Энергетическая система гибридного автомобиля

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Кубанский государственный  технологический университет

(КубГТУ)

Кафедра электротехники и  электрических машин

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

на  тему энергетическая система гибридного автомобиля

 

Разработчик Копелевич Мария Львовна_____________________________                                                        

(подпись, дата, расшифровка подписи)

Руководитель  Автайкин Илья Николаевич______________________________

(подпись, дата, расшифровка подписи)

Консультанты:

Нормоконтролер Ладенко Николай Васильевич__________________________

(подпись, дата, расшифровка подписи)

Выпускная квалификационная

 работа допущена  к защите___________________________________________

Зав. Кафедрой Гайтов Борис Хамидович________________________________

(подпись, дата, расшифровка подписи)

 

 

 

Краснодар

2013

Содержание

1. Реферат
2. Введение
3. Описание
4. Гибридный накопитель энергии для транспорта
5. Выбор мощности энергетической установки
6. Определение основных размеров двигателя
7. Расчет для построения обмотки
8. Заключение
9. Безопасность жизнедеятельности на производстве
10. Пожарная безопасность
11. Электробезопасность
12. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях
13. Особенности расчета капитальных и текущих затрат по внедрению новой техники в промышленности
14. Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Реферат

Пояснительная записка ВКР 52с., 16 рис.,  16 источников.

Иллюстративная  часть выпускной квалификационной работы 6 листов формата А1.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ  СИСТЕМА ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ

Проектируемый объект является -  гибридный автомобиль, работающий от ДВС и от электродвигателя.

Цель работы – снижения загрязнения окружающей среды. Рассчитываются потери при движении автомобиля, аккумуляторная батарея и электродвигатель.

 Эффективность  полученных результатов определяется  снижением выброса токсичных  газов в атмосферу.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Введение

По статистике в 2002 году было 21,2 миллиона машин, что  на одну тысячу жителей составляло 140 штук, а также к 2010 году – 33 миллиона штук (из которых 7-8 миллионов старые импортные машины), что на одну тысячу жителей приходится 245 штук. Одним из основных направлений, повышение топливной экономичности и снижение выбросов токсичных веществ, является применение в их конструкции электропривода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Описание

По статистике в 2002 году было 21,3 миллиона машин, что на одну тысячу жителей составляло 142 штуки, а также к 2010 году – 33 миллиона штук (из которых 7-8 миллионов старые импортные машины), что на одну тысячу жителей приходится 240 штук. Одним из основных направлений, повышение топливной экономичности и снижение выбросов токсичных веществ, является применение в их конструкции электропривода. Исходя из того, что мы обладаем четкими параметрами АКБ по габаритам и ёмкости мы не можем сделать автомобиль на одном электродвигателе. 

Высокая насыщенность машинами, оборудованным ДВС, привела к тому, что при работе они расходуют большое количество моторного топлива и выбрасывают в атмосферу большое количество окиси углерода и другие вредные составляющие, которые отрицательно влияют на здоровье человека и окружающую среду. Поэтому над проблемами топливной, экологической и экономической работает большое количество ученых.

Указанная выше проблема говорит о необходимости проведения исследований, направленных на разработку конструкции комбинированных (гибридных) энергетических установок транспортных средств, состоящих из теплового и электрического двигателей.

Данное направление  создания энергосиловых установок перспективно и для дорожно-строительных, с/х и других типов машин, которые используют в своих конструкциях тепловой двигатель.

На данный момент в гибридных автомобилях применяют  всего два вида двигателей:

1. Синхронный с постоянными магнитами;
2. Асинхронный с короткозамкнутым ротором.

Но т.к. К.П.Д. синхронного двигателя с постоянными  магнитами выше, то дальнейшие расчеты будут посвящены вычислению двигателя этого типа.

Энергия двигателя  используется для запуска автомобиля. Для нормальной эксплуатации двигатель и мотор оптимально контролируются для повышения эффективности использования топлива. Когда требуется интенсивное ускорение, высокопроизводительные мотор и двигатель вырабатывают оптимальную энергию. Это представляет собой дальнейшую эволюцию движения, плавного и в то же время мощного.

Все основные компоненты THS II были разработаны компанией Toyota самостоятельно. Высоковольтная силовая цепь, мотор, двигатель и батарея были спроектированы заново, дав толчок дальнейшей эволюции гибридных систем.

Система состоит  из двух видов источников двигательной энергии, т.е. высокоэффективный бензиновый двигатель, который использует цикл Аткинсона, являющийся циклом с высоким  коэффициентом расширения, а также  синхронный электродвигатель переменного  тока с постоянными магнитами с мощностью в 1,5 раза больше, генератор, высокоэффективная никель-металгидридная батарея и устройство управления мощностью. Это устройство содержит высоковольтную силовую цепь для повышения напряжения системы питания мотора и генератора до 500 В, в дополнение к инвертеру для преобразования переменного тока от мотора и генератора и постоянного тока от гибридной батареи. Еще одним ключевым компонентом является устройство разветвления потоков энергии, которое передает механические движущие силы от двигателя, мотора и генератора, распределяя и комбинируя их. Устройство управления энергией четко контролирует эти компоненты на высоких скоростях, позволяя им работать совместно и с высокой эффективностью. С каждым днем потенциал гибридной технологии становится все очевиднее. Мы не рассматриваем гибридную технологию лишь как мостик в век автомобилей, работающих на топливных элементах. Мы считаем ее стержневой технологией, которая будет доминировать на рынке экомобилей и постепенно превратится в основу того, что мы называем «идеальным экомобилем».

