Лек хибриден електрически автомобил (MHEV) – компоненти (Continental)

В тази статия ще обясним електрическите и механичните параметри на основните компоненти на леко хибридно електрическо превозно средство (MHEV). Тази статия е фокусирана върху 48V MHEV компоненти, доставени от Continental

48V меки хибридни електрически системи за превозни средства са съставени само от няколко основни компонента:

• електрическа машина
• ACDC инвертор
• DCDC конвертор
• батерия

Добавянето на повече електрически компоненти към 48V електрическата мрежа позволява по-нататъшни подобрения по отношение на горивната ефективност и управляемостта на автомобила. В зависимост от приложението на автомобила, тези компоненти могат да бъдат електрифицирани и включени в 48V мрежата:

• помпа за двигателно масло
• вакуумна помпа на двигателя
• трансмисия маслена помпа
• водна помпа на двигателя
• А / С компресор
• компресор за входящ въздух
• нагреватели за охлаждаща течност на двигателя

По-високото напрежение на батерията и енергийният капацитет дава възможност за подобрени технологии за системите за последваща обработка на отработените газове. Един пример е:

• Електрически нагряван катализатор EMICAT® от Continental

Електрическа машина и инвертор

Понастоящем най-често срещаната лека хибридна топология е P0 архитектурата , в която електрическата машина е интегрирана в устройството за предно устройство (FEAD). В този случай електрическата машина заменя алтернатора по отношение на ролята и опаковката.

Интегрираният стартер генератор (BiSG или електронна машина) може да асинхронна или синхронна електрическа машина, която има две основни функции:

• осигуряват въртящ момент на силовия агрегат в моторен режим
• произвеждат електричество в режим на генератор

Например, BiSG може да осигури 4-6 kW номинална мощност и около 14-16 kW пикова мощност. Изходният въртящ момент може да бъде около 60 Nm, което може да достигне до 160 Nm в коляновия вал, когато се усилва от съотношението на ремъка на ремъка.

1. 1. ролка

   жилище

2. ротор
3. статор
4. вграден инвертор

Повечето от 48V стартерните генератори са трифазни електрически машини с променлив ток (АС) с интегриран инвертор . Инверторът има две роли:

• преобразувайте постоянния ток (DC), доставен от батерията в променлив ток, за да захранвате електрическата машина, когато е в моторен режим
• преобразувайте променливотока, генериран от електрическата машина (в режим на генератор), в постоянен ток, който може да се съхранява в батерията

По-долу са обобщени общите електрически и механични параметри на 48V колан стартер-генератор с интегриран инвертор:

• на инвертора и електрическата машина са интегрирани в една кутия (следователно няма никакви външни кабели между инвертор и е-машина)
• изходен въртящ момент: 60 Nm (до 160 Nm в коляновия вал)
• механична пикова мощност (налична за около 2 s): 14-16 kW
• механична непрекъсната мощност: 4-6 кВт
• максимална скорост (непрекъсната): 20000 об / мин
• водно охлаждане
• роторът може да бъде с нокътно-полюсен тип за синхронни електронни машини или мед / алуминий за асинхронни / индукционни електронни машини
• За сравнение, в случай на P1 лека хибридна архитектура , електронните машини трябва да са плоски, за да бъдат разположени между двигателя с вътрешно горене и трансмисията. За тези приложения, за да имат висока мощност на въртящия момент, е-машините трябва да имат висока плътност на мощността . Затова се използват постоянни магнитни синхронни електронни машини вместо индукционни асинхронни електронни машини.Електрически машини, монтирани на трансмисия, или P2 мека хибридна архитектура , могат да бъдат интегрирани в кутията на трансмисията или да бъдат монтирани настрани, задвижвани с колан.Предлаганият от Continental дизайн на задвижващия колан е много компактен и улеснява интеграцията в ограниченото пространство между двигателя с вътрешно горене и трансмисията. Основното предимство на тази конфигурация е, че двигателят може да се отдели от електрическата машина, което подобрява възстановяването на електрическата енергия (без загуби на двигателя). Освен това, ако се реализира изключване на двигателя / плаване с двигател, електрическата машина може да осигури ограничено количество въртящ момент, както и да възстанови електрическата енергия по време на спиране.
  

  Изображение: 48V P2 хибриден модул

  Изображение: 48V система за задвижване с ремък

  1. 48V електрическа машина
  2. разединителен обтегач
  3. ремъчна шайба
  4. колан
  5. А / С компресор

  Ако охлаждането на P2 e-машините се извършва чрез трансмисионно масло, типът на ротора трябва да бъде без четка, или постоянен магнит, или индукция. В случай на опаковъчни ограничения (ограничено пространство), се предпочита машина с постоянен магнит (по-голяма плътност на въртящия момент) вместо индукционна машина.

  DCDC конвертор

  48V леко хибридно електрическо превозно средство има две електрически мрежи: мрежа с ниско напрежение (12 V) и мрежа с високо напрежение (48 V). Електрическата енергия може да се произвежда само от електронната машина 48V, следователно се нуждаем от DCDC конвертор, за да прехвърляме енергия от 48V системата към 12V системата.

