2009 cuprins tehnica securitatii muncii. Norme de protectia muncii si prim ajutor in tractiunea electrica L2

7.7. Criterii de clasificare ale vehiculelor electrice hibride
Cu toate că există o diversitate de soluţii constructive a vehiculelor electrice hibride concretizate într-o serie de prototipuri sau de produse de serie comercializate cu succes, o clasificare generală a acestora se poate face, fie după modul de interconectare a celor două dispozitive de propulsie în cadrul liniei de tracţiune, fie după legătura dintre cele două surse de energie de la bord.

După modul de interconectare a celor două sau mai multe motoare în linia propulsoare, vehiculele electrice hibride se clasifică constructiv în trei categorii:

1. vehiculul electric hibrid serie (VEHS), în care propulsia este asigurată de un singur convertor de energie, de regulă cel alimentat prin energie electrică;

2. vehiculul electric paralel (VEHP) în care energia pentru propulsie este furnizată de două sau mai multe convertoare de energie, una primară (energie rezultată din arderea combustibililor fosili), respectiv una secundară sau auxiliară ( de regulă, energie electrică);

3. vehiculul electric hibrid mixt (în configuraţie serie/paralel VEHSP) care, aşa cum sugerează şi denumirea, este o combinaţie a celor două configuraţii anterioare.
După interdependenţa dintre sursele de energie aflate la bord, vehiculele electrice hibride se pot clasifica în:

1. 
   cele cu autonomie de funcţionare extinsă utilizând energia electrică ca sursă primară pentru propulsie(Range-extender), RE
   
2. 
   cele cu propulsia asigurată în principal de arderea combustibililor convenţionali şi susţinută electric de la o sursă auxiliară de energie electrică (Power-Assist), PA
   

În categoria RE intră în principal vehiculele electrice hibride pentru care sursa primară de propulsie este sursa de energie electrică, pentru aceasta fiind necesare baterii de mare capacitate şi gabarit, cu posibilitate de încărcare de la reţeaua locală de tensiune alternativă. Vehiculele hibride de tip RE funcţionează în cea mai mare parte a timpului în mod ZEV (Zero-Emission-Vehicle). Energia pe bază de combustibil (benzină, motorină, metanol), se foloseşte pentru a extinde domeniul de autonomie al vehiculului prin refacerea stării de încarcare a bateriei, SOC, cu ajutorul unui convertor de energie( generator, alternator). Motorul cu ardere internă este de putere redusă, 5-20[Kw], suficient să propulseze vehiculul într-un trafic lejer la turaţie redusă, atunci când bateria este aproape de limita de descărcare pâna la o reţea electrică de reîncărcare. Există şi posibilitatea opririi vehiculului şi utilizarea motorului cu ardere internă ca sursă la bord pentru reincărcarea bateriei. În configuraţia RE, motorul cu ardere internă împreună cu generatorul electric formează aşa numita sursă auxiliară de putere. Deşi nu se consideră sursa de înmagazinare a energiei electrice, caracteristicile respective sunt specifice unei configuraţii hibride serie cu transmisie electrica.

Vehiculul electric hibrid din categoria PA utilizează combustibilul convenţional ca sursă primară de energie utilizată în propulsie. Energia electrică este destinată să preia vârfurile şi să niveleze fluctuaţiile ce rezultă în timpul propulsiei prin energia obținută din arderea combustibilului din rezervor. De regulă, un vehicul electric hibrid din această categorie este un vehicul convenţional propulsat printr-un motor cu ardere internă care foloseşte însă o linie propulsoare hibridă tocmai pentru a eficientiza utilizarea şi distribuţia energiei. Caracteristicile respective sunt specifice configuraţiei hibride de tip paralel.

Testele practice au demonstrat că vehiculele proiectate astfel încât motorul cu ardere internă să poată prelua componenta continuă de putere, iar motorul electric să furnizeze diferenţa dintre vârfurile de putere şi puterea motorului cu ardere internă ramâne varianta cea mai performantă de autovehicul ca eficienţă şi funcţionare.

