делает электромобиль более экологичным, чем обычный автомобиль. Однако условием этого является получение энергии для зарядки электромобиля из возобновляемых источников, например от ветрогенераторов, гелиоустановок, гидроэлектростанций или биогазовых установок. Следующим аспектом является снижение затрат на обеспечение пробега в 100 км на электрической тяге по сравнению с обычным автомобилем.
До 2020 года по дорогам Германии должно двигаться не менее одного миллиона электромобилей. Приняв Национальный план развития электромобилей (NEPE) в августе 2009 года, федеральное правительство подчеркнуло значение этой темы. Электрификация автомобилей таким образом будет постоянно расти. Первым шагом являются гибридные автомобили, которые сочетают в себе преимущества обеих систем, электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания.
Благодаря комбинации приводов общий коэффициент полезного действия автомобиля повышается, а расход топлива снижается.
На примере Touareg 2011 модельного года Volkswagen предлагает пользователям серийный автомобиль с электрическим гибридным приводом. Новые технологии требуют особой подготовки в обращении и проведении работ с автомобилями с высоковольтными силовыми установками. В этой программе самообучения описаны существующие концепты с гибридным и электрическим приводом и основы получения персоналом сервисных предприятий квалификации для работы с высоковольтным оборудованием автомобилей.
Программа самообучения содержит При проведении работ по техническому информацию о новинках конструкции обслуживанию и ремонту необходимо
Внимание
Указания
автомобиля! Программа самообучения не актуализируется. использовать предусмотренную для этого техническую документацию.
Введение...................................................4
История электромобилей...........................................4 Почему электромобили представляют интерес?........................8 Основы электромобилей....................................14 Классификация электромобилей................................... 14 Основные компоненты электромобиля.............................. 16 Конфигурации трансмиссии.......................................28 Конструкции автомобилей..................................30 Обзор различных комбинаций приводов............................30 Touareg с полным гибридным приводом (HEV)........................31 Плагин-гибрид Golf 6 TwinDrive (PHEV)..............................33 Аккумуляторный электромобиль Golf blue-e-motion (BEV)..............36 Электромобиль с увеличенным запасом хода Audi A1 e-tron (RXBEV). . . . 38 Электромобиль с топливными элементами Tiguan HyMotion (FCBEV).........40 Меры безопасности при работе с высоким напряжением........42 Что означает высокое напряжение?................................42 Какие опасности существуют при работе с высоковольтными системами?....................................42
Получение квалификации для работы с высоким напряжением .50 Основные примечания............................................50 Три основы квалификации.........................................51 Производственные процессы ...................................... 56
Задачи для сервиса.........................................62 История электромобилей Электромобили всегда были темой, способствовавшей развитию транспортных средств. И если мнимая неиссякаемость месторождений нефти на некоторое время отодвинула её значение на задний план, то по мере осознания конечности этих месторождений и необходимости глобальной защиты экологии и климата эта тема приобретает всё большую значимость. 1821 Изобретена перезаряжаемая свинцовая аккумуляторная батарея.
Томас Девенпорт строит первый электромобиль с неперезаряжаемой батареей и запасом хода от 15 до 30 км. В этом году Эрнст Вернер Сименс (Ernst Werner Siemens) построил повозку с электрическим приводом. Это транспортное средство, названное «Elektro-Motte» или «Elektromote», считается первым в мире троллейбусом.
Первый официально признанный электромобиль — это трёхколесный автомобиль Гюстава Труве (M. Gustave Trouve), построенный в Париже. С помощью своей перезаряжаемой свинцовой аккумуляторной батареи он достигает скорости до 12 км/ч. Компания Шарля Жанто (Charles Jeantaud) в Париже на рубеже столетия (с 1893 по 1906 гг.) является лидером в области электромобилей. На всемирной выставке в Париже Фердинанд Порше (Ferdinand Porsche) представил автомобиль с двигателями, установленными в ступице каждого из колёс передней оси.
Один из этих автомобилей устанавливает рекорд скорости, равный 37,7 км/ч. В Питтсбурге (США) начинает работать первая заправочная станция. Вскоре заправочные станции появляются в каждом городе. Более развитая инфраструктура, дешёвый бензин, а также усовершенствование двигателей внутреннего сгорания и обеспечиваемый ими больший запас хода являются основными причинами победного шествия автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Швейцарский первопроходец в области электромобилей А. Трибельхорн (A. Tribelhorn) строит первые автомобили с электродвигателем. В течение почти 20 лет его компания в основном производила оборудованные электрическим приводом коммерческие автомобили, в то время как легковые автомобили выпускались только в единичных экземплярах и в большинстве случаев в виде прототипов. 1960
Доктор Чарльз Александр Эскоффери (Charles Alexander Escoffery) представляет, возможно, первый в мире автомобиль на солнечных батареях. Это зарегистрированный в Калифорнии Baker Electric 1912 года выпуска с фотоэлектрической панелью из 10 640 отдельных элементов. Первый нефтяной кризис наглядно демонстрирует промышленно развитым странам их зависимость от стран-экспортёров нефти. Цены на топливо сильно вырастают. Проводится соревнование электромобилей с солнечными батареями «World Solar Challenge».
Немецкий автомобильный концерн Volkswagen AG разрабатывает модель VW Golf Citystromer, переделанный Golf, который оборудован электродвигателем.
Концерн General Motors предлагает двухместное электрокупе «EV 1» (Electric Vehicle 1) со свинцово-кислотными аккумуляторными батареями массой 500 кг. В последующем мощность автомобиля увеличивается благодаря использованию никель-металлогидридных аккумуляторных батарей. s499 275
Для американской лунной программы разработан «лунный автомобиль». В каждом колесе у него установлен электродвигатель. В качестве источников энергии служат две серебро-цинковые аккумуляторные батареи, обеспечивающие «лунному автомобилю» запас хода примерно в 92 км. Первая в мире гонка на электромобилях с солнечными батареями «Tour de Sol» проводится в Швеции. THINK — это первый автомобиль, который разработан и сконструирован именно как электромобиль, а не переделан в электромобиль из обычного автомобиля. Концерн PSA Peugeot Citroёn выпускает в период 1995-2005 гг. 10 000 электромобилей. На рынок США выводится »Tesla Roadster« компании Tesla Motors с полностью электрическим приводом, оборудованный 6187 соединёнными последовательно аккумуляторными батареями от ноутбука. Он разгоняется с 0 до 100 км/ч за 3,8 секунды. Правительство ФРГ приняло Национальный план развития электромобилей (NEPE). Его целью в Германии является продвижение исследований и разработок, подготовка рынка и вывод на рынок электромобилей, приводимых в движение от аккумуляторных батарей. До 2020 года на немецком рынке должен быть 1 миллион электромобилей, и ФРГ должна стать ведущим рынком для электромобилей. История электромобилей Volkswagen Концерн Volkswagen имеет более чем 40-летний опыт работы с электромобилями.
