Analiza klasyfikacji pojazdów elektrycznych
i Charakterystyki Techniczne
Pojazdy elektryczne to pojazdy zasilane akumulatorami lub innymi odnawialnymi źródłami energii, w przeciwieństwie do tradycyjnych pojazdów z silnikiem spalinowym, które w celu zapewnienia zasilania wykorzystują ogniwa paliwowe lub silniki elektryczne. Zgodnie z aktualnym stanem technicznym i zasadami prowadzenia pojazdów, pojazdy elektryczne można podzielić na trzy typy: pojazdy czysto elektryczne (BEV), pojazdy elektryczne zasilane ogniwami paliwowymi oraz pojazdy hybrydowe (HEV).
1. Pojazd elektryczny akumulatorowy (BEV)
Pojazdy czysto elektryczne mają zalety zerowej emisji, niski poziom hałasu, prostą konstrukcję i dojrzałą technologię. Są to pojazdy całkowicie zasilane akumulatorami i napędzane silnikami. Energia napędowa silników pojazdów pochodzi z pokładowych akumulatorów lub innych urządzeń magazynujących energię (w tym akumulatorów zasilających). , superkondensator, akumulator koła zamachowego itp.).
Energia pojazdów obecnie wykorzystuje głównie akumulatory energetyczne, w tym akumulatory kwasowo-ołowiowe, akumulatory niklowo-wodorowe, akumulatory niklowo-miedziane, akumulatory sodowo-siarkowe, akumulatory karpiowo-jonowe, akumulatory cynkowo-powietrzne itp.
(1) Zasada i skład układu pojazdu czysto elektrycznego
Pojazdy zasilane wyłącznie energią elektryczną są zazwyczaj napędzane silnikami. Energia elektryczna napędzająca silniki elektryczne pochodzi z pokładowych akumulatorów lub innych urządzeń magazynujących energię. Energia pokładowa dostarcza energię elektryczną do silnika napędowego poprzez urządzenie przetwarzające moc (sterownik silnika) i napędza go do pracy. Silnik napędowy napędzany jest przez przekładnię. Koła obracają się, aby poruszać samochodem.
Pojazdy czysto elektryczne składają się głównie z układu zasilania, elektrycznego układu napędowego, układu pomocniczego, nadwozia i podwozia.
(2) Rodzaje pojazdów czysto elektrycznych
Jako źródło zasilania pojazdu wykorzystywany jest pojedynczy akumulator: energia właściwa i moc właściwa akumulatora są niskie, a waga i objętość zestawu akumulatorów są duże.
Instalowanie pomocniczego źródła zasilania: Zainstalowanie pomocniczego źródła zasilania (superkondensatora, agregatu prądotwórczego, energii słonecznej itp.) w pojeździe wyłącznie elektrycznym może poprawić wydajność rozruchu pojazdu wyłącznie elektrycznego i zwiększyć zasięg jazdy.
(3) Zasada działania pojazdów czysto elektrycznych
Pojazdy zasilane wyłącznie energią elektryczną wykorzystują energię akumulatora do napędzania silnika elektrycznego w celu poruszania kołami do przodu. Droga przepływu energii to: akumulator → regulator mocy → silnik elektryczny → układ przeniesienia napędu → koło napędowe. Wśród nich akumulator zapewnia prąd, który po przejściu przez regulator mocy jest przekazywany do silnika elektrycznego. Silnik elektryczny zapewnia moment obrotowy, który napędza koła przez urządzenie transmisyjne, realizując prowadzenie pojazdu.
2. Pojazd elektryczny zasilany ogniwami paliwowymi (FCEV)
W porównaniu z tradycyjnymi pojazdami elektrycznymi proces reakcji chemicznej ogniw paliwowych nie wytwarza szkodliwych produktów i ma zalety w postaci wysokiej wydajności, braku zanieczyszczeń, zerowej emisji i braku hałasu. Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi zwykle wykorzystują wodór, metanol itp. jako paliwo i wytwarzają energię elektryczną w wyniku reakcji chemicznych w celu napędzania silnika. Energia mechaniczna wytwarzana przez silnik przekazywana jest na koła napędowe poprzez przekładnię o zmiennej prędkości, napędzając w ten sposób pojazd.
