Hybrydy - Polskie Towarzystwo Inżynierów Motoryzacji SIMP

Hybrydy - Polskie Towarzystwo Inżynierów Motoryzacji SIMP

Polskie Towarzystwo Inżynierów Motoryzacji SIMP
Hybrydy
Autor: Piort Gębiś
10.05.2010.
Zmieniony 10.05.2010.
Od paru lat mamy do czynienia z bardzo szybkim rozwojem rynku samochodów
„ekologicznych”. Wśród proponowanych tu rozwiązań najbardziej popularne stały się
obecnie napędy hybrydowe. Fot. Best Products, archiwum
Klasyczny pojazd hybrydowy Toyota Prius III {viewonly=Public} Dostęp do pełnej wersji artykułu po
zalogowaniu. {/viewonly}
{hidefrom=Public}
Powszechne stosowanie układu: silnik spalinowy – silnik elektryczny jest konsekwencją braku
możliwości wprowadzenia na rynek samochodów stricte elektrycznych, spełniających wymogi
przeciętnego użytkownika. Przyczyną tego jest wciąż zbyt mała pojemność tradycyjnych akumulatorów
(zarówno kwasowych, jak i zasadowych), a bardziej wydajne chemiczne źródła prądu są nadmiernie
drogie. Akumulator kwasowy góruje wciąż nad swymi nowocześniejszymi konkurentami nie tylko bardziej
przystępną ceną i prostotą konstrukcji, lecz także dużą tolerancją na obciążenia bardzo silnymi prądami
oraz maksymalną ilością cykli całkowitego ładowania i wyładowania. Samochód o napędzie elektrycznym
powinien mieć zasięg co najmniej 500 km bez doładowywania akumulatorów. Przy średnim rocznym
przebiegu pojazdu wynoszącym ok. 20 000 km oznacza to (teoretycznie) min. 40 cykli pracy
akumulatora. W praktyce cykli ładowania i rozładowania musi być znacznie więcej. Rozwój techniczny i
jednoczesny spadek cen akumulatorów litowo-jonowych (Li-Ion) oraz niklowo-wodorkowych (NiMH) nie
pozwala jeszcze na masowe wykorzystywanie tych chemicznych źródeł zasilania w samochodach
elektrycznych, ale umożliwia już ich stosowanie w napędach hybrydowych. Współczesne napędy
hybrydowe Napęd elektryczny w typowym samochodzie hybrydowym nie działa bowiem w sposób ciągły,
aż do wyczerpania pojemności akumulatora. Dotychczas zaproponowano dwie koncepcje napędów
hybrydowych spalinowo-elektrycznych. Pierwsza to układ liniowy, w którym do napędu kół służy silnik
elektryczny, a spalinowy tylko napędza prądnicę. Z tego powodu silnik spalinowy nie musi pokonywać
obciążeń związanych z przyspieszaniem lub jazdą pod górę, nie potrzebuje więc rozwijać dużego
momentu obrotowego. Druga, zdecydowanie bardziej popularna koncepcja pojazdu hybrydowego o
układzie równoległym związana jest z problemem zwiększonego zużycia paliwa i emisji spalin podczas
jazdy w mieście, czyli z częstymi gwałtownymi przyspieszeniami oraz długimi okresami postojów na
skrzyżowaniach lub z powodu utrudnień w ruchu. Dwie koncepcje napędu hybrydowego Także w tego
rodzaju pojazdach nie jest wykorzystywana pełna pojemność akumulatora. Przy prawidłowej pracy
systemu nigdy nie dochodzi do „głębokiego” rozładowania. Dzięki zastosowaniu dużego
akumulatora wykorzystywana podczas cyklu miejskiego ilość energii stanowi stosunkowo niewielki
procent jej całkowitego zasobu. Pozwala to na przedłużenie żywotności źródła prądu przy jednoczesnym
stosowaniu silnych prądów podczas ładowania i rozładowania. Niepotrzebne jest też doładowywanie z
zewnętrznego źródła. Za utrzymywanie stopnia naładowania w odpowiednim zakresie odpowiedzialny jest
sterownik, włączający prądnicę napędzaną przez silnik spalinowy. Komputer synchronizujący pracę
układu automatycznie wyłącza silnik spalinowy podczas postoju na światłach. Z kolei w czasie
rozpędzania się układ może pracować dwojako. Start może być wykonany tylko przy zastosowaniu silnika
elektrycznego bądź z wykorzystaniem obu źródeł napędu. Przy dynamicznej jeździe szosowej z napędem
spalinowym z kolei silnik elektryczny może pełnić funkcję wspomagającą w trakcie energicznego
przyspieszania. Dzięki takiemu rozłożeniu zadań uzyskujemy optymalizację wykorzystania energii
spalanego paliwa. Obecnie wprowadzana jest kolejna generacja pojazdów hybrydowych, określana
skrótem PHEV (Plugged in Hybryd Electric Vehicles). Zadania napędu elektrycznego są w niej bardziej
rozbudowane, ponieważ ma on służyć również do pokonywania niewielkich dystansów szosowych bez
pomocy silnika spalinowego. Oznacza to konieczność głębokiego rozładowywania akumulatorów i ich
doładowywania zewnętrznego (np. z domowego gniazdka elektrycznego). Pojazd typu PHEV jest więc
rozwiązaniem pośrednim pomiędzy samochodem elektrycznym a klasycznym samochodem hybrydowym,
takim jak np. Toyota Prius. Diagnozowanie samochodów hybrydowych Czy polskie serwisy są
przygotowane do obsługi tego typu pojazdów? Na pewno nie wystarczy woltomierz! Żaden profesjonalny
warsztat samochodowy nie jest w stanie działać bez urządzenia diagnostyki elektronicznej. Jego
podstawową funkcją jest odczyt / kasowanie kodów usterek zarejestrowanych przez sterownik pojazdu.