Уже в 1970 г. в лице модели «T2 Electric» появилось первое поколение настоящего электромобиля. T2 Electric    Golf 1 Electric    T3 Electric Jetta CitySTROMer Электромобили Chico Hybrid Гибридные автомобили Автомобили на топливных элементах * ----■. -•    ШЯЯЩЩЯ Golf blue-e-motion Tiguan HyMotion Touran HyMotion Для того чтобы рассмотреть ключевые аспекты создания электромобилей, необходимо обратиться к таким сферам, как окружающая среда, политика, экономика, общество, инфраструктура и техника. Полностью разделить эти сферы по содержанию невозможно, поскольку между ними существуют сложные взаимосвязи. Изменение климата и условия использования ископаемых природных ресурсов (ограниченная доступность, цена) приводят к изменению политики государств в сфере защиты климата и энергетики и изменению национальных обществ этих государств. В качестве ответа на эти изменения политика вырабатывает обязательные в национальных рамках, но, к сожалению, различающиеся у разных стран предельные значения выбросов вредных веществ в атмосферу. Эти предельные значения, как правило, описывают непосредственные выбросы CO2 или других наносящих вред окружающей среде газов в атмосферу. Электромобиль непосредственно не выбрасывает в атмосферу вредные вещества в виде CO2. Введение в городах зон с ограниченным выбросом вредных веществ в атмосферу или полностью свободных от выбросов, а также изменившиеся рамочные политические условия ускорят развитие электромобилей. Государственное стимулирование и потребности коммунальной сферы придают импульс экономике и поддерживают процесс развития в сфере научных исследований. Всё больше компаний вкладывают инвестиции в развитие электромобилей и таким образом в союзе с научными исследованиями способствуют модернизации имеющихся опытных моделей, новых технологий и возможностей их последующего применения. Политика Международные нормы по предельным значениям выбросов вредных веществ Введение зон с ограниченными выбросами или свободных от выбросов вредных веществ Планы развития и субсидии

Охрана окружающей среды Изменение климата Снижение глобальных выбросов CO2 Уменьшение шумовой нагрузки Сознательное отношение к расходованию полезных ископаемых
Электромобили Технологии Технические преимущества электродвигателя по сравнению с ДВС Повышение КПД Меры безопасности при работе с высоким напряжением
Общество Растущая мобильность людей Рост приемлемости электрического привода для потребителей Растущий спрос на автомобили с меньшим расходом топлива и более низкими выбросами вредных веществ Растущая урбанизация (мега-сити) s499 012
Инфраструктура Обширная инфраструктура для зарядки электромобилей (дома, на работе, в пути) Преимущества электромобилей -    Электрический привод (электродвигатель-генератор) работает гораздо тише двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, уровень шума у электромобилей очень мал. При высокой скорости у таких автомобилей преобладающим является шум от качения шин.
-    При движении электромобиль не выбрасывает в атмосферу никаких вредных веществ или газов. Если высоковольтная батарея перезаряжается от восстанавливаемых источников энергии, то электромобиль может эксплуатироваться без выбросов CO2. -    Если в ближайшем будущем центры городов, подвергающиеся особой нагрузке от автомобильного движения, будут объявлены зонами, свободными от выбросов вредных веществ, то въезд в них будет разрешён только для автомобилей с высоковольтными силовыми установками. -    Электродвигатель-генератор очень надёжен и не требует затратного обслуживания. Он подвержен только незначительному механическому износу. -    Электродвигатель-генератор имеет высокий, до 96%, КПД по сравнению с двигателем внутреннего сгорания, КПД которого составляет 35-40%. -    У электродвигатель-генератора более оптимальные характеристики крутящего момента и мощности. Уже с момента запуска он развивает максимальный крутящий момент. Благодаря этому электромобиль по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания при одинаковой мощности может разгоняться значительно быстрее. -    Устройство трансмиссии проще, потому такие узлы и детали автомобиля, как коробка передач, сцепление, глушитель, сажевый фильтр, топливный бак, стартер, генератор, свечи зажигания, отсутствуют. -    При торможении электродвигатель может выполнять функции генератора, генерировать электроэнергию и заряжать АКБ (рекуперация энергии). -    Высоковольтную батарею можно с удобством заряжать непосредственно дома, на остановке во время поездки и от всех находящихся в пределах доступности розеток. Розетка синего цвета на автомобиле и на зарядных станциях общего пользования принята в качестве стандарта на территории всей Германии и всеми производителями. -    Энергия подаётся только тогда, когда она требуется потребителю. В отличие от обычных автомобилей электродвигатель-генератор никогда не работает при остановке перед светофором. Особенно эффективен электродвигатель-генератор при движении в плотном транспортном потоке, а также при движении с частыми остановками. -    За исключением редуктора на электродвигатель-генераторе электромобиль не требует масла для смазки. Недостатки электромобилей
-    У электромобилей ограниченный запас хода. Электрическая энергия должна быть накоплена современной высоковольтной автомобильной батареей в достаточной степени. Это количество накопленной энергии является решающим фактором для запаса хода электромобиля. -    Если высоковольтную батарею требуется зарядить из полностью разряженного состояния до полностью заряженного состояния, а в наличии имеются только минимальные зарядные возможности, то продолжительность процесса зарядки может достигать 7,5 часа. -    Возможности зарядки электромобилей в процессе поездки пока находятся в стадии развития. Сеть зарядных станций развита слабо. -    Если цель поездки находится за пределами максимального запаса хода электромобиля, водитель должен планировать маршрут поездки с учётом наличия зарядных станций. «Где электромобиль можно зарядить в пути?» Сравнение характеристик крутящего момента Электродвигатель-генератор на холостом ходу Электродвигатель-генератор (а) Двигатель внутреннего сгорания (Ь)
Электродвигатель-генератор (а) с первого оборота развивает максимальный крутящий момент. Он не требует фазы пуска для достижения частоты вращения холостого хода. По мере увеличения частоты вращения, начиная с определённой частоты вращения, доступный крутящий момент снижается. Эта частота вращения приблизительно равна 14 000 об/мин. Дополнительно, благодаря этой особенности электродвигатель-генератора, можно отказаться от применения сложной коробки передач. Двигатель внутреннего сгорания Для выработки крутящего момента двигатель внутреннего сгорания (b) должен вращаться с частотой вращения на холостом ходу. При увеличении частоты вращения двигателя увеличивается доступный крутящий момент. Дополнительно эта особенность двигателя внутреннего сгорания требует наличия коробки передач с несколькими передаточными числами. Через сцепление или гидротрансформатор крутящий момент передаётся на шестерни коробки передач. Экологические аспекты Выбросы CO2 Глобальное потепление к 2050 году не должно превысить значение 2°C по сравнению с температурой Земли до индустриальной эпохи. Достичь этой цели можно только путём снижения выбросов CO2. В период до 2050 года ставится цель снизить уровень выбросов CO2 на каждого человека с 45 тонн в год в настоящее время до 0,7 тонны в год.
Сами электромобили не выбрасывают CO2 в атмосферу. Однако при рассмотрении источников выбросов CO2 следует учитывать не только сами электромобили, но и выбросы, которые возникают при производстве электроэнергии (например, при работе угольных электростанций). Развитие автомобилей особенно в Германии тесно связано с применением «чистой энергии» (т. е. энергии из возобновляемых источников). Поэтому уже при существующей структуре источников электроэнергии можно исходить из более низких выбросов CO2 на каждый электромобиль по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. На международном уровне структура источников электроэнергии даёт меньше преимуществ. Поскольку такие страны с переходной экономикой, как Китай или Индия из-за быстрого роста спроса на электроэнергию в первую очередь делают ставку на добычу электроэнергии на угольных электростанциях, экологический баланс производства электроэнергии там хуже.
