POJAZDY Z NAPĘDEM HYBRYDOWYM I ELEKTRYCZNYM

Prezentacja na temat: "POJAZDY Z NAPĘDEM HYBRYDOWYM I ELEKTRYCZNYM"— Zapis prezentacji:

1 POJAZDY Z NAPĘDEM HYBRYDOWYM I ELEKTRYCZNYM
prof. zw. dr hab. inż. Antoni Szumanowski dr inż. Arkadiusz Hajduga Zakład Napędów Wieloźródłowych Politechnika Warszawska

2 Problemy te wzrastają z ciągle rosnącą liczbą pojazdów samochodowych.
Główne problemy związane z eksploatacją spalinowych pojazdów samochodowych w aglomeracjach miejskich: Wysoka emisja CO2. Wysoka emisja substancji toksycznych zawartych w spalinach. Wysokie zużycie energii (paliwa). Wysoki poziom hałasu. Problemy te wzrastają z ciągle rosnącą liczbą pojazdów samochodowych.

3 Ograniczenie emisji CO2
Właściwości aerodynamiczne. Układ napędowy Zmniejszenie SCx o 5 dm2 zmniejsza emisję CO2 o 2,5 g Zwiększenie średniej sprawności pracy silnika o 10% zmniejsza emisję CO2 o 15 g Wpływ hybrydyzacji napędu Opory toczenia Zmniejszenie o 10% powoduje zmniejszenie emisji CO2 o 2 g Masa całkowita Zmniejszenie masy o 100kg pozwala zmniejszyć emisję CO2 o 4 g Baterie zwiększają masę pojazdu 3

4 Zmniejszenie zużycia energii
Szczyt wydobycia ropy naftowej alternatywne “paliwa” : energia elektryczna, wodór? Energia elektryczna i wodór jako nośniki energii wymagają przetworzenia: węgla ropy naftowej energii wodnej energii atomowej energii wiatru energii słonecznej Ale także biopaliw tj. gazu naturalnego i innych ciekłych paliw które “per saldo” nie zwiększają emisji CO2

5 Problemy te pomoże rozwiązać wprowadzenie do eksploatacji pojazdów z napędem hybrydowym i elektrycznym Hybrydyzacja napędu pozwala na zmniejszenie emisji spalin, a przez to również substancji toksycznych oraz CO2. Elektryfikacja napędu całkowicie eliminuje wydzielanie spalin przez napęd.

6 Konfiguracje napędu hybrydowego
Napęd podwójny Zdwojone źródła Połączenie cierne Połączenie stałe jednowałowy DC/AC Converter Mechanical Transmission Electric Motor AC/DC Thermal Engine Fuel Tank Generator Batteries Rozdział elektromechaniczny Planetary gear Równoległy Łączony Mieszany Rozdział elektromechaniczny elektromagnetyczny dwuwałowy Zdwojone akumulatory Szeregowy

7 W każdym napędzie hybrydowym możemy wyróżnić :
Źródło pierwotne (silnik spalinowy, ogniwo paliwowe, itp) Źródło wtórne (bateria akumulatorów elektrochemicznych, bezwładnik, itp) Maszyna elektryczna Układ transmisji momentu Podzespoły pomocnicze (sprzęgła, hamulce itp)

8 Zmniejszenie zużycia paliwa źródła pierwotnego poprzez odpowiedni dobór punktów pracy (na przykładzie silnika spalinowego) Napęd klasyczny Napęd hybrydowy

9 Zużycie paliwa w napędzie klasycznym i hybrydowym (minibus 5T, rozszerzony europejski cykl jazdy)

10 Dane: Długość mm Średnica mm Masa 74 kg Osiągi Moc chwilowa 75 kW(ts) 70kW(tg) Maksymalny moment N·m (ts) 1650Nm (tg) Prędkość maksymalna RPM Sprawność maksymalna 91% Masowa gęstość mocy W/kg *źródło: materiały reklamowe UQM

11 Szeregowy napęd hybrydowy

12 Szeregowy napęd hybrydowy - start

13 Szeregowy napęd hybrydowy - jazda

14 Szeregowy napęd hybrydowy - hamowanie

15 Równoległy napęd hybrydowy

16 Równoległy napęd hybrydowy - start

17 Równoległy napęd hybrydowy - jazda

18 Równoległy napęd hybrydowy - hamowanie

19 Napęd elektryczny

20 Zastosowanie przekładni wielobiegowej w napędzie elektrycznym
Punkty pracy maszyny elektrycznej i charakterystyka zewnętrzna napędu elektrycznego wyposażonego w przekładnię wielobiegową Punkty pracy maszyny elektrycznej i charakterystyka zewnętrzna napędu elektrycznego bez przekładni wielobiegowej

21 Zastosowanie przekładni wielobiegowej w napędzie elektrycznym
Korzyści wynikające z zastosowania przekładni wielobiegowej w napędzie elektrycznym są szczególnie widoczne dla miejskich warunków eksploatacji.

22 Lohner Porsche „Semper Vivus” 1900 r.
Pierwszy pojazd z napędem hybrydowym. Dwa silniki elektryczne w kołach przednich o mocy 3,5 KM każdy. Akumulatory 80V o masie kg.

23 Toyota Prius Pojazd z napędem „plug-in” hybrid.
Bateria Li-Ion 5.2 kWh pozwalająca na pokonanie 21 km przy prędkości 100km/h. Zużycie paliwa 1,76 l/100km. Średnia sprawność napędu 43,6%. Emisja CO2 41 g/km. Ładowanie baterii przy napięciu 100V – 180 minut; przy napięciu 200V 100 minut.

24 Pozytywy Negatywy Poprawa sprawności i trwałości silnika spalinowego
Znaczne zmniejszenie zużycia energii i emisji Wyłączanie silnika spalinowego w czasie postoju Ograniczenie emisji CO2 Ograniczenie hałasu Hamowanie odzyskowe Negatywy Złożoność napędu Wyższy koszt napędu Konieczność rozwoju i inwestycji w nowe technologie Konieczność zmiany mentalności i polityki transportowej

25 Infrastruktura Ogólnodostępna stacja ładowania przy parkingu publicznym. Koncepcja bezprzewodowej stacji ładowania. Stacja szybkiego ładowania (moc ciągła 30 kW) Przydomowa stacja ładowania

26 Napęd odpowiedni do zastosowania pojazdu:
Różne pojazdy, różne problemy, różne sposoby działania Brak jednego uniwersalnego rozwiązania wymusza potrzebę odpowiedniego, indywidualnego podejścia do każdego rozwiązania : Napęd odpowiedni do zastosowania pojazdu: BEV: wyłącznie strefa miejska HEV: strefa miejska i podmiejska FCV: również dłuższe dystanse } PHEV BEV HEV Bateria elektrochemiczna FCEV PHEV

27 Napęd hybrydowy z przekładnią planetarną o dwóch stopniach swobody
Szeregowo - równoległy napęd hybrydowy wynaleziony przez A. Szumanowskiego w 1994 r. TE – Silnik spalinowy PG – Przekładnia planetarna EM – Silnik elektryczny / Generator Bat – Baterie C – Sprzęgło B1, B2 – Hamulce DG – Przekładnia główna TW – Koła trakcyjne CU – Falownik

28 Napęd hybrydowy z przekładnią planetarną o dwóch stopniach swobody – stanowisko laboratoryjne

29 Konstrukcje eksperymentalne

30 Dziękuję za uwagę