Тойота разрабатывает  и совершенствует широкий ряд  трансмиссий, работающих на различных  источниках питания, среди которых  работающий на бедной смеси бензиновый двигатель с прямым впрыскиванием  топлива,  дизели с аккумуляторной топливной системой высокого давления, двигатели, разработанные для работы на альтернативных видах топлива, таких, как сжатый природный газ и биотопливо, электромобили и автомобили, работающие на водороде высокого давления, как Тойота FCHV, гибридный автомобиль на топливных элементах, ограниченные продажи которого начались в 2002-м году. Это все является частью нашего поиска идеального экомобиля.

Одним из показателей, с помощью которого можно оценить затраты на охрану окружающей среды будущего технологического сценария, является показатель «well-to-wheel» (скважина-колесо). Показатель выражает общую эффективность источника энергии, от момента его добычи до того момента, когда он заставляет крутиться колеса автомобиля.  Расчеты «well-to-wheel» иллюстрируют, что независимо от источника энергии гибридные технологии Тойота значительно повышают эффективность. Гибридная технология является открытием заново энергетической стратегии, от которой зависят все живые существа. Люди и животные временно сохраняют энергию, чтобы иметь к ней быстрый доступ при необходимости. Как и наша система обмена веществ, гибридная технология Toyota сберегает топливо, запасаясь энергией и разумно приспосабливая ее к каждой ситуации.

Гибридная батарея  накапливает энергию, которая обычно тратится впустую во время езды или  остановки, а затем применяет  накопленную энергию во время  запуска и для поддержки двигателя  во время ускорения.  

Тойота усовершенствовала последовательный/параллельный или «сильный» гибрид чтобы обеспечить преимущества энергосбережения последовательного гибрида вместе с преимуществами ускорения параллельного гибрида. Это стало возможным с помощью двух ключевых технологий – устройства распределения энергии и сложному управлению энергией. Они постоянно оптимизируют потоки механической и электрической силы для безопасной и комфортной эксплуатации автомобиля с максимальной возможной эффективностью. Целями THS являются снижение в два раза затрат топлива традиционных автомобилей с бензиновым двигателем, существенное снижение выброса выхлопных газов и обеспечение плавной, мощной и быстрореагирующей эксплуатации автомобилей.

1. Схема системы

THS предлагает преимущества как параллельной, так и последовательной гибридной системы.

Она приводится в движение и двигателем и мотором, с первичной силой от двигателя. Система разделяет энергии двигателя с помощью устройства разделения энергии, которое использует шестерню планетарной передачи, чтобы послать энергию к приводному валу и генератору. Часть электричества от генератора приводит в действие мотор, остаток, после превращения в постоянный ток инвертером, хранится в батарее.

Трансмиссия THS, состоящая из таких компонентов, как устройство разделения энергии, мотор, генератор, редуктор, достаточно компактна для пассажирского автомобиля.

Двигатель: высокоэффективный 1,5 литровый бензиновый двигатель

• Трансмиссия THS

Устройство  разделения энергии: распределяет энергию  через шестерню планетарной передачи.

Мотор и генератор: синхронный тип с постоянными магнитами

• Батарея: никель-металгидридная

2. Достижение революционного улучшения в экономии топлива

1. Высоко эффективный двигатель

Основной источник питания – новый разработанный 1,5 литровый двигатель с высокоэффективным  циклом с высоким коэффициентом расширения на основе цикла Аткинсона, для исключительно низкого расхода и потерь от трения.

2. Улучшенный рабочий диапазон двигателя

Двигатель достигает  лучшего расхода топлива, на единицу производительности работая в диапазоне с большим крутящим моментом. Поэтому, в зависимости от условий, система контролирует разделение энергии между двигателем и мотором, так, чтобы двигатель всегда работал в своем максимальном диапазоне крутящих моментов. Двигатель также автоматически работает в постоянном диапазоне об/мин для максимальной экономии топлива.

3. Система выключения двигателя

Когда автомобиль остановлен или снижает скорость, двигатель автоматически отключается  для экономии топлива и снижения выброса выхлопных газов.

4. Регенерация и повторное употребление энергии торможения

Когда автомобиль снижает скорость, мотор служит в  качестве генератора, превращая кинетическую энергию автомобиля в электрическую  и отправляя ее через инвертер в батарею для хранения.

3. Достижение плавного ускорения и снижения скорости

Благодаря тому, что функция передачи THS как электронно контролируемой бесступенчатой передачи и электрический мотор помогают двигателю, автомобиль THS достигает плавного ускорения и замедления, а также отличной реакции.

В частности, начальное ускорение использует преимущества характеристик мотора – большой крутящий момент на низких скоростях. Для максимального ускорения, когда дроссельная заслонка полностью открыта, питание и от двигателя и от мотора приводят автомобиль в действие, с энергией от батареи повышая мощность мотора.

 

Рис.1 - Условия работы системы

 

 

 

 

 

Рис 2 - Запуск/ легкая нагрузка

При запуске, езде на очень низких скоростях, езде вниз по небольшому склону или работая  в других условиях при которых  двигатель работает не на пике эффективности, двигатель отключается и автомобилем управляет мотор. (А)

 

Рис. 3 - Обычная езда

Устройство  разделения энергии разделяет питание  двигателя на две линии. Одна управляет  колесами. (В)

Другая запускает  генератор на производство электричества для мотора, который обеспечивает дополнительную движущую силу колесам. (С)

Система контролирует соотношение энергии каждой линии  для максимальной эффективности.