Дизельный двигатель, 111 г/км Бензиновый двигатель, 132 г/км Производство водорода, 210 г/км Ветровая энергия, 1 г/км Ядерная энергия, 6 г/км Природный газ, 98 г/км Котельное топливо, 145 г/км Каменный уголь, 171 г/км Бурый уголь, 188 г/км Энергетический комплекс в ФРГ, 2010 г., 115 г Энергетический комплекс в Китае, 2010 г., 179 г Все данные: выбросы CO2 в граммах на километр пробега (по состоянию на 201 1 год) Вы уже знаете? Поскольку чистого водорода, необходимого для топливных элементов, в природе не существует, его необходимо добывать с помощью трудоёмкого процесса. Для этого процесса требуется очень много электрической энергии. Возобновляемые источники энергии
Под возобновляемыми источниками энергии подразумеваются источники энергии, которые доступны в ближайшей перспективе, и по человеческим меркам неисчерпаемы. К возобновляемым источникам энергии относится ветровая энергия, солнечная энергия, геотермальная энергия (тепловая энергия Земли), гидроэнергия и биомасса. Дальнейшее снижение выбросов CO2 в сфере электромобилей возможно в том случае, если доля возобновляемых источников энергии в энергетическом комплексе будет увеличена. К 2030 году эта доля в производстве электроэнергии европейскими странами по сравнению с 2010 годом должна увеличиться с 17до 48%. Возобновляемые Энергетический комплекс в ФРГ, 2010 г. Потенциал солнечной энергии Энергия, излучаемая Солнцем на Землю, примерно в десять тысяч раз превышает текущие потребности человечества в энергии. Таким образом, из солнечного света доступно больше энергии, чем потребуется в будущем. Однако использованию этого потенциала мешают затратность и коэффициенты полезного действия элементов солнечных батарей. Если КПД модулей фотоэлектрических элементов в начале восьмидесятых годов равнялся всего восьми процентам, то в настоящее время КПД представленных на рынке модулей составляет в среднем 17%, а у самых лучших представителей достигает почти 20%. Однако для того чтобы солнечная энергия могла конкурировать с другими энергоносителями, технологию необходимо развивать, т. е. гелиоустановки должны быть более эффективными. Вы уже знаете? В течение 24 часов на Землю в виде солнечного света поступает такое количество энергии, которое расходуется на обеспечение электроэнергией всего населения Земли в течение одного года. Доля геотермальной энергии (использование тепловой энергии мантии Земли) в производстве энергии в ФРГ в 2011 году была ещё меньше 1%. Под термином «электромобили» следует подразумевать все автомобили, которые приводятся в движение с помощью электрической энергии. К ним относятся как автомобили, приводимые в движение электродвигателем, работающим от аккумуляторной батареи, так и гибридные автомобили (полные гибриды) или автомобили с топливными элементами. Классификация электромобилей
В первую очередь электромобили классифицируются и именуются в соответствии с тем, каким образом на электрический привод подаётся необходимая электроэнергия. Гибридный привод ДВС
Выработка электроэнергии в автомобиле Бензиновый/дизельный двигатель
Обычные а/м с бензиновыми или дизельными двигателями
Микро-гибрид Средний гибрид как микро-гибрид и дополнительно: Электродвигатель поддерживает работу ДВС. Движения только на электрическом приводе невозможно. Система рекуперации энергии
Электрические компоненты предназначены только для реализации функции Старт-стоп. Полный гибрид (HEV) как средний гибрид и дополнительно: Электродвигатель поддерживает работу ДВС. Движение только на электрическом приводе возможно. Touareg 201 1 модельного года представляет собой первый серийный автомобиль с электрическим гибридным приводом концерна Volkswagen. Он относится к полным гибридам. Понятия и определения Автомобили, не выбрасывающие в атмосферу вредных веществ в процессе эксплуатации, называют также автомобилями с нулевым выбросом вредных веществ «Zero Emission Vehicle» (ZEV).
Электромобили с аккумуляторными батареями, которые приводятся в движение только электрическим приводом, называют также аккумуляторными электромобилями «Battery Electric Vehicle» (BEV). В процессе эксплуатации электроэнергия поступает из высоковольтной батареи, которая заряжается от электрической сети. Индекс «Electric Vehicle Index» (EVI) измеряет развитие сферы электромобилей. По девяти различным критериям при этом оценивается как рынок для электромобилей, так и производство в различных индустриальных государствах. В настоящее время последовательность исследованных стран имеет следующий вид: США, Франция, ФРГ, Италия, Япония, Китай, Корея, Испания, Великобритания, Дания, Португалия и Ирландия. Гибридный привод    Движение на электрической тяге Зарядка электроэнергией от сети Плагин-гибрид (PHEV) как полный гибрид и дополнительно: Принятые сокращения: BEV - Battery Electric Vehicle; аккумуляторный электромобиль HEV - Hybrid Electric Vehicle; автомобиль с полным гибридным приводом, полный гибрид FCBEV - Fuel Cell Battery Electric Vehicle; аккумуляторный электромобиль с топливными элементами PHEV - Plugin Hybrid Elekctric Vehicle; автомобиль с полным гибридным приводом и возможностью зарядки от внешнего источника, плагин-гибрид RXBEV - Range Extender Battery Electric Vehicle; аккумуляторный электромобиль с дополнительным приводом генератора для увеличения запаса хода (range extender)

Гибрид с увеличенным запасом хода (RXBEV) как аккумуляторный электромобиль и дополнительно: Запас хода увеличивается с помощью двигателя внутреннего сгорания, который вырабатывает электрическую энергию для электродвигателя.
Аккумуляторные электромобили (BEV) Приводятся в движение только электрическим приводом. В процессе эксплуатации электроэнергия поступает из высоковольтной батареи, которая заряжается от электросети.
В случае плагин-гибрида высоковольтная батарея может дополнительно заряжаться от внешней электросети.
Электромобили с топливными элементами (FCBEV) Приводятся в движение только электрическим приводом. В процессе эксплуатации электроэнергия вырабатывается топливным элементом. В качестве топлива заправляется водород.
Основные компоненты электромобиля Вся система привода электромобилей включает следующие элементы: -    высоковольтная батарея с блоком управления ВВ-батареи и необходимым зарядным устройством; -    электродвигатель-генератор с электронным управлением (силовая электроника) и системой охлаждения;
-    редуктор, включая дифференциал; -    тормозная система; -    климатическая установка, работающая от высоковольтной батареи. 1    Электродвигатель-генератор 2    Редуктор с дифференциалом 3    Блок силовой электроники 4    Высоковольтные провода 5    Высоковольтная батарея 6    Коммутационный блок с блоком управления ВВ-батареи 7    Система охлаждения 8    Тормозная система 9    Высоковольтный компрессор климатической установки 10    Высоковольтный отопитель 11    Зарядное устройство 12    Выводы для зарядки от внешнего источника 13    Внешний источник для зарядки Электродвигатель-генератор Под электромашиной или электродвигатель-генератором мы понимаем тяговый электродвигатель, который может использоваться также в качестве генератора и стартера. В принципе, любой электродвигатель может также функционировать как генератор. Если электродвигатель-генератора будет приводиться во вращение внешним моментом, то он будет вырабатывать электроэнергию, как обычный генератор. Если на электродвигатель-генератор подаётся электрический ток, то он работает как тяговый двигатель (привод). Тяговые электродвигатели-генераторы имеют жидкостную систему охлаждения. Однако возможно и воздушное охлаждение. 13
У полных гибридов (HEV) электродвигатель-генератор служит также в качестве стартера для двигателя внутреннего сгорания. В качестве электродвигателей-генераторов часто используются электродвигатели трёхфазного тока. Электродвигатель трёхфазного тока питается трёхфазным переменным током. Его принципиальная схема включает три катушки, которые в качестве статора расположены вокруг ротора и соответственно электрически соединены с одной из трёх фаз. На роторе этого синхронного электродвигателя расположено несколько пар постоянных магнитов. Вследствие того, что на три катушки последовательно, на одну за другой, подаётся электрический ток, они в итоге генерируют вращающееся электромагнитное поле, которое приводит ротор во вращение, если электродвигатель-генератор используется в качестве приводного двигателя. Электродвигатель-генератор (1), ротор (2), статор (3), блок силовой электроники (4), высоковольтная батарея (5)
При использовании в качестве генератора вращение ротора инициирует в катушках трёхфазное переменное напряжение, которое блок силовой электроники преобразует в постоянное напряжение для зарядки высоковольтной батареи. На автомобиле при этом, как правило, применяются так называемые «синхронные электродвигатели». Термин «синхронный» в этом контексте означает «вращающийся в одном направлении» и описывает отношение скорости вращения возбуждённого электромагнитного поля в катушках статора к скорости вращения ротора с его постоянными магнитами. Преимущество синхронных электродвигателей по сравнению с асинхронными заключается в возможности точной регулировки электродвигателя для применения в автомобиле. Сильные стороны электродвигателя-генератора Благодаря отсутствию шума и выбросов вредных веществ электродвигатель-генератор очень экологичный. Электродвигатель-генератор быстро срабатывает, обладает хорошими параметрами ускорения и высоким коэффициентом полезного действия. В отличие от двигателей внутреннего сгорания электродвигатели обеспечивают бесступенчатую характеристику номинальной мощности в широком диапазоне частот вращения. Уже при малых частотах вращения (т. е. при троганьи) доступен максимальный крутящий момент, который снижается только при очень высокой частоте вращения. Вследствие этого принципиально не требуется, ни механической, ни автоматической коробки передач или сцепления.
