SEMINARSKI RAD IZ ELEKTRONIKE
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
HIBRIDNA VOZILA1.1 Električna vozilaO električnim vozilima (EV) se obično razmišlja kao o nečemu veoma savremenom ili čak kao o nečemu što pripada budućnosti. Takav stav ima svog osnova mada je istina sasvim drugačija. EV su se pojavila uporedo ili čak pre vozila sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS). 1895. godine kada je automobilska industrija počela da se razvija, mnogi konstruktori su smatrali da će električni pogon biti usvojen za pokretanje drumskih vozila. Uzroke za takav stav treba tražiti u činjenici da je tehnologija korišćena u električnom tramvaju u to vreme bila dobro razvijena dok su se motori SUS tada tek počeli razvijati. U to vreme pogonski sistem EV sačinjavali su: olovni akumulatori i motor jednosmerne struje čija je brzina regulisana posredstvom otpornika. Primat SUS motora nad električnim pogonom osiguran je oko 1915. godine. Tada su stepen i brzina razvoja SUS motora u odnosu na električni pogon bili takvi da su obezbeđivali zadovoljenje težnje ljudi za sve bržim i snažnijim i vozilima. Jedan od mogućih uzroka koji su konačno u prvi plan izbacili vozila sa SUS motorom bila je pojava električnog pokretača SUS motora. Uz njegovu upotrebu vožnja vozila sa SUS motorom postala je jednako udobna kao vožnja električnim vozilom (izuzev buke). Posledica svih nepovoljnih uslova za razvoj EV dovela je do gotovo potpunog prestanka razvoja i proizvodnje električnih vozila oko 1920. godine. Renesansa EV nastupa šezdesetih godina sa razvojem ekološke svesti kod ljudi. Energetska kriza sedamdesetih dodatno je ubrzala istraživanja na polju EV . Jedan od osnovnih nedostataka EV u odnosu na klasična vozila (sa SUS motorom) leži u činjenici da je domet ovakvih vozila znatno manji. Kao kompromisno rešenje pojavljuju se Hibridna električna vozila, koja kombinuju dva različita pogona, od kojih je jedan upravo električni.
1.2 Hibridna Električna Vozila (HEV)
Snaga instalisanih toplotnih i električnih mašina je veća od potrebne vučne snage i sam sistem je neuporedivo složeniji od EV i vozila sa SUS motorom.
Postoje dve osnovne konfiguracije HEV: serijska i paralelna. Izuzetak je Tojotin model Prius koji je kombinovano, serijsko-paralelno.
U HEV se koriste baterije drugačijih karakteristika u odnosu na EV. U ovom slučaju je mnogo značajnija specifična snaga i mogućnost brzog punjenja i pražnjenja akumulatora nego njihova velika specifična energija kao što je slučaj kod EV. Kapacitet akumulatora je manji nego kod EV. Tehnologija HEV je potpuno razvijena tako da bi ona mogla da zamene klasična vozila.
Radijus kretanja nije problem kao ni infrastruktura jer se koriste standardne benzinske pumpe. Jedini nedostaci su njihova velika cena, velika masa i složenost.
2. HIBRIDNI POGONSKI SASTAV
na tri grupe:
Sa druge strane u odnosu na autonomnost električnog pogona, hibridi se dele na:
2.1 Serijski (eng. Serial)
Kod serijskih vozila toplotni motor pokreće poseban generator kojim se vučni motor snabdeva električnom energijom i dopunjavaju akumulatori. Toplotni motor se koristi u optimalnom radnom režimu, a regulacija brzine se ostvaruje električnim motorom. Postojanje akumulatora i električnog motora omogućava reverzibilno (motorno) kočenje čime se povećava efikasnost vozila.
2.2 Paralelni (eng. Parallel)
Paralelna HEV su koncipirana tako da točkove pokreću i toplotna mašina i električni motor/generator. Toplotna mašina i kod ovog vozila radi u optimalnom režimu, pri čemu električna mašina radi kao generator i dopunjava baterije kada je za kretanje vozila potrebna manja snaga od snage toplotnog motora, a kada je potrebna veća snaga, onda električna mašina radi kao motor koristeći energiju iz akumulatora. Smisao uvođenja ovakve topologije HEV se može tražiti u činjenici da je instalisana snaga električnih mašina manja, čime je smanjena i težina vozila. Umesto posebnog motora i generatora ovde se koristi samo jedna mašina čija je snaga manja od snage vučnog motora kod serijskih vozila sličnih dimenzija.