Urządzenia takie, jak Mega Macs firmy Gutmann oferowany w Polsce przez firmę Best Products,
pozwalają na odczyt parametrów pracy wielu układów w samochodzie w czasie rzeczywistym. Ponieważ
na liście pojazdów obsługiwanych przez to niemieckie urządzenie znajduje się Toyota Prius,
postanowiliśmy sprawdzić je w tej właśnie roli. Po podłączeniu do złącza OBDE urządzenie Gutmann Mega
http://ptim.simp.pl/ptim
Kreator PDF
Utworzono 2-03-2017, 04:18
Polskie Towarzystwo Inżynierów Motoryzacji SIMP
Macs nawiązało połączenie ze sterownikiem już w pierwszej próbie. Obsługa silnika spalinowego jest taka
sama, jak w przypadku standardowych pojazdów. Sterownik zaprogramowano tak, iż diagnostyka silnika
napędu spalinowego i elektrycznego jest oddzielna. Przy analizie systemów wchodzących w skład napędu
elektrycznego należy pamiętać, że w samochodzie hybrydowym sterownik nie dopuszcza do całkowitego
rozładowania akumulatorów. Diagnoskop powinien więc nie tylko zidentyfikować usterkę, lecz także
zaproponować bezpieczną procedurę naprawy. Sam silnik elektryczny nie jest elementem trudnym do
diagnozy w przeciwieństwie do nowoczesnych akumulatorów oraz urządzeń peryferyjnych obsługujących
ich pracę. Do kompleksowej analizy pracy akumulatora niezbędny jest specjalistyczny sprzęt,
umożliwiający wykonanie szeregu czasochłonnych testów metodami stricte elektrochemicznymi ze
szczególnym uwzględnieniem metody galwano-statycznej, potencjodynamicznej oraz spektroskopii
impedancyjnej. W przypadku każdego akumulatora pomiar napięcia wcale nie jest wiarygodną informacją
na temat jego stanu. Zdarza się bowiem, iż napięcie kojarzone z pełnym naładowaniem występuje w
akumulatorze o minimalnym zapasie energii, czyli praktycznie „pustym”.
Ekran
urządzenia Mega Macs 55 podczas diagnozy
Toyoty Prius Przykład diagnozy układu zasilania akumulatorowego
Toyota Prius
Po lewej: Przykładowe krzywe wyładowania
(pomiar galwanostatyczny) dla sprawnego (A)
i częściowo zużytego (B) akumulatora
Potrzebna jest zatem analiza całego procesu ładowania i rozładowania akumulatora. Pod obciążeniem
następuje spadek napięcia aż do osiągnięcia pewnej stałej wartości, będącej napięciem pracy. Im dłuższy
jest na wykresie odcinek stałego napięcia, tym większą pojemność ma akumulator. Po całkowitym
przereagowaniu substancji aktywnej następuje dalszy spadek napięcia.
Trudno jednak stosować
laboratoryjne procedury badawcze przy warsztatowym diagnozowaniu pojazdów. Dlatego producenci
samochodów hybrydowych zadbali oto, aby praca zasilania akumulatorowego była rejestrowana przez
sterownik samochodu, a zapisy te dawały się odczytać za pomocą diagnoskopu razem z informacjami o
innych elementach systemu. Na podstawie zapisanych parametrów dokonuje się oceny sprawności
akumulatora i procesów jego ładowania. W przypadku urządzeń peryferyjnych akumulatorowego układu
zasilania diagnoza jest prosta, gdyż sprawność prądnicy, instalacji elektrycznej itp. można precyzyjnie
określić przez pomiar prostych wielkości elektrycznych, takich jak napięcie czy opór. Urządzenie Gutmann
Mega Macs 55 umożliwia zarówno odczyt wartości zarejestrowanych przez układ i zapisanych w
sterowniku, jak i bezpośredni ich pomiar w czasie rzeczywistym. Jak wykazały próby z zastosowaniem
urządzeń Gutmann Mega Macs 50 oraz 55 z zainstalowaną wersją oprogramowania 3.2, sterownik Toyoty
zawiera szereg informacji na temat pracy nie tylko silnika benzynowego, lecz również zasilania
elektrycznego, w tym stanu akumulatorów. Możliwa jest komunikacja z nim, odczyt kodów usterek oraz
pomiary wartości elektrycznych w czasie rzeczywistym. To pozwala diagnozować samochód hybrydowy
na razie w zakresie podstawowym, lecz w kolejnych wersjach oprogramowania zakres testowanych
układów i informacji na ich temat będzie się systematycznie zwiększał. Dzięki temu niezależne warsztaty
użytkujące ten rodzaj sprzętu diagnostycznego mają szansę wyprzedzić konkurencję w walce o nowy
segment rynku. Marcin Friebe
Sales Manager Best Products sp. z o.o. {/hidefrom}
http://ptim.simp.pl/ptim
Kreator PDF
Utworzono 2-03-2017, 04:18