O altă clasificare a vehiculelor electrice hibride privită tot prin prisma schimburilor energetice se referă la posibilitaţile de refacere la bord a stării de încărcare a bateriei raportată la o anumită autonomie de funcţionare sau la un anumit test de deplasare standardizat. În conformitate cu acest criteriu, vehiculele hibride se pot clasifica intr-una din următoarele două clase:

1. cu refacerea şi menţinerea stării de încărcare –CS, (Charge Sustaining). În acest caz un vehicul electric hibrid este astfel proiectat încât să fie capabil sa-şi menţină starea de încărcare corespunzătoare, în aproape toate condiţiile de funcţionare. Acesta este de altfel şi obiectivul primordial al strategiei de control pentru un astfel de sistem hibrid. Strategia CS asigură menţinerea stării de încărcare între două limite prestabilite, inferioară şi superioară. Pentru a asigura o funcţionare eficientă a bateriei şi a preveni descărcarea accentuată sau chiar deteriorarea bateriei, limita inferioară se alege de regulă nu mai mica de 55% din starea maxima de încărcare, iar limita superioară aproximativ 60-70% din valoarea maximă. De îndată ce limita minimă de încărcare a bateriei este atinsă, sistemul de control comută în starea de încărcare, în care o parte din puterea motorului cu ardere internă este utilizata pentru acţionarea generatorului. După atingerea pragului superior de încărcare, sistemul de control comută din nou în regimul de partajare a cuplului. Referinţa la această categorie işi are sens doar raportată la un anumit traseu de parcurs, de regulă un ciclu de testare standardizat;

2. cu descărcarea continuă a bateriei, CD, (Charge Depletion). În condiţiile normale de lucru, nefiind posibilă menţinerea stării de încărcare, propulsia vehiculului electric hibrid generează o “golire”, o epuizare progresivă a bateriei, astfel încât, atunci când starea de încărcare scade sub o anumită limită, reîncărcarea bateriei devine obligatorie. Reîncărcarea bateriei se poate face fie de la reţea, fie regenerativ din decelerari și frânări, fie prin sursa auxiliară de energie aflată la bord (APU-Auxiliary Power Unit). O menţinere a stării de încărcare a bateriei la bordul unui astfel de vehicul nu ar fi un proiect practic (ca preţ, ca gabarit, etc.).

Şi în acest caz trebuie facută o precizare: există moduri de funcţionare de tip CS sau CD, respectiv arhitecturi hibride de tip CS sau CD, dar utilizarea acestor termeni trebuie facută cu prudenţă. Se poate astfel afirma că modul de funcţionare fără poluare, ZEV, este un mod de descărcare continuă a bateriei.

Modurile de funcţionare ale vehiculelor electrice hibride sunt elemente ale strategiei de gestionare a resurselor energetice de la bord. Dupa cum s-a aratat anterior, un vehicul electric hibrid poate dispune de un anumit set de moduri de funcţionare, de exemplu: cel specific vehiculelor propulsate clasic prin motor cu ardere internă, cel specific vehiculelor electrice având emisii nule, (ZEV), cu refacerea continuă a stării de incărcare de tip CS, cu reducerea continuă a incărcării bateriei de tip CD, cu recuperarea energiei cinetice (frână recuperativă), sau cu un consum redus de putere, precum si multe altele.

Din punct de vedere constructiv însă, un vehicul electric hibrid poate fi de tip CS sau CD. Astfel, vehiculul electric hibrid cu posibilităţi de refacere “on-line” a încărcării bateriei, adică de tip CS, poate funcţiona în modul CD cu descărcare continuă a bateriei. Tranziţia dintre modul CS şi modul CD va depinde doar de necesitatile energetice specifice unui anumit ciclu de parcurs şi de posibilităţile specifice ale componentelor electrice de generare şi consum al sarcinii aflate la bord. Important este faptul că pe ansamblu, bateria nu se va descărca sub limita bunei funcţionări, indiferent de regimul de funcţionare.

Totuşi, un vehicul electric hibrid proiectat ca CD (de exemplu de tip ZEV) nu poate funcţiona oricând cu refacerea stării de incărcare a bateriei, decât numai în situaţiile în care solicitările energetice ale propulsiei sunt reduse.

Propulsiile hibride pot fi clasificate şi după alte criterii, mai puţin importante printre care se pot aminti cele legate de tipul motorului cu ardere internă utilizat, respectiv după localizarea celor două motoare, motorul cu ardere internă şi motorul electric în raport cu transmisia finală. Ultimul caz se referă de fapt la plasarea motorului electric, fie de aceeaşi parte cu motorul cu ardere internă ca intrare în transmisia finală, fie după transmisie, aceasta din urmă acţionând efectiv doar asupra motorului cu ardere internă. Deoarece configuraţiile respective sunt specifice strict modului hibrid paralel, ele vor fi tratate in paragraful ce descrie arhitectura respectivă.

Toyota Prius


Bibliografie
- O.Popovici, D.Popovici, -Tractiune electrica, Ed Mediamira, Cluj Napoca,

2009

- www.ovidiupopovici.ro

- A, Radoi – Electromobilul, Ed Tehnica Bucuresti, 1981