Направление вращения электродвигателя можно выбирать произвольно. Таким образом, он может вращаться по часовой стрелке, чтобы двигать автомобиль вперёд, и против часовой стрелки для движения задним ходом. Электродвигатели запускаются самостоятельно. Отдельного стартера не требуется. Электродвигатели имеют более простое устройство и содержат значительно меньше подвижных деталей, чем двигатели внутреннего сгорания. В электродвигателе-генераторе вращается только ротор с его постоянными магнитами. Массы, совершающие колебательные движения, как у двигателя внутреннего сгорания, отсутствуют. Заменять масло не требуется, поскольку масло для смазки не используется. Поэтому транспортные средства с электрическим приводом с точки зрения трансмиссии, как правило, требуют меньше обслуживания. Высоковольтная батарея Батарея является сердцем электромобиля. Заряжать высоковольтную батарею можно, к примеру от внешнего источника, через розетку. Батарея отдаёт постоянное напряжение блоку силовой электроники. Блок силовой электроники преобразует постоянное напряжение в переменное и питает электродвигатель-генератор по трём фазам через три провода (U, V и W). Электромобиль начинает двигаться. Высоковольтная батарея в задней части автомобиля с высоковольтной силовой установкой
Определения Помимо термина «батарея» применяются также термины «аккумулятор», «аккумуляторная батарея» или сокращённо АКБ. Раньше батареи и аккумуляторы описывали два вида устройств накопления электрической энергии, которые принципиально различались. В современной речи больше не делается такого строгого различия и оба термина применяются в одинаковом значении.
Батарея
Аккумулятор Батарея в прежнем значении означает источник накопления электрической энергии, перезарядить который невозможно. Батарея состоит из так называемых первичных гальванических элементов. Суммарное напряжение зависит от количества и напряжения отдельных элементов. Гальванический элемент путём химической реакции высвобождает хранящуюся в нём химическую энергию в виде электрической энергии. Восстановить первоначальный заряд батареи путём электрической перезарядки невозможно. Аккумулятор может перезаряжаться и состоит из вторичных элементов. Наиболее известным является свинцовый аккумулятор, который в качестве источника питания бортовой сети широко применяется во всём мире. Во вторичном элементе тоже накапливается электрическая энергия. Как и в случае батареи, вырабатываемое количество энергии определяется количеством соединённых друг с другом вторичных элементов. Однако протекающая при этом химическая реакция в отличие от батареи легко обратима. Это означает, что разрядившийся аккумулятор можно снова использовать, если зарядить его электроэнергией от зарядного устройства. ^ I / Вы уже знаете? Стойкость аккумуляторов ноутбуков к многократным циклам разрядки-зарядки равна примерно 500 циклам. Это означает, что конструкция аккумулятора позволяет зарядить его из полностью разряженного до полностью заряженного состояния до 500 раз. После этого ёмкость аккумулятора будет составлять всего лишь примерно 50% от его прежней ёмкости. Емкость указывается как «State of Capacitiy, статус заряда» (SOC). «Состояние» аккумуляторной батареи описывается параметром SOH (State of health, исправность).
В дальнейшем термин «высоковольтная батарея» (ВВ-батарея) будет использоваться для обозначения аккумуляторной батареи для питания электродвигателя-генератора. Такие стандартные электрические параметры высоковольтной батареи, как номинальное напряжение, КПД и плотность энергии зависят от вида химических веществ, которые применяются во внутренней конструкции накопителя энергии. Плотность энергии Этот параметр позволяет сделать вывод о мощности батареи относительно её массы (удельной мощности). Чем выше плотность энергии, тем больше энергии можно накопить и снова отдать для выполнения работы. Единицей измерения плотности энергии является ватт-час на килограмм [Вгч/кг], который состоит из работы электрического тока [Вгч] и массы [кг] батареи. Плотность энергии позволяет определить запас хода электромобиля. Пример для высоковольтной батареи массой 85 кг, с напряжением 288 В и силой тока 6,5 А: Электрическая мощность (P) равна электрическому напряжению (U), умноженному на силу тока (I); P = U x I. U = 288 В, а I = 6,5A P = 288V x 6,5A = 1 872 В'А; 1В*А примерно соответствует 1 Вт (ватт) P = 1872 Вт или 1,872 кВт (киловатт) Работа электрического тока равна произведению электрической мощности на время. Таким образом, в течение одного часа (1 ч) эта высоковольтная батарея может выполнить работу в 1872?Вгч?(ватт-час). Расчёт плотности энергии: 1872 Вт x 1 ч : 85 кг = 22,02 Вгч/кг] Долговечность Долговечность батареи описывается параметром стойкости к многократным циклам разрядки-зарядки. Стойкость высоковольтной батареи к многократным циклам разрядки-зарядки на период в 10 лет определена в 3000 циклов, т. е. 300 циклов в год. По этому показателю сравнивать так называемые «автомобильные батареи», т. е. батареи для применения в автомобиле с высоковольтной силовой установкой, с «потребительскими аккумуляторными батареями» для применения в ноутбуках или мобильных телефонах нельзя. Коэффициент полезного действия перезаряжаемой аккумуляторной батареи указывается в процентах. Упрощённо можно сказать, что КПД показывает, какое количество энергии, затраченной на зарядку, может быть снова использовано при разряде аккумуляторной батареи. Вследствие того, что незначительная часть энергии зарядки рассеивается в виде тепловой энергии (потери при зарядке), коэффициент полезного действия аккумуляторной батареи никогда не может быть равен 100%. Принцип действия Al Zn    Fe ! Си Аи
Фрагмент ряда напряжений металлов: Al — алюминий Zn — цинк Fe — железо Си — медь Аи — золото Принцип действия аккумуляторной батареи основан на том, что металлы различаются по степени «благородства». Благородство в данном контексте означает, что два разных металла, например цинк и медь, по своим химическим свойствам отличаются способностью отдавать электроны. На основе этого химического свойства элементы можно упорядочить в так называемом ряду напряжений. Цинк легко отдаёт электроны.