Kod Prius-a (serijsko-paralelni eng. Dual mode) postoje i motor i generator, ali manjih snaga nego kod čisto serijske topologije. Prema potrebama vožnje moguće je da SUS motor pokreće samo generator ili da zajedno sa motorom pokreće točkove, a da generator miruje.
Masa HEV je izuzetno velika što za posledicu ima kako povećanje otpora vuče, tako i pogoršanje dinamičkih voznih karakteristika vozila i visoku cenu. Da bi se smanjila masa ovih vozila prvenstveno je potrebno povećati specifičnu snagu i energiju vučnih akumulatora, ali se ne sme zanemariti ni masa vučnih motora. Masa električnih mašina je posebno značajna kod serijskih HEV gde se koriste i motor i generator kao i toplotni motor.
Najvažnija svojstva generatora za HEV i pomoćnih motora za HEV su njihova velika efikasnost i mala težina. Samim tim su to uglavnom mašine za velike brzine. Osim ovih svojstava generatori i pomoćni motori ne bi trebalo da zahtevaju posebno održavanje. Serijski HEV su osmišljeni tako da pri kretanju vozila konstantnom nominalnom brzinom po putu čiji je nagib oko 3%, celokupnu snagu obezbeđuje toplotna mašina preko generatora i vučnog motora. Višak snage motora treba da obezbedi lagano dopunjavanje baterija. Generator će, dakle, imati snagu koja je nešto veća od snage potrebne za savladavanje stalnih otpora vuče.
Ciljevi koje treba postići pri projektovanju HEV su:
° Niska cena vozila
° Odgovarajuće performanse (ubrzanje, maksimalna brzina, domet itd),
° Ekonomičnost u eksploataciji (visoka efikasnost),
° Robusnost, pouzdanost i bezbednost (jeftino održavanje).
3. EKOLOGIJA I HEV
Druga fundamentalna prednost HEV nad vozilima sa SUS motorom je to što smanjuju upotrebu fosilnih goriva čije su rezerve ograničene.
4. TENDENCIJE RAZVOJA HEV-aVrtoglavi skok cene goriva hibridne automobile stavio je u centar dešavanja na 61. sajmu automobila u Frankfurtu. Ova godina je pokazala da se hibridna vozila nalaze na uzlaznoj putanji, pa su se čak i skeptici pridružili ovoj temi u vezi s proizvodnjom hibridnih električnih vozila. Zbog toga se mnogi svetski proizvođači automobila pitaju da li je popularnost vozila na električno-benzinski pogon samo deo marketinške kampanje ili nova tendecija u razvoju autoindustrije. U nastavku će biti predstavljene već pomenute tendencije nekih od glavnih svetskih proizvođača u oblasti HEV-a. 4.1 Toyota
Razvoj Tojotinog hibridnog vozila počinje 1993. godine kada je tadašnja američka administracija inicirala program PNGV (Partnerstvo za vozila sledeće generacije). Program je uključivao samo proizvođače iz SAD, pa se ”Tojota” sama upustila u razvoj hibridnog pogona. Dok je PNGV uglavnom kaskao u mestu, ”Tojota” je 1995. godine napravila prvi konceptni model na hibridni pogon. Ipak, to nije bilo ništa, jer je pravi šok za ostale usledio "tek" dve godine kasnije. Te 1997. godine pojavio se ”prius” prvi serijski automobil u svetu na hibridni pogon. ”Tojota” je prošle godine predstavila treću verziju "priusa" (drugi ”prius” predstavljen je 2003). Od svog debija u Japanu 1997. prodato je oko pola miliona vozila. Za 2007. godinu planira se povećanje prodaje u Evropi za 35 odsto. Pod haubom se nalazi, sada već višestruko nagrađivana kombinacija 1,5-litarskog benzinskog VVT-i motora snage 77 KS i elektromotora snage 68 KS. Do konačne snage se ne dolazi prostim sabiranjem, već određenim algoritmom, pa tako ”prius” ima 113 KS. Do 100 km na sat stiže za oko 10,5 sekundi, dok je maksimalna brzina ograničena na 180 km/h. Sa brzom vožnjom dolazi i veća potrošnja goriva. ”Prius” poseduje "inteligentni ključ", pa čim priđete automobilu, brave se same otključavaju, a u kabini se pali svetlo. Jedan pritisak na dugme pali automobil, iako nema nikakvih naznaka da se bilo koji pogonski deo uključio, jer do vozača ne dopire niti jedan jedini decibel bilo kakvog zvuka.
