Гибридный синергетический привод

Гибри́дный синергети́ческий при́вод (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD; произносится [ха́йбрид си́неджи драйв]) — технология силовой установки автомобиля, основанная на синергетическом эффекте, разработанная японской корпорацией «Toyota».
Гибридный автомобиль


Гибридный синергетический привод

Объединяет 5 основных компонентов:


  • бензиновый двигатель 1NZ-FXE (с изменяемыми фазами газораспределения, цикл Аткинсона, сжатие 13:1), соединён с коробкой планетарной передачей
  • электродвигатель (синхронный, постоянный магнит), соединён с короной
  • электрогенератор, соединён с солнцем
  • планетарная передача и электронный вариатор
  • аккумуляторная батарея (рассчитана на весь срок службы автомобиля) и инвертор (преобразует постоянный ток в переменный)

Комплекс управляется компьютером по концепции drive-by-wire (без прямого механического контакта)


Фазы работы синергетического привода


На скорости выше средней бензиновый двигатель передаёт часть энергии (через водило и корону планетарной передачи) непосредственно на передние колеса, оставшаяся часть (через водило и солнечную шестерню) идет на электрогенератор. От генератора часть тока ответвляется на подзарядку батареи, а часть возвращается (через инвертор 500 В) на тяговый электромотор, который вращает передние колеса через коронную шестерню.


При обгоне (максимальном ускорении) компьютер прекращает подзарядку батареи и направляет весь ток от генератора на электромотор. Кроме того, ток от батареи через инвертор также поступает на электромотор.


При торможении компьютер выключает бензиновый двигатель, а электродвигатель переключается в режим генерации тока и возвращает энергию в батарею (рекуперация).


На малой скорости (до 50 км/ч) автомобиль работает в режиме электромобиля, получая энергию только от батареи.


Фактически, силовая установка автомобиля разбита на два модуля — электрическая подсистема отвечает за работу на переходных и установившихся режимах, подсистема внутреннего сгорания — только за работу на установившихся режимах. Такой подход кардинально меняет требования к двигателю внутреннего сгорания и целевые функции конструкторов при разработке всей силовой установки автомобиля, а не только одной трансмиссии, как, например, в опытной разработке General Motors, DaimlerChrysler AG и BMW « Two-Mode», которая предназначена для гибридизации стандартных бензиновых или дизельных двигателей старых конструкций, разработанных без учета работы в составе гибридного агрегата.



Автомобильные новости про: гибридный синергетический привод, синергетический эффект, гибридизация, гибрид, современные автомобильные разработки, автомобильные технологии.






Автомобили на альтернативном топливе

Альтернативные виды топлива, гибридные автомобили
Современные автомобильные технологии


Автомобили на альтернативном топливе

Автомобили на альтернативном топливе - это такие авто, которые работают на любом топливе, кроме "традиционных" нефтяных видов топлива (бензин или дизельное топливо), а также если система питания двигателя не предполагает исключительно нефть (например, электрический автомобиль, гибридные электрические транспортные средства, на солнечных батареях). Из-за сочетания ряда факторов, таких, как экологические проблемы и высокие цены на нефть, развитие более чистых альтернативных видов топлива и передовых энергетических систем для транспортных средств стало важным приоритетом для правительств многих стран и производителей автомобилей по всему миру.


Гибридные электромобили, такие как Toyota Prius на самом деле не являются автомобилями на альтернативном топливе, но за счет использования современных технологий в электрической батарее и моторе/генераторе, они делают использование нефтяного топлива более эффективным. В дргих исследованиях и разработках альтернативных методов получения энергии сосредотачиваются на разработке полностью электрического и автомобиля на топливных элементах, а также энергии сжатого воздуха.


