Немного о гибридных автомобилях

Назад в прошлое.

Более 100 лет назад, на заре автомобильного производства, техническое развитие автомобилей с электромоторами и с комбинированными двигателями шло одновременно. Фактически, первый автомобиль, который развил скорость более 100 км/ч, был именно с электромотором. Проблема состояла в сохранении достаточного количества электроэнергии, чтобы автомобиль с электромотором мог преодолеть большое расстояние. На этом комбинированный двигатель побеждал. Бензин намного проще хранить и пополнять, давая возможность автомобилю проехать достаточно далеко.

Сейчас, спустя 100 лет, имея новейшие технологии, не забывая рост цен на топливо, гибридные автомобили стали реальной альтернативой автомобилям, имеющим только двигатели внутреннего сгорания. И снова аккумулирование энергии – одна из основных проблем, требующая мощных управляющих модулей и сохранения электрической энергии. Интересно, что аспекты безопасности важны и для обычных бензиновых емкостей и для новых сложных аккумуляторов. Перенагрев из-за скачков напряжения таких специализированных аккумуляторов может нанести существенный ущерб всему транспортному средству. Поэтому множество тестов и модуляторов мощности требуется во время этапа разработки, долгосрочных экологических проб и испытания на отказы на производственном этапе.

Типы гибридных автомобилей

Гибридные транспортные средства - также не новая технология. Например,  дизельные электрические локомотивы созданы на основе последовательного гибридного типа. Параллельный гибридный тип, наиболее представленный, сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания и электромотор, подключенный к механической трансмиссии. Большинство разработок содержат большой генератор и двигатель в одном модуле, часто располагаемый между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией, заменяя и стартер и генератор переменного тока. Для сохранения мощности гибридные автомобили используют большую аккумуляторную батарею с высоким напряжением (до 440 В), для сравнения в обычных автомобилях 12 В. Дополнительные опции, например гидроусилитель руля или кондиционер, приводятся в действие электромомотором, а не двигателем внутреннего сгорания.Это позволяет добиться большей эффективности, так как дополнительные опции работают с постоянной скоростью, не зависимо от скорости работы двигателя внутреннего сгорания. Функция стартера теперь расположена между двигателем и трансмиссией, позволяя мгновенно запускать автомобиль. Это означает, что запуск автомобиля происходит моментально, в тот момент, когда передача переключается с нейтральной на первую.

Комбинированные гибридные системы обладают особенностями как последовательных, так и параллельных гибридных типов. Они включают в себя устройства, разделяющие мощность с учетом потока мощности от двигателя до колес, которые могут быть или механическими или электрическими.В обычном автомобиле для ускорения автомобиля с места требуется большой двигатель. Это связано с тем, что вращающий момент двигателя внутреннего сгорания минимален при более низких оборотах, поскольку двигатель – это собственный воздушный насос. С другой стороны, крутящий момент электромотора максимален при остановке или хорошо подходит для дополнения неточности вращающего момента двигателя при низких оборотах. В комбинированных гибридных системах может использоваться менее мощный двигатель внутреннего сгорания.

Гибридный автомобиль содержит много операционных режимов. На магистрали, когда автомобиль движется на постоянной скорости, двигатель внутреннего сгорания эффективнее расходует топливо, автомобиль движется с относительно высокой скоростью. В этом случае автомобиль использует только двигатель внутреннего сгорания и заряжает основной аккумулятор. Далее городской режим. В этом случае автомобиль только с двигателем внутреннего сгорания становится неэкономичным. Здесь идеально движение на автомобиле с электромотором, с вытекающей отсюда разрядкой основного аккумулятора. При быстром ускорении электродвигатель добавляет двигателю внутреннего сгорания требуемую мощность мгновенно. И наоборот, при торможении индукционная мощность электродвигателя добавляет мощность торможения и восстанавливает элекроэнергию основного аккумулятора. Все операции управляются контроллером заряда, объединенным с конвертером мощности, который передает мощность от аккумулятора к электродвигателю.

Таким образом, основной аккумулятор постоянно находится в режимах зарядка/разрядка, которые управляются модулем, состоящим из контроллера зарядки и конвертером мощности. С другой стороны, электродвигатели, работающие при постоянной скорости, двигают автомобиль или производят энергию для зарядки аккумулятора или сам электродвигатель, находятся в режиме высокого ускорения, чтобы запустить или замедлить автомобиль.

Для проверки модуля контроллер зарядки/конвертер мощности с одной стороны необходимо моделирующее устройство аккумулятора, а с другой стороны моделирующее устройство электромотора. Диапазон высоковольтных аккумуляторов от 280до 440 В. Поэтому высокомощный программируемый источник постоянного тока должен выдавать до 100 А при 450 В или больше. Серия SGI обеспечивает уникальные последовательности программирования, выполняющие все эти задачи. Электронная нагрузка моделирует режим зарядки аккумулятора. Постоянно изменяя режимы от зарядки до разрядки, когда контроллер зарядки находится в режиме покоя, моделируя вибрацию и изменение температуры, можно осуществить тестирование автомобиля для использования в различных климатических зонах. Например, для эксплуатации автомобиля в Швеции в зимнее время или в Невадской пустыне в летнее.

В большинстве гибридных автомобилях установлены трехфазные электромоторы до 380 В напряжения переменного тока. Для моделирования процесса зарядки требуется трехфазный источник переменного тока.

Для тестирования электропривода поездов могут использоваться те же программируемые источники переменного или постоянного тока. Правда, зачастую требуется значительно больше мощности. По этой причине лучше выбрать источники питания, смонтированные параллельно, для обеспечения расширенных возможностей увеличения мощности.

Часто гибридные автомобили снабжены единственным высоковольтным аккумулятором. Для создания стандартного напряжения 12 В, используется конвертер высокого тока. Те же конвертеры используются для создания 42 В для управления электронными тормозами. Введение таких конвертеров требует множество дополнительных проверок. На входе подключен программируемый источник, выполняющий любые тесты, на выходе размещается электронная нагрузка. Разрешающая способность такой нагрузки позволяет моделировать быстрые и высокие скачки тока. Для выполнения такой задачи обладают полосой пропускания 20кГц со скоростью реакции 4000 А/мс.

Несколько слов о тестировании аккумуляторов. Очень важный момент, так как производительность аккумуляторов очень зависит от температуры окружающей среды. Такое тестирование очень трудоемко. Множество тестов во многих температурных режимах. И снова для моделирования процессов зарядки и разрядки потребуется сочетание источника постоянного тока и электронной нагрузки, но, на сей раз, мощность источника снижена. Зарядные токи ограничены для защиты аккумулятора от перенагрева. Для этого источники имеют режим постоянной мощности, когда значение тока заряда автоматически уменьшается при увеличении напряжения.

Для большинства применений не требуется такого количество разнообразных требований моделирования и тестирования мощности. Тестирование гибридных автомобилей – один из немногих примеров, где требуется и источник переменного/постоянного тока и электронная нагрузка, причем везде требуется низкие значения напряжения и высокие значения тока.

Вся линейка устройств, представленных на сайте, может обеспечить выполнение любых поставленных задач.