Это означает, что он легко окисляется. Медь отдаёт электроны для протекания химической реакции не так легко. Это означает, что она окисляется с трудом. Если поместить стержень из цинка и стержень из меди в отдельные ёмкости в подходящий раствор электролита, то металлы будут с различной степенью интенсивности эмитировать ионы в электролиты и при этом оставлять электроны в металлических стержнях. В одном сосуде имеется большое количество положительно заряженных ионов цинка в растворе и большое количество электронов в цинковом стержне. В другом сосуде имеется только незначительное количество положительно заряженных ионов меди в растворе и только незначительное количество электронов в медном стержне. Если соединить оба сосуда ионным мостиком друг с другом, то вследствие разной концентрации ионов возникнет перенос заряда. Вследствие большого избытка электронов в цинковом стержне он действует как анод, в то время как медный стержень образует катод. Между обоими стержнями, вследствие различной концентрации электронов, можно измерить напряжение. Если соединить оба электрода проводником, электроны потекут от анода к катоду. Эта конструкция в общем называется гальваническим элементом и представляет собой простейшую форму батареи. Если энергия отдаётся батареей, то анод является отрицательным полюсом. У перезаряжаемых батарей те же самые электроды могут попеременно работать как аноды или катоды в зависимости от того, заряжается батарея или разряжается. Схема устройства батареи s499 230
Типы перезаряжаемых аккумуляторных батарей Различные типы перезаряжаемых аккумуляторных батарей различаются по материалам, использованным для изготовления электродов и электролитов. Наиболее распространены свинцовые, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литий-ионные батареи. Далее приведено их краткое описание и представлены их важнейшие особенности.
Свинцовая аккумуляторная батарея Представляет собой классическую 12-вольтную аккумуляторную батарею для питания бортовой сети автомобиля. В качестве электродов служат пластины из свинца и свинца и окиси свинца, в качестве электролита — раствор серной кислоты. Свинцовые аккумуляторные батареи требуют обслуживания. Это означает, что в них необходимо доливать дистиллированную воду, чтобы обеспечить необходимый уровень электролита. Для питания автомобилей, движущихся исключительно на электрической тяге, свинцово-кислотные батареи подходят не лучшим образом, поскольку они относительно своего объёма обладают очень большой массой и заняли бы большую часть объёма автомобиля. Вследствие этого полезная нагрузка такого автомобиля снижается. Свинцовый аккумулятор при некоторых условиях может уже через 6 лет утратить большую часть своей электрической ёмкости. В случае повреждения из него может вытечь электролит (кислота). Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи В этих аккумуляторных батареях в качестве материала электродов используется кадмий (Cd) и соединение никеля. В качестве электролита служит гидроксид калия. Поэтому этот тип батарей называют также щелочными аккумуляторами. Они обладают большей плотностью энергии, чем свинцовые аккумуляторы, и более стойки к повреждениям и вытеканию электролита. Никель-кадмиевые батареи обладают эффектом памяти. Глубокую разрядку или избыточный заряд этот тип батарей выдерживает только в ограниченной степени. Т. е. их КПД снижается. Кадмий и соединения кадмия ядовиты. Никель-металлогидридные аккумуляторные батареи У этих батарей в качестве материала для электродов используется соединение никеля и соединение другого металла. В качестве электролита также используется гидроксид калия. В свою очередь они обладают большей плотностью энергии чем никель-кадмиевые батареи и относительно стойки к повреждениям. Хотя эффект памяти, свойственный никель-кадмиевым батареям, проявляется в меньшей степени, и у этих аккумуляторных батарей в течение срока службы коэффициент полезного действие снижается. Эти потери коэффициента полезного действия до определённой степени обратимы (устранимы). Другие преимущества никель-металлогидридных аккумуляторных батарей: они не содержат таких ядовитых тяжёлых металлов, как свинец или кадмий. Электролит в батарее содержится в твёрдом виде. Даже в случае разрушения корпуса возможны только отдельные брызги. Литий-ионные аккумуляторные батареи S3
Они представляют собой более современное поколение аккумуляторных батарей и сконструированы на основе соединений лития. В качестве электродов используются — различные оксиды металлического лития и графит, в качестве электролита различные растворители для солей лития. Литий-ионные батареи содержат только очень незначительное количество воды и не обладают эффектом памяти. По сравнению с никель-кадмиевыми батареями они имеют почти вдвое большую плотность энергии. Это означает, что данный тип батарей относительно их мощности требует меньшего пространства для установки в электромобиле, так что остаётся больше свободного пространства для пассажиров и багажного отсека. Литий (Li) является химическим элементом. Слово «литий» происходит от греческого «lithos», что означает камень, потому что он был обнаружен в 1817 в камне. По своим химическим свойствам литий подобно натрию, относится к щелочным металлам, и вследствие своей малой плотности является лёгким металлом. После водорода и гелия он является третьим в ряду самых лёгких химических элементов. Плотность 0,534 г/см 3 (для сравнения: H2O = 1 г/см3) Использование в аккумуляторных батареях В виде карбоната лития (U2CO3); Для создания аккумуляторной батареи с энергией 20 кВт-ч требуется примерно 3 кг чистого лития. Преимущества Быстрая зарядка благодаря незначительному радиусу ионов. Отсутствие эффекта памяти. При сильном нагревании литий-ионных батарей в батарее может начаться процесс распада. Это может привести к возгоранию и выделению вредных для здоровья газов. Поэтому при обращении с этими аккумуляторными батареями необходимо строго выполнять указания производителя. *
Одной из разработок в области альтернативных видов привода являются топливные элементы. С точки зрения принципа преобразования энергии в топливном элементе протекает процесс получения электрической энергии из химической энергии, схожий с процессом в двигателе внутреннего сгорания. Преобразование энергии из «топлива» в эффективную мощность у топливных элементов протекает с гораздо меньшим количеством промежуточных этапов, напрямую. По этой причине КПД топливного элемента выше чем КПД двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, топливный элемент можно рассматривать как двигатель. Топливные элементы
В двигателе внутреннего сгорания химическая энергия, содержащаяся в молекулах топлива, путём сжигания преобразуется в энергию движения. Эта энергия затем используется для привода коробки передач или генератора. У двигателя внутреннего сгорания много энергии теряется из-за трения и рассеивания тепловой энергии. В топливном элементе происходит это преобразование химической энергии в электрическую энергию. В отличие от двигателя внутреннего сгорания дополнительного генератора для выработки электрической энергии не требуется. В качестве топлива используется полученный промышленным способом водород, который в топливном элементе превращается в воду при взаимодействии с кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе. Сам водород содержит меньше энергии, чем содержащаяся в топливе энергия углеводородов, однако его проще сжигать, а потери в процессе преобразования энергии практически отсутствуют. Кроме того, продукты сгорания топлива или вредные газы, как у двигателя внутреннего сгорания, отсутствуют. Устройство топливного элемента Схема устройства топливного элемента
Водородно-кислородный топливный элемент представляет собой особую форму гальванического элемента. Его основными частями являются два электрода (1), например, углеродные нанотрубки, покрытые слоем платины в качестве катализатора (2), и специальная мембрана (3). В качестве электролита могут служить различные соединения. Специальная мембрана газонепроницаемая, не проводит электроны и проницаема для протонов (ядро водорода без электрона). Кислород (O2) поступает из атмосферного воздуха, и заправлять его отдельно не требуется. 13
Описание работы: Сгорание водорода приводит к возникновению тока.