По состоянию на 2010 во всем мире использовалось около одного миллиарда транспортных средств. Для сравнения, по состоянию на середину 2011 года, по всему миру было продано 47 миллионов транспортных средств на альтернативном топливе и передовых технологиях. Среди них:

  • 25100000 flexible-fuel (по данным на июнь 2011 года): лидирует Бразилия с 14,3 млн., за ними США с почти 10 миллионами, Канада (600 000), и в Европа, с лидером Швецией (226 089).
  • 12700000 на природном газе (по данным на декабрь 2010 года): лидирует Пакистан с 2,7 млн., Иран (1,95 млн.), Аргентина (1,9 млн.), Бразилия (1,7 млн.) и Индия (1,1 млн.).
  • От 2,4 до 3,0 миллиона транспортных средств на этаноле до сих пор используется в Бразилии из 5,7 млн., произведенных с 1979 года.
  • Более чем 3,4 миллиона гибридных электрических транспортных средств, проданных к середине 2011 года: лидирует США с более чем 2,0 млн. единиц, далее Япония с более чем 1,1 млн. и Европе около 250 тысяч штук. Во всем мире Toyota Motor Company является лидером с 3,0 млн проданных гибридов до февраля 2011 года.
  • Меньше чем 100.000 plug-in электрических автомобилей, проданных к середине 2011 года, среди которых лидируют с низкой скоростью и местные электрических транспортных средств (NEVs) с более чем 45000 штук, проданных по глобальной Global Electric Motorcars (GEM); более чем 20000 электромобилей, среди которых лидирует Nissan Leaf с более чем 10 000 штук, проданных по всему миру к концу июля 2011 года, за ним Mitsubishi MiEV я с более чем 5000 штук, REVAi с более чем 4000 штук, Tesla Roadster с более чем 1500 штук, и Th!nk City с более чем 1000 штук; и около 4000 гибридов, во главе с Chevrolet Volt с более чем 3000 штук и BYD F3DM с почти 500 штук.


Автомобильные новости про: электромобиль,flexible-fuel, альтернативное топливо, природный газ.





Ионисторы (суперконденсаторы)

Ионистор (суперконденсатор, ультраконденсатор, англ. EDLC, Electric double-layer capacitor) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита.


Концепция суперконденсатора


Ионисторы (суперконденсаторы)

В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) крайне мала, запасённая ионистором энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода. Типичная ёмкость ионистора — несколько фарад, при номинальном напряжении 2—10 вольт.


История создания ионистора


Первый конденсатор с двойным слоем на пористых угольных электродах был запатентован в 1957 году фирмой General Electric. Так как точный механизм к тому моменту времени был не ясен, было предположено, что энергия запасается в порах на электродах, что и приводит к образованию «исключительно высокой способности накопления заряда». Чуть позже, в 1966 фирма Standard Oil of Ohio, Cleveland (SOHIO), USA запатентовала элемент, который сохранял энергию в двойном слое.


Столкнувшись с фактом небольшого объёма продаж, в 1971 году SOHIO передала лицензию фирме NEC, которой удалось удачно продвинуть продукт на рынке под именем «Supercapacitor» (Суперконденсатор). В 1978 году фирма Panasonic выпустила на рынок «Gold capacitor» («Gold Cap») «Золотой конденсатор», работающий на том же принципе. Эти конденсаторы имели относительно высокое внутреннее сопротивление, ограничивающее отдачу энергии, так что эти конденсаторы применялись только как накопительные батареи для SRAM.


Первые ионисторы с малым внутренним сопротивлением для применения в мощных схемах были разработаны фирмой PRI в 1982 году. На рынке эти ионисторы появились под именем «PRI Ultracapacitor».