(1) Podstawowa struktura pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi
Pojazd napędzany ogniwami paliwowymi (hybryda wodorowo-elektryczna) składa się ze stosu ogniw paliwowych, elektrycznego silnika trakcyjnego, DCDC, układu termicznego (chłodzenie), zestawu akumulatorów i portu uwodornienia. Składa się z podsystemów, takich jak wlew paliwa, zbiornik paliwa (wodor), skrzynia biegów, elektroniczny sterownik mocy i akumulator pomocniczy.
Pojazdy elektryczne zasilane ogniwami paliwowymi i zwykłe pojazdy elektryczne mają zasadniczo tę samą strukturę napędu elektrycznego. Pojazdy zasilane ogniwami paliwowymi składają się z czterech podstawowych modułów: układu zasilania, podwozia, układu elektroniki samochodowej i nadwozia. Układ zasilania dostarcza energię do pojazdu za pośrednictwem układu ogniw paliwowych i silnika elektrycznego.
Według różnych form napędu można go podzielić na napęd z czystymi ogniwami paliwowymi i napęd hybrydowy;
W zależności od różnych źródeł energii można ją podzielić na dwa typy: czysty wodór montowany w pojazdach i reforming paliwa;
W zależności od proporcji mocy dostarczanej przez ogniwo paliwowe do całkowitego zapotrzebowania na moc pojazdu, można je podzielić na dwa typy: hybryda energetyczna i hybryda mocy.
(2) Zasada działania pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi
Serce pojazdu napędzanego ogniwami paliwowymi, stos ogniw paliwowych, stanowi pojemnik przyspieszający reakcję elektrochemiczną wodoru i tlenu, przekształcając energię uwolnioną w reakcji chemicznej wodoru i tlenu w energię elektryczną. W pojeździe napędzanym ogniwami paliwowymi stos ogniw paliwowych i akumulator współpracują, dostarczając energię do silnika, który z kolei dostarcza energię do pojazdu i napędza pojazd. Dla akumulatora jest to samo źródło energii. W przypadku stosu ogniw paliwowych źródłem energii jest wodór, a obecnie powszechną metodą magazynowania jest stosowanie wysokociśnieniowych zbiorników do przechowywania wodoru.
(3) Pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi pokonują trudności
Katalizator: Ogniwa paliwowe muszą wykorzystywać katalizatory reakcyjne do wytwarzania energii elektrycznej, a rzadka metaliczna platyna, z której składa się katalizator, jest droga i ma ograniczone zasoby. Dlatego rozwój nowych katalizatorów jest kluczem do bezpośredniego wpływu na rozwój pojazdów elektrycznych zasilanych ogniwami paliwowymi.
Źródło i magazynowanie paliwa: Wodorowe ogniwa paliwowe wymagają wodoru. Sam wodór nie ma wsparcia dla łańcucha przemysłowego. Produkcja, transport, przechowywanie i tankowanie są niezwykle niewygodne, kosztowne i niebezpieczne. W porównaniu z pojazdami napędzanymi paliwem i pojazdami elektrycznymi, samochody, pojazdy napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi są mniej zaawansowane.
3. Hybrydowy pojazd elektryczny (HEV)
Zgodnie z zaleceniami Komitetu Technicznego ds. Pojazdów Elektrycznych działającej w ramach Międzynarodowej Komisji ds. Systemów Elektromechanicznych, hybrydowe pojazdy elektryczne to pojazdy, które wykorzystują jako energię napędową dwa lub więcej źródeł energii lub konwerterów z akumulatorów, z których co najmniej dwa mogą dostarczać energię elektryczną. Nazywany hybrydowym pojazdem elektrycznym. Zwykle modele łączące silnik spalinowy i moc akumulatora nazywane są hybrydowymi pojazdami elektrycznymi, czyli modelami wykorzystującymi tradycyjne paliwo z silnikiem elektrycznym i generatorem, a silnik elektryczny służy jako pomocnicza moc silnika w celu poprawy niskiej prędkości moc wyjściową i zużycie paliwa.