Kako funkcioniše prius?
Benzinski motor pokreće točkove neposredno i uz pomoć generatora i elektromotora. Suvišna snaga benzinskog motora preko generatora puni akumulator. Mere te raspodele se menjaju kako bi sistem osigurao najveću moguću delotvornost.
Benzinski motor pokreće točkove neposredno i uz pomoć generatora i elektromotora. Akumulator pod visokim naponom dovodi elektromotoru dodatnu energiju. Rezultat je vožnja bez trzavica i odlično ubrzanje.
Benzinski motor se gasi, elektromotor preuzima funkciju generatora koji kontroliše kočenje točkova. Regenerativni sistem kočenja pretvara kinetičku energiju vozila u električnu energiju kojom puni akumulator.
U slučaju da je nivo niži, automatski se pali benzinski motor koji ponovo puni akumulator (preko generatora). Kada automobil miruje, motor se automatski gasi. 5. Ubrzanje iz mirovanja i vožnja pri manjim brzinama U ovom slučaju benzinski motor miruje, a vozilo se pokreće isključivo uz pomoć elektromotora.
4.2 LexusGodinama u nazad, Lexus radi na razvoju vozila na hibridni pogon. I to nije ništa neobično, pogotovo ako se zna da je Lexus zapravo luksuzna marka Toyote. Nova luksuzna sportska limuzina Lexus GS 450h je deo konstantnog napretka na polju tehnologije hibridnog pogona. Model RX 400h, gde “h” označava hibrid, promovisan prošle godine, bio je prvi korak na putu Lexus Hybrid Drive. GS 450h predstavlja prvo hibridno vozilo sa agregatima napred i pogonom na zadnje točkove. Osnovu pogona ovog Lexusa predstavlja benzinski V6 motor od 3,5 litara. Njegova maksimalna snaga iznosi 218 kW (296 KS). "Power mod" za brzu vožnju
4.3 Peugeot
4.4 Geely
4.5 Kia
4.6 Honda
Hondin
prototip sportskog hibridnog vozila “FCX” poseduje najmoderniju
hibridnu tehnologiju.
4.7 Porsche
4.8 BMW i Daimler Chrysler kooperacija
Hibridni pogon na kome će se zajedno raditi, će biti namenjen limuzinama visoke klase, koje imaju pogon na zadnjoj osovini, što je jedan od razloga da ove dve firme sarađuju.
4.9 FordKoncept Airstream je Fordov hibridni pogon, koji je ubačen u model Edge. Radi se ustvari o kombinaciji elektromotora uparenog sa tehnologijom gorivnih ćelija na vodonik. Auto je predstavljen u Washingtonu i predstavlja prvi vozni automobil koji kombinuje gorive ćelije sa električnim baterijama i najnovijom plug-in tehnologijom koja omogućuje punjenje litijum-jonske baterije za oko 8 sati. U Fordu kažu da ovaj Edge može preći oko 40 km koristeći samo bateriju, a kada snaga baterije padne na 40% tada se uključuju gorive ćelije i pune bateriju za dodatnih 320 km s tim što je moguće, uz neke dodatne modifikacije, preći i do 640 dodatnih kilometara. Baterija pokreće električni motor koji omogućuje Edge-u maksimalnu brzinu od 135 km/h. Ford nije potvrdio serijsku proizvodnju ovog automobila, jer nedostatak crpnih stanica za vodonik i sama tehnologija koja nije nimalo jeftina, ne daju baš previše razloga za optimizam da će se ovakav ili sličan auto uskoro naći na putevima. 4.10 Mercedes
Ova hibridna M klasa će kombinovati naprednu hibridnu tehnologiju sa sada već poznatim mercedesovim dizelskim Bluetecom, tačnije s 3,2-litarskim V6 Bluetec dizelskim motorom. Ovaj 4X4 SUV će ispuštati oko 200 g/km CO2 te će mu se prosečna potrošnja kretati oko 7 l/100 km. Što ga svrstava rame uz rame sa novom S klasom tj. modelom S400 CDI.