Преимущества и недостатки суперконденсаторов


С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как преобразующий элемент, но и как источник напряжения. Широко применяются в качестве замены батареек для хранения информации о параметрах изделия при отсутствии внешнего питания. Такие элементы имеют как несколько преимуществ, так и недостатков над обычными химическими источниками тока — гальваническими элементами и аккумуляторами:


Преимущества суперконденсаторов


  • Высокие скорости зарядки и разрядки.
  • Простота зарядного устройства
  • Малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда/разряда
  • Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной ёмкости
  • Низкая токсичность материалов
  • Высокая эффективность (более 95 %)
  • Неполярность (хотя на ионисторах и указаны «+» и «−», это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе)

Недостатки суперконденсаторов


  • Удельная энергия меньше, чем у традиционных источников (5-12 Вт·ч/кг при 200 Вт·ч/кг для литий-ионных аккумуляторов)
  • Напряжение зависит от степени заряженности
  • Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд: порядка 1 мкА у ионистора 2 Ф × 2,5 В
  • Большое внутреннее сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (10...100 Ом у ионистора 1 Ф × 5,5 В)
  • Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании

Материалы для ионисторов


Электроды выполняют, как правило, путём использования пористых материалов, таких, как активированный уголь или вспененные металлы, вместо обычных изоляционных материалов. Общая площадь поверхности, даже в тонком слое такого материала во много раз больше, чем в традиционных материалах, таких как алюминий, что позволило хранить заряд в любом объеме. Уголь не является хорошим изолятором, поэтому ионистор можно использовать только при низких потенциалах, порядка 2÷3 В.


Плотность энергии


Плотность энергии ионисторов пока еще в несколько раз меньше возможностей аккумуляторов. Например, плотность энергии ионистора BCAP3000 3000Ф x 2.7В массой 0.51 кг составляет 21.4 кДж/кг. Это в 7.6 раз меньше плотности энергии свинцовых электролитических аккумуляторов, в 25 раз меньше литий-полимерных аккумуляторов, но в десятки раз больше плотности энергии электролитического конденсатора.


Плотность мощности ионистора зависит от внутреннего сопротивления. В последних моделях ионисторов внутреннее сопротивление достаточно мало, что позволяет получать мощность, сравнимую с аккумуляторной.


В 1997 году исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счёт использования плёночных полимеров в качестве диэлектрика. Электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок. У обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0,5 Вт·ч/кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.


В 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов, обладающий удельной энергоёмкостью до 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30—40 Вт·ч/кг).


В 2011 году корейские ученые под руководством профессора Чой Джунг Вук (Choi Jung-wook) разработали суперконденсатор, изготовленный с применением графена и азота, обеспечивающий удвоенную емкость по сравнению с традиционными источниками энергии того же класса. Улучшение электрических свойств элемента питания было достигнуто благодаря добавлению азота.


Области применения ионисторов


Транспортные средства


Ё-мобиль - проект автомобиля, разрабатываемый в России, использует суперконденсатор как основное средство для накопления электрической энергии. Сами эти конденсаторы пока не выпускаются серийно и разрабатываются параллельно с автомобилем.


Существуют проекты, объединяющие суперконденсатор и химический аккумулятор в едином блоке, что взаимно компенсирует недостатки тех и других. В результате получается накопитель с большим сроком службы, меньшей стоимостью и большим запасом энергии, чем при использовании обычных аккумуляторов.


Бытовая электроника


Альтернативные источники энергии


Перспективы развития суперконденсаторов


Срок службы ионисторов велик. Проводились исследования по определению максимального числа циклов заряд-разряд. После 100 000 циклов не наблюдалось ухудшения характеристик. Согласно недавним заявлениям сотрудников MIT, ионисторы могут в скором времени заменить обычные аккумуляторы. Кроме того, в 2009 году были проведены испытания аккумулятора на основе ионистора, в котором в пористый материал были введены наночастицы железа. Полученный двойной электрический слой пропускал электроны в два раза быстрее за счет создания туннельного эффекта. Группа учёных из Техасского университета в Остине разработала новый материал, представляющий собой пористый трёхмерный углерод. Полученный таким образом углерод обладал свойствами суперконденсатора. Обработка вышеописанного материала гидроксидом калия привела к созданию в углероде большого количества крохотных пор, которые в сочетании с электролитом смогли хранить в себе колоссальный электрический заряд.



Автомобильные новости про: ионисторы, суперконденсаторы, альтернативные источники энергии, аккумуляторы, гибридные автомобили, современные технологии.









Переход: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Перескок: 10