W zależności od tego, czy pojazd wymaga do ładowania zewnętrznej wtyczki do ładowania, hybrydowe pojazdy elektryczne można podzielić na pojazdy hybrydowe typu plug-in i pojazdy hybrydowe bez wtyczki. Hybrydowe pojazdy elektryczne można podzielić na pojazdy szeregowe, równoległe, hybrydowe i hybrydowe ze względu na charakterystykę strukturalną systemu elektroenergetycznego.
(1) Szeregowy hybrydowy pojazd elektryczny (SHEV)
Energia mechaniczna wytwarzana przez szeregowy silnik hybrydowego pojazdu elektrycznego (SHEV) jest najpierw przekształcana w energię elektryczną za pośrednictwem generatora. Część przetworzonej energii elektrycznej wykorzystywana jest do ładowania akumulatora, a druga część służy do napędzania kół poprzez silnik napędowy i przekładnię.
Budowa pojazdu hybrydowego szeregowego jest prosta, a jego układ napędowy składa się z trzech podjednostek mocy: silnika, prądnicy i silnika elektrycznego.
Zasada działania szeregowego pojazdu hybrydowego: silnik napędza generator w celu wytworzenia energii elektrycznej, a energia elektryczna jest przekazywana do akumulatora lub silnika elektrycznego za pośrednictwem sterownika, a silnik elektryczny napędza pojazd poprzez mechanizm przekładni. Gdy obciążenie jest małe, silnik elektryczny napędza koła; gdy obciążenie jest duże, silnik napędza generator, który wytwarza energię elektryczną i napędza silnik.
(2) Równolegle hybrydowy pojazd elektryczny (PHEV)
Do napędu kół wykorzystuje się zarówno silnik hybrydowego pojazdu hybrydowego (PHEV), jak i silnik elektryczny, a ich moc przekazywana jest na koła równolegle. Pojazd wybiera te dwie moce wyjściowe w zależności od aktualnych warunków pracy.
Silnik spalinowy i silnik elektryczny zwykle napędzają koła za pośrednictwem różnych sprzęgieł i dostępne są trzy tryby pracy: sam silnik, sam elektryczny układ napędowy oraz napęd hybrydowy silnik + elektryczny układ napędowy. Gdy moc dostarczana przez silnik jest większa niż moc napędowa wymagana przez pojazd lub gdy pojazd hamuje, elektryczny układ napędowy pracuje w stanie generatora, ładując akumulator.
Silnik pojazdu hybrydowego równoległego może bezpośrednio napędzać koła poprzez mechanizm przekładniowy, który jest bliższy tradycyjnemu układowi napędowemu pojazdu. Utrata wydajności mechanicznej jest podobna do tej w zwykłych pojazdach i jest szeroko stosowana.
(3) Szeregowo-równoległy hybrydowy pojazd elektryczny (SPHEV)
Hybrydowy (szeregowo-równoległy) hybrydowy pojazd elektryczny (SPHEV) łączy w sobie szeregowy układ hybrydowy i równoległy układ hybrydowy, mając na celu maksymalizację zalet obu systemów i dodanie mocy mechanicznej w porównaniu z trasą przekładni szeregowej; w porównaniu z typem równoległym zwiększa się droga przesyłu energii elektrycznej.
Układ hybrydowy ma dwa silniki elektryczne. W zależności od warunków jazdy silnik elektryczny może być napędzany samodzielnie lub silnik elektryczny + silnik mogą być napędzane łącznie. Co więcej, w razie potrzeby system może również generować energię elektryczną za pośrednictwem generatora podczas napędzania kół.