4.11 Nissan
4.12 Chevrolet
4.13 Renault
Renault radi na upotrebi električne energije koja će ukloniti CO2 emisije dok je vozilo u pokretu. Ta se tehnologija razvija zajedno s Nissanom. Vozilo se očekuje 2010. godine.
Kao deo istraživanja koje izvodi zajedno s Nissanom, Renault proučava idealno rešenje za gradsku vožnju, a koje pri kretanju uopšte ne emituje CO2. Renault i Nissan zajedno rade na litij-ionskim akumulatorima, električnom motoru i softveru potrebnom za nadzor vozila. Takođe se radi na procesu vraćanja energije pri kočenju.
Prosečna potrošnja nekih hibridnih automobila
ZAKLJUČAK
Održavanje i eksploatacija HEV podrazumevaju obavljanje svih radnji koje su potrebne pri održavanju toplotnog motora (zamene ulja, remenja, svećica, filtera…), ali i održavanje akumulatora. Kada se ne bi posmatrale i ostale komponente vozila, HEV bi sa aspekta održavanja i eksploatacije bila vrlo nepovoljna. Međutim, HEV zahvaljujući mogućnosti rekuperativnog (motornog) kočenja značajno smanjuju opterećenje kočnica tako da se troškovi i aktivnosti u vezi sa njihovim održavanjem drastično smanjuju. Uzimajući u obzir i to da su same električne mašine koje se koriste za HEV izuzetno jednostavne i da se na njima troše jedino ležajevi, ukupan utisak je da su ova vozila neuporedivo povoljnija za održavanje od klasičnih. Sama vožnja se ne bi smela razlikovati od vožnje klasičnih vozila sa automatskim menjačem. Jedini dodatak bi mogao da bude uređaj za podešavanje intenziteta regenerativnog kočenja, slično kao kod autobusa i kamiona sa ugrađenim retarderima. Među ostalim kvalitetima koje pruža upotreba HEV vredelo bi istaći tihu vožnju i velike uštede u energiji/gorivu koje se ostvaruju njihovom primenom. Ekološki efekti su takođe značajni.
Bešuman rad, prednost ili mana? Smanjenje buke u gradu bi svakako bila prednost, ali tu je i druga strana medalje. Naime, hibridna vozila su do te mere bešumna da su nečujna čak i za pešake, što može uticati na njihovu bezbednost. Recimo, prema nekim predviđanjima, 2050. godine ulicama će prolaziti samo hibridni ili potpuno električni automobili, a prelazak na drugu stranu trotoara biće uslovljen vizuelnim osmatranjem, dok dobro uho neće mnogo biti od pomoći.
U budućnosti će hibridna i električna vozila sigurno igrati značajniju ulogu u autoindustriji. Najznačajniji svetski proizvođači još uvek kriju potencijal ove tehnologije, jer žele da i dalje eksploatišu postojeće rezerve nafte i drugih fosilnih goriva, kao i da do maksimuma iskoriste uložene milijarde dolara u razvoj SUS motora. Do tada će se hibridna vozila i dalje razvijati ali će obični korisnici dobijati priliku da uživaju „na kašičicu” u svim pogodnostima koje donosi ova tehnologije budućnosti.
LITERATURA
Revija SAT plus, specijalno izdanje „Salon automobila u Beogradu”, mart 2007.
Toyota „prius” – promotivni materijal, Sajam automobila, Beograd, 2007.
http://www.autogodine.hr
http://www.wikipedia.org
http://www.howstuffworks.com
http://www.vrelegume.co.yu
http://www.glas-javnosti.co.yu
http://www.toyota.co.yu |