Водород (H2) и кислород (O2) по отдельности направляются к обоим электродам: водород к аноду (A), а кислород к катоду (K). Под действием катализатора водород отдаёт два электрона и распадается на два положительно заряженных ядра водорода (протоны). Эти протоны могут преодолеть мембрану и мигрируют сквозь нее, поскольку на другой стороне мембраны (стороне катода) в электролите содержится меньше протонов, чем на стороне анода (явление диффузии). На своём электроде кислород захватывает электроны в ходе каталитической реакции и после этого немедленно реагирует со свободными протонами водорода, образуя воду (H2O). Если соединить анод и катод друг с другом электрически, то вследствие этой реакции будет течь ток (4). Таким образом из реакции преобразования водорода в воду в топливном элементе добывается электрическая энергия. Другие высоковольтные узлы Инвертор Инвертор называют также выпрямителем или преобразователем. Его задачей является преобразование трёхфазного переменного напряжения генератора в постоянное напряжение для зарядки батареи. При этом три фазы переменного напряжения вначале выпрямляются, а затем сглаживаются, чтобы получить практически неизменное постоянное напряжение. При обратном преобразовании для привода электродвигателя постоянное напряжение батареи преобразуется в трёхфазное переменное напряжение.
Преобразователь DC/DC Преобразователь DC/DC в принципе представляет собой трансформатор. С его помощью высокое напряжение высоковольтной батареи преобразуется в соответственно более низкое напряжение для зарядки 12-вольтной аккумуляторной батареи бортовой сети. Преобразователи переменного напряжения и преобразователи DC/DC часто объединяются с другими электронными узлами высоковольтной системы в блок силовой электроники. Источники зарядки/вывод для зарядки Зарядное устройство, установленное в автомобиле в высоковольтную систему, обозначается так же, как преобразователь AC/DC. Он преобразует переменный ток из электрической сети общего пользования, подводимый через вывод для зарядки, в постоянный ток, потому что для зарядки аккумуляторной батареи может использоваться только постоянный ток. Зарядка с помощью постоянного напряжения (DC-зарядка) тоже возможна. Однако подача постоянного напряжения по сети общего пользования сопряжена с большими затратами. Высоковольтная сеть Высоковольтная сеть, за одним исключением, полностью отсоединена от бортовой сети. Преобразователь DC/DC является единственным устройством, подключённым к обеим сетям. Все высоковольтные провода окрашены в оранжевый цвет и обладают высокой стойкостью к повреждениям. Это свойство дополнительно усиливается за счёт дополнительной тканевой оболочки, также окрашенной в оранжевый цвет. Электрические разъёмы высоковольтной сети имеют исполнение, исключающее неправильное подсоединение (защиту от переполюсовки), и цветную маркировку. Электрические потребители, не подсоединённые к высоковольтной сети (например, светотехническое оборудование, рулевое управление, вакуумный насос усилителя тормозов, прикуриватель), получают питание от обычной 12-вольтной бортовой сети. Другие высоковольтные агрегаты Помимо чистых компонентов привода, у автомобилей с высоковольтной силовой установкой от высоковольтной сети могут питаться другие агрегаты и узлы. Это, к примеру, климатические установки и/или отопитель. 13
У автомобилей с высоковольтной силовой установкой, эксплуатируемых без двигателя внутреннего сгорания, необходимо приводить все агрегаты, которые в обычных автомобилях приводятся механически от двигателя внутреннего сгорания, например, с помощью ременного привода, электрическими приводами. Однако для этого необязательно использовать высокое напряжение, эти узлы могут быть рассчитаны на питание от 12-вольтной бортовой сети (например, насос усилителя рулевого управления, усилитель тормозов, ...). Только в том случае, когда требуется высокая мощность, как в случае с компрессором климатической установки, узел конструируется как высоковольтный. Все высоковольтные агрегаты маркируются предупреждающими наклейками. Редуктор Использовать классическую коробку передач с несколькими ступенями на чистом аккумуляторном электромобиле (BEV) больше не требуется. Для движения задним ходом просто переключаются полюса электродвигателя. Это означает, что направление вращения электродвигателя-генератора меняется на противоположное. Реализуется это с помощью рычага селектора, который обходится положениями «Нейтраль», «Вперёд» и «Назад». Скорость движения плавно регулируется педалью акселератора. Полные гибриды (HEV) и плагин-гибриды (PHEV) имеют обычную коробку передач. Как правило, эта коробка передач не механическая, а автоматическая или КП DSG. Тормозная система У электромобиля, проще говоря, две независимые тормозные системы. Одна система представляет собой классическую гидромеханическую тормозную систему. Вторая тормозная система реализуется с помощью электродвигателя-генератора в виде «моторного тормоза». Однако преимущество этого «моторного тормоза» по сравнению с двигателем внутреннего сгорания заключается в том, что с помощью электродвигателя-генератора высвобождающаяся при торможении двигателем энергия рекуперируется и используется для зарядки высоковольтной батареи. Эта так называемая рекуперация особенно в условиях городского движения способствует высокой эффективности электромобилей. Одновременно, рекуперация снижает износ тормозов автомобиля. Конфигурации трансмиссии Электромобиль приводится в движение как минимум одним электродвигателем. Он может быть полноприводным или с приводом на одну ось. Возможны также другие варианты гибридного привода. Они описаны в программе самообучения SSP450 «Touareg с гибридной системой привода».
Далее представлены два основных варианта привода. -    Привод с помощью электродвигателей, установленных в ступицах колёс. -    Привод с помощью одного электродвигателя-генератора в центральной трансмиссии. Привод с помощью электродвигателей, установленных в ступицах колёс В следующей таблице показаны различные варианты привода с помощью двигателя, установленного в ступице колеса. Полный привод
Задний привод 2 двигателя в ступицах колёс
4 двигателя в ступицах колёс Устройство Колёса соединены непосредственно с двигателями в ступицах. Конструкция с электродвигателями в ступицах колёс сегодня применяется для электророллеров, велосипедов с электрическим приводом и инвалидных кресел с электроприводом. Особенности -    Приводные валы не требуются. -    Дифференциал не требуется. Преимущества -    Технически возможен полный привод. -    Оси привода двигателей в ступицах расположены непосредственно в колесе. -    Высокий КПД привода, поскольку механические потери отсутствуют. -    Возможность рекуперации энергии. Недостатки -    Неподрессоренные массы в колесе по сравнению с обычным автомобилем выше. -    Большая масса приводимых деталей (влияние на инерцию и крутящий момент всего автомобиля). -    Требуется отдельная конструкция автомобиля. -    Сложная система управления двигателями. Оба электродвигателя-генератора должны работать синхронно. -    В настоящее время всё ещё требуется комбинация с гидравлической системой тормозов. -    Монтажное пространство на колесе ограничено. Передний привод Один центральный электродвигатель-генератор и два приводных вала
Задний привод Один центральный электродвигатель-генератор и два приводных вала
Полный привод Два центральных двигателя-генератора и четыре приводных вала.
Привод с помощью одного электродвигателя-генератора в центральной трансмиссии В следующей таблице показаны различные варианты привода с помощью двигателя, установленного в ступице колеса.