  

  Изображение: 48V DCDC конвертор

  DCDC преобразувател може да работи в бук режим (стъпка надолу), когато преобразува от високо напрежение в ниско напрежение (48 V до 12 V) или усилващ режим (стъпка нагоре), при преобразуване от ниско напрежение във високо напрежение (12 V до 48 V). В MHEV приложенията през повечето време DCDC се работи в режим на връзки, но те са в състояние да изпълняват и двата режима.

  Параметрите на типичен DCDC конвертор, използван за автомобилни приложения, са обобщени по-долу:

  • непрекъсната мощност в ел. режим: до 3 кВт
  • непрекъснат ток: 215 A (бук-режим), 58 A (усилващ режим)
  • ефективност: по-висока от 95%
  • входно напрежение (бук-режим): 24 – 54 V
  • изходно напрежение (бук-режим): 6 – 16 V

  • Електрически компресор (e-Compressor)

    Двигателите с турбокомпресор имат т. Нар. „Турбо изоставане“, което всъщност представлява забавяне на ускорението на автомобила от момента, в който шофьорът влезе в педала на газта. Това се случва поради инерцията на входящите / изгорелите газове и ротора на компресора.

    48V мрежа дава възможност за използване на електрически компресори, които имат по-бързо време за реакция от конвенционалните турбокомпресори. Continental произвежда електрически задвижван радиален компресор за автомобилни приложения, подходящ за 48V меки хибридни архитектури.

    

    Изображение: 48V e-Compressor

    Електронният компресор подобрява общата преходна реакция на въртящия момент на двигателя и характеристиката на ниския клас на въртящия момент , което позволява по-нататъшно намаляване на двигателя за леко хибридно приложение.

    Основните характеристики на 48V e-компресора, доставен от Continental, са обобщени по-долу:

    • електрически двигател: постоянен магнит синхронен
    • захранващо напрежение: 48 V
    • върхова мощност на вала: 5 kW
    • максимална скорост: 70000 об / мин
    • време за реакция t ₉₀ : по-малко от 0,25 s (t ₉₀ представлява времето за достигане на 90% от целевата скорост)
    • с водно охлаждане
    • интегрирана електроника с CAN интерфейс
    • система за високоскоростен лагер
    • специфичен за приложение дизайн на компресора (може да бъде персонализиран за различни спецификации на двигателя)

    • Електрически нагреваем катализатор EMICAT®

      Двигателите с вътрешно горене изискват системите за последваща обработка да могат да отговарят на стандартите за емисии на отработени газове (Euro 6, SULEV и др.). Каталитичните конвертори се използват широко в системите за последващо третиране на ICE. Един от недостатъците на каталитичния конвертор е, че те трябва да достигнат висока температура, за да могат да работят ефективно.

      На трипътния каталитичен преобразувател, използван за двигатели с запалване с искри (бензинови), температурата на изключване на светлината (стойността, от която те започват да работят) е около 300 ° C. Най-ефективният коефициент на конверсия се получава при номиналната температура, която е между 400 – 800 ° C.

      За да се намали максимално количеството на емисиите, катализаторът трябва да достигне възможно най-бързо температурата на изключване на светлината. Хибридните превозни средства влошават тази ситуация, тъй като ситуациите със спиране на двигателя се появяват по-често по време на спиране и стартиране или излитане при изключен двигател.

      Електрически нагретият катализатор EMICAT®, доставен от Continental, решава този проблем чрез нагряване на каталитичния конвертор за много кратко време. Тази технология позволява многократни и продължителни фази на изключване на двигателя, като същевременно се намалява количеството вредни емисии (чрез достигане на температурата на светлината на изключване на катализатора за по-кратко време). Той може да бъде интегриран в системи за последващо третиране на бензинови и дизелови леки автомобили, както и в приложения за тежко натоварване, включително високо ефективен катализатор за поддръжка.

      Основните характеристики на системите EMICAT® са:

      • работно напрежение: 12 V или 24 V или 48 V
      • номинална мощност за 12 V: 0,3 – 3,6 kW
      • мощност за 24 V: 1 – 4 kW
      • мощност за 48 V: 2 – 4 kW
      • диаметър (в зависимост от приложението на автомобила): 50 – 342 мм

      

      Изображение: EMICAT изпълнение
      На изображението по-горе можете да видите температурния отговор и намаляването на емисиите на въглеводороди (НС), функция на мощността на нагрятия катализатор, в сравнение с неотопляем катализатор. Най-добрите постижения се получават за електрическа мощност от 3 кВт, които са подходящи за електрически мрежи 48V (леки хибридни превозни средства).

      Електрически нагрят катализатор носи няколко ползи в системата за последваща обработка, като:

      • по-бързо достигане на светлината на катализатора
      • намалено охлаждане на катализатора по време на фази без натоварване или двигател
      • потенциал за намаляване на благородните метали (намаляване на разходите)
      • допълнителна енергия, добавена към ауспуха, подобрява изпаряването на течностите
      • подобрен нискотемпературен SCR (селективно каталитично намаляване)
      • интелигентно активиране за по-ниска мощност на отопление
      • използване на енергия за възстановяване без междинно съхранение (без придвижване през батерията)