Один центральный электродвигатель-генератор и пять приводных валов, плюс раздаточная коробка
Полный привод

Устройство Электродвигатель-генератор приводит коробку передач, приводные валы и таким образом колёса. В случае автомобиля только с электрическим приводом достаточно понижающей передачи. Полный привод может быть реализован с помощью карданного вала от привода передней оси. Другой возможностью является использование второго электродвигателя-генератора Преимущества -    Привод на одну ось реализовать конструктивно проще. -    Технически возможен полный привод. -    Возможна очень хорошая комбинация в качестве гибридного привода (HEV / PHEV / RXHEV). -    Возможна интеграция в существующую конструкцию автомобиля. Особенности -    По два приводных вала на каждую приводимую ось -    Дифференциал для каждой приводимой оси. -    Требуется карданный вал. Недостатки -    Ось привода центрального электродвигателя-генератора расположена не соосно с ведущими осями. -    Необходим дифференциал. -    Необходима понижающая передача. В настоящее время Volkswagen использует только приводы с центральным электродвигателем-генератором в качестве единственного привода или в сочетании с двигателями внутреннего сгорания в качестве гибридного привода. Двигатели в ступицах пока не применяются. f
Однако их применение на автомобилях в будущем вполне возможно. Обзор различных комбинаций приводов Привод полного гибрида HEV Электродвигатель- генератор(-ы)
Привод плагин-гибрида PHEV
Привод автомобиля с топливными элементами FCBEV
ДВС



Блок(-и) силовой электроники

Высоковольтная батарея
Вывод для зарядки от внешнего источника Потенциал для снижения выбросов CO2 [%]
С*
100

Электропривод Электропривод BEV    автомобиля с увеличенной дальностью пробега RXBEV



В принципе, существуют различные конструкции гибридных автомобилей и электромобилей. Некоторые из них уже представлены на рынке. Другие пока существуют в виде прототипов. Все конструкции имеют некоторое количество общих высоковольтных компонентов. Эти компоненты у всех автомобилей с высоковольтной силовой установкой встречаются в адаптированном виде. В представленном обзоре эксплуатационные материалы не показаны. В двигатель внутреннего сгорания подаётся топливо. Топливный элемент заправляется водородом. Touareg с полным гибридным приводом (HEV) В случае полного гибридного привода автомобиль имеет двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор, который используется в качестве генератора, приводного двигателя и стартера. Отдельные режимы работы зависят от таких факторов, как степень заряженности ВВ-батареи, положение педали акселератора, усилие нажатия педали тормоза. Как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель-генератор раздельно или совместно отдают своё усилие привода через сцепление и общую коробку передач на ведущие оси.
Помимо высоковольтной сети, автомобиль имеет также 12-вольтную бортовую сеть с собственной 12-вольтной АКБ питания бортовой сети. Обогрев салона в этой конструкции реализован за счёт нагревшейся охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания. Устройство Силовые агрегаты и высоковольтные элементы Электродвигатель-генератор Коробка передач Высоковольтная батарея Двигатель внутреннего сгорания Компрессор климатической установки Блок силовой электроники Высоковольтные провода Режимы работы полного гибрида HEV Движение с помощью электродвигателя ДВС отключён Электродвигатель-генератор в режиме привода
Блок силовой электроники Высоковольтная
Двигатель внутреннего сгорания отключён. Электродвигатель-генератор приводит автомобиль в движение. Все функции, реализуемые за счёт вращения двигателя внутреннего сгорания, у гибридного автомобиля осуществляются с помощью различных высоковольтных и 12-вольтных агрегатов. батарея поставляет энергию
с*
CS
Двигатель внутреннего сгорания работает
Высоковольтная батарея заряжается
Режим движения на ДВС Двигатель внутреннего сгорания приводит автомобиль в движение. Высоковольтная батарея (в зависимости от степени заряженности) заряжается. Эксплуатационный режим ДВС при этом смещается в область оптимального КПД.
Электродвигатель-генератор в режиме генератора Электрический ускоритель (E-Boost) В случае, когда требуется очень высокая мощность, электродвигатель-генератор поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Мощность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя-генератора на короткое время суммируются.
CS
Двигатель внутреннего сгорания работает
Высоковольтная батарея поставляет энергию
©
Электродвигатель-генератор в режиме привода
ДВС отключён
Рекуперация энергии торможения
t
Высоковольтная батарея заряжается
Двигатель внутреннего сгорания как правило отключается. Энергия торможения преобразуется электродвигателем-генератором (работающим в режиме генератора) в электрическую энергию и сохраняется в высоковольтной батарее.
НФ№-
Электродвигатель-генератор в режиме генератора
Плагин-гибрид Golf 6 TwinDrive (PHEV) В отличие от привода полного гибрида привод TwinDrive имеет два электродвигателя-генератора. Один из электродвигателей-генераторов используется исключительно в качестве генератора или стартера, другой
электродвигатель-генератор служит тяговым электродвигателем и генератором. Оба электродвигателя-генератора и двигатель внутреннего сгорания, соответственно через сцепление, соединены друг с другом. И в данном случае взаимодействие обоих электродвигателей-генераторов и двигателя внутреннего сгорания определяется эксплуатационным режимом. Высоковольтная батарея привода TwinDrive может также заряжаться от внешнего подключения к сети 230 В. Эта система привода может даже отдавать ток в сеть общего пользования 230 В, если только конструкция электрического разъёма подключения домашней 230-вольтной сети предусматривает такую возможность. Помимо высоковольтной сети, автомобиль имеет также 12-вольтную бортовую сеть с собственной 12-вольтной АКБ питания бортовой сети. Все функции, реализуемые за счёт вращения двигателя внутреннего сгорания (например, работа компрессора климатической установки), у гибридного автомобиля осуществляются с помощью различных высоковольтных и 12-вольтных агрегатов. Устройство Силовые агрегаты и высоковольтные элементы Компрессор климатической установки Двигатель внутреннего сгорания Электродвигатель-генератор 1 Блок силовой электроники 1 Электродвигатель-генератор 2 - Коробка передач Блок силовой электроники 2 я уазйййй
Высоковольтная батарея Зарядное устройство ©К'
Вывод для зарядки от внешнего источника Высоковольтные провода
Режимы работы плагин-гибрида (PHEV) Движение с помощью электродвигателя Двигатель внутреннего сгорания отключён. Привод осуществляется электродвигателем-генератором 1. Высоковольтная батарея через блок силовой электроники 1 поставляет энергию.
9
ДВС отключён
Электродвигатель-генератор 2 Блоки силовой выключен    „ электроники 1 и 2 НЧ'1'II- Высоковольтная батарея поставляет энергию
Электродвигатель-генератор 1 в режиме привода

Последовательный режим Электродвигатель-генератор 2 запускает двигатель внутреннего сгорания. Затем электродвигатель-генератор 2 работает как генератор и питает высоковольтную батарею. Эта батарея поставляет энергию для электрического привода автомобиля с помощью электродвигателя-генератора 1. Этот рабочий режим используется в исключительных случаях.
Высоковольтная батарея поставляет энергию Электродвигатель-генератор 1 в режиме привода
9
Форсированное ускорение (Boost): Двигатель внутреннего сгорания работает Электродвигатель-генератор в режиме привода
Двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор вместе разгоняют автомобиль. Эта функция зависит от степени заряженности высоковольтной батареи. -iiiiiiii- Высоковольтная батарея поставляет энергию Электродвигатель-генератор 1 в режиме привода генератора Двигатель внутреннего сгорания работает Электродвигатель-генератор 2 в режиме
9
Электродвигатель-генератор выключен
Высоковольтная батарея заряжается
Если высоковольтная батарея полностью разряжена, электрический привод больше невозможен. В этом случае автомобиль приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, и одновременно за счёт избытка мощности высоковольтная батарея заряжается с помощью электродвигателя-генератора 2.
Режим привода от ДВС
Двигатель внутреннего сгорания работает Электродвигатель-генератор 2 в режиме генератора Электродвигатель-генератор 1 в режиме привода
Высоковольтная батарея заряжается
НФ№-
Сопряжённый привод и зарядка Для выполнения задаваемого водителем режима движения системе может быть необходимо, чтобы двигатель внутреннего сгорания приводил автомобиль в движение и одновременно избыточная мощность использовалась для зарядки высоковольтной батареи.
9 ДВС отключён Электродвигатель-генератор 2 в режиме генератора
Высоковольтная батарея заряжается Электродвигатель-генератор 1 в режиме генератора Рекуперация энергии торможения £3
Для рекуперации энергии торможение оба электродвигателя-генератора могут использоваться при замкнутой муфте сцепления. Эта энергия от принудительного внешнего привода автомобиля с помощью обоих блоков силовой электроники может преобразовываться в постоянное напряжение и немедленно сохраняться в высоковольтной батарее. о
Вывод для зарядки от внешнего источника Высоковольтная батарея заряжается
[Гй
НФ1Ф-

Электродвигатель-генератор 1 выключен $499 226
Электродвигатель-генератор 2 выключен И
Зарядка от внешнего источника Во время зарядки от внешнего источника высоковольтная сеть находится в режиме покоя. Электродвигатели-генераторы и блоки силовой электроники отключены. Через вывод для зарядки от внешнего источника к автомобилю подсоединён зарядный кабель. Когда блок управления зарядки высоковольтной батареи распознаёт источник электрической энергии, замыкаются два предохранительных реле. Зарядка начинается. Когда достигается необходимая степень заряженности, процесс зарядки отключается. Электрические потребители, включённые в автомобиле во время зарядки, питаются от внешнего источника зарядки.
Аккумуляторный электромобиль Golf blue-e-motion (BEV) на примере опытной партии 2011 года
Golf blue-e-motion представляет собой чистый электромобиль без двигателя внутреннего сгорания. За исключением зарядки батареи с помощью рекуперации высоковольтная батарея может заряжаться исключительно от внешнего источника: от зарядной станции, разъёма сети 230 В или через зарядный кабель на зарядных станциях общего пользования. Помимо высоковольтной сети, автомобиль имеет также 12-вольтную бортовую сеть с собственной 12-вольтной АКБ питания бортовой сети. Электродвигатель-генератор мощностью 85 Вт через понижающую передачу и дифференциал передаёт мощность непосредственно на ведущие колёса.
Пользователь эксплуатирует автомобиль идентично автомобилю с АКП или КП DSG. Понижающая передача имеет механизм блокировки трансмиссии на стоянке. Кроме того, селектор имеет позицию «В» (рекуперация энергии торможения). В этом положении селектора при отпускании педали акселератора система обеспечивает максимальную рекуперацию энергии. Таким способом автомобиль может быть заторможён до полной остановки без задействования рабочего тормоза. Тепла, выделяемого электродвигателем-генератором, недостаточно для обогрева салона. Поэтому blue-e-motion оборудован высоковольтным отопителем. Устройство Силовые агрегаты и высоковольтные элементы Высоковольтная батарея Высоковольтный отопитель

Г\
/
о
Компрессор климатической установки
Зарядное устройство Вывод для зарядки от внешнего источника
Двигатель с редуктором
J
©
Блок силовой электроники A VWVWy\
Режимы работы аккумуляторного электромобиля (BEV) Движение с помощью электродвигателя Электрический привод у электромобиля без ДВС организован аналогично полному гибриду: высоковольтная батарея поставляет энергию блоку силовой электроники. Он преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение для питания электродвигателя-генератора.

Блок силовой электроники Высоковольтная батарея
поставляет энергию
Электродвигатель-генератор в режиме привода
Рекуперация энергии торможения Когда электромобиль движется «накатом» (автомобиль движется при отсутствии момента привода от электродвигателя-генератора), часть энергии движения через электродвигатель-генератор, работающий в режиме генератора, используется для зарядки высоковольтной батареи.
s499 228 Высоковольтная батарея заряжается Электродвигатель-генератор в режиме генератора
Работа климатической установки при остановке автомобиля Когда электромобиль останавливается, например, в пробке, то электродвигатель-генератор не требует электрической энергии для привода. Режим климатической установки, заданный пассажирами, обеспечивается с помощью высоковольтного отопителя и высоковольтного компрессора климатической установки. Зарядка от внешнего источника Высоковольтная батарея заряжается через вывод для зарядки от внешнего источника, имеющийся на автомобиле. После подсоединения внешнего источника для зарядки высоковольтная батарея автомобиля самостоятельно заряжается до предварительно заданной степени заряженности. Процесс зарядки отключается автоматически. Если во время зарядки включаются
Высоковольтный отопитель Высоковольтный компрессор климатической установки
О
Высоковольтная батарея поставляет энергию
(Е)
s499 254
ft
Вывод для зарядки от внешнего источника Высоковольтная батарея заряжается
s499 218
электрические потребители, они получают питание от внешнего источника зарядки. Электромобиль с увеличенным запасом хода Audi Al e-tron (RXBEV) (опытный автомобиль)
Этот автомобиль является примером реализации системы увеличения запаса хода (RXBEV). Его система привода включает один ДВС и два электродвигатель-генератора. Однако в отличие от описанных ранее систем привода двигатель внутреннего сгорания не имеет механической связи с ведущими осями. Привод исключительно электрический.
Двигатель внутреннего сгорания приводит электродвигатель-генератор 1, работающий в режиме генератора и подзаряжающий высоковольтную батарею во время движения. В этой функции двигатель внутреннего сгорания работает с оптимальными эксплуатационными характеристиками, при которых мощность высокая, а расход топлива незначительный. Такая система позволяет увеличить запас хода автомобиля. Высоковольтная батарея в основном заряжается от вывода для зарядки от внешнего источника. Возможность подзарядки с помощью ДВС и электродвигателя-генератора 1 следует рассматривать, как использование агрегата аварийного питания. Помимо высоковольтной сети, автомобиль имеет также 12-вольтную бортовую сеть с собственной 12-вольтной АКБ питания бортовой сети. Устройство Силовые агрегаты и высоковольтные элементы Высоковольтная Электродвигатель-генератор 1
Двигатель внутреннего сгорания Высоковольтный отопитель Электродвигатель -генератор 2 Компрессор климатической установки Блок силовой электроники 1 Блок силовой электроники 2
батарея Зарядное устройство Вывод для зарядки от внешнего источника Режимы работы электромобиля RXBEV ДВС отключён Электродвигатель-генератор 1 выключен Электродвигатель-генератор 2 в режиме привода
с*
Блок силовой электроники 1 и 2

Высоковольтная батарея поставляет энергию
ж*-

©
Электродвигатель-генератор 2 в режиме привода
Двигатель внутреннего сгорания работает ^ Электродвигатель-генератор 1 в режиме генератора Высоковольтная
батарея заряжается и поставляет энергию
©
Движение с помощью электродвигателя Когда высоковольтная батарея заряжена, электромобиль приводится в движение электродвигателем-генератором 2. Системы комфорта (высоковольтный отопитель, высоковольтный компрессор климатической установки) и 12-вольтная АКБ бортовой сети питается от блока силовой электроники 2. Электрический привод и зарядка Высоковольтная батарея разряжена. Для продолжения движения запускается двигатель внутреннего сгорания. Он приводит электродвигатель-генератор 1 и таким образом заряжает высоковольтную батарею. Привод автомобиля и рекуперация энергии осуществляется исключительно с помощью электродвигателя-генератора 2.
Двигатель внутреннего сгорания работает Электродвигатель-генератор 1 в режиме генератора Высоковольтная батарея заряжается Электродвигатель-генератор 2 выключен Зарядка батареи на неподвижном автомобиле CS
Внешний источник напряжения для зарядки высоковольтной батареи для автомобиля недоступен. В этом случае ДВС может заряжать высоковольтную батарею с помощью электродвигателя-генератора 1 на неподвижном автомобиле. Вывод для зарядки
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я