Ανάλυση Ταξινόμησης Ηλεκτρικών Οχημάτων
και Τεχνικά Χαρακτηριστικά
Τα ηλεκτρικά οχήματα είναι οχήματα που τροφοδοτούνται από μπαταρίες ή άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης, τα οποία βασίζονται σε κυψέλες καυσίμου ή ηλεκτρικούς κινητήρες για την παροχή ισχύος. Σύμφωνα με την τρέχουσα τεχνική κατάσταση και τις αρχές οδήγησης οχημάτων, τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να χωριστούν σε τρεις τύπους: αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα (BEV), ηλεκτρικά οχήματα κυψελών καυσίμου και υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (HEV).
1. Ηλεκτρικό όχημα με μπαταρία (BEV)
Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα έχουν τα πλεονεκτήματα των μηδενικών εκπομπών ρύπων, του χαμηλού θορύβου, της απλής δομής και της ώριμης τεχνολογίας. Είναι οχήματα που τροφοδοτούνται πλήρως από μπαταρίες και κινούνται από κινητήρες. Η κινητήρια ενέργεια των κινητήρων του οχήματος προέρχεται από εποχούμενες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ή άλλες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας (συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών ισχύος). , υπερπυκνωτής, μπαταρία σφονδύλου κ.λπ.).
Η ενέργεια των οχημάτων χρησιμοποιεί επί του παρόντος κυρίως μπαταρίες ισχύος, συμπεριλαμβανομένων μπαταριών μολύβδου-οξέος, μπαταρίες νικελίου-υδρογόνου, μπαταρίες νικελίου-χαλκού, μπαταρίες νατρίου-θείου, μπαταρίες ιόντων κυπρίνου, μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα κ.λπ.
(1) Αρχή και σύνθεση του αμιγώς ηλεκτρικού συστήματος οχημάτων
Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα οδηγούνται γενικά από κινητήρες. Η κινητήρια ηλεκτρική ενέργεια των ηλεκτρικών κινητήρων προέρχεται από τις ενσωματωμένες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ή άλλες συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Η ενσωματωμένη ενέργεια παρέχει ηλεκτρική ενέργεια στον κινητήριο κινητήρα μέσω της συσκευής μετατροπής ισχύος (ελεγκτής κινητήρα) και τον οδηγεί στη λειτουργία. Ο κινητήρας οδήγησης κινείται από τη συσκευή μετάδοσης. Οι τροχοί περιστρέφονται για να κινήσουν το αυτοκίνητο.
Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα αποτελούνται κυρίως από σύστημα τροφοδοσίας, σύστημα ηλεκτρικής κίνησης, βοηθητικό σύστημα, αμάξωμα και πλαίσιο.
(2) Τύποι αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων
Μια μεμονωμένη μπαταρία χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας του οχήματος: η συγκεκριμένη ενέργεια και η ειδική ισχύς της μπαταρίας είναι χαμηλή και το βάρος και ο όγκος της μπαταρίας είναι μεγάλα.
Εγκατάσταση βοηθητικής πηγής ισχύος: Η εγκατάσταση μιας βοηθητικής πηγής ισχύος (υπερπυκνωτής, σετ γεννήτριας, ηλιακή ενέργεια κ.λπ.) σε αμιγώς ηλεκτρικό όχημα μπορεί να βελτιώσει την απόδοση εκκίνησης του αμιγώς ηλεκτρικού οχήματος και να αυξήσει την αυτονομία οδήγησης.
(3) Αρχή λειτουργίας αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων
Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιούν την ενέργεια της μπαταρίας για να οδηγήσουν τον ηλεκτροκινητήρα για να μετακινήσουν τους τροχούς προς τα εμπρός. Η διαδρομή ροής ενέργειας είναι: μπαταρία → ρυθμιστής ισχύος → ηλεκτροκινητήρας → σύστημα μετάδοσης ισχύος → κινητήριος τροχός. Μεταξύ αυτών, η μπαταρία παρέχει ρεύμα, το οποίο εξέρχεται στον ηλεκτροκινητήρα αφού περάσει από τον ρυθμιστή ισχύος. Ο ηλεκτροκινητήρας παρέχει ροπή, η οποία οδηγεί τους τροχούς μέσω της συσκευής μετάδοσης για να πραγματοποιήσει την οδήγηση του οχήματος.
2. Ηλεκτρικό όχημα κυψελών καυσίμου (FCEV)
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ηλεκτρικά οχήματα, η διαδικασία χημικής αντίδρασης των κυψελών καυσίμου δεν παράγει επιβλαβή προϊόντα και έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης, της μη ρύπανσης, των μηδενικών εκπομπών και του θορύβου. Τα οχήματα με κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούν συνήθως υδρογόνο, μεθανόλη κ.λπ. ως καύσιμο και παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω χημικών αντιδράσεων για την κίνηση του κινητήρα. Η μηχανική ενέργεια που παράγεται από τον κινητήρα μεταδίδεται στους κινητήριους τροχούς μέσω μιας διάταξης μετάδοσης μεταβλητής ταχύτητας, οδηγώντας έτσι το όχημα.
(1) Βασική δομή οχημάτων κυψελών καυσίμου
Ένα όχημα κυψελών καυσίμου (υβριδικό υδρογόνο-ηλεκτρικό) αποτελείται από μια στοίβα κυψελών καυσίμου, έναν ηλεκτρικό κινητήρα έλξης, ένα DCDC, ένα θερμικό σύστημα (ψύξη), ένα πακέτο μπαταριών και μια θύρα υδρογόνωσης. Αποτελείται από υποσυστήματα όπως Fuel Filler, FuelTank (υδρογόνο), Transmission, Power Electronic Controller και Auxiliary Battery.
Τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου και τα συνηθισμένα ηλεκτρικά οχήματα έχουν βασικά την ίδια ηλεκτρική δομή κίνησης. Τα οχήματα κυψελών καυσίμου αποτελούνται από τέσσερις βασικές ενότητες: σύστημα ισχύος, πλαίσιο, ηλεκτρονικό σύστημα αυτοκινήτου και αμάξωμα. Το σύστημα ισχύος παρέχει ισχύ στο όχημα μέσω του συστήματος κυψελών καυσίμου και του ηλεκτροκινητήρα.
Σύμφωνα με διαφορετικές μορφές κίνησης, μπορεί να χωριστεί σε κίνηση καθαρής κυψέλης καυσίμου και υβριδική κίνηση.
Ανάλογα με τις διαφορετικές πηγές ενέργειας, μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: καθαρό υδρογόνο που τοποθετείται στο όχημα και αναμόρφωση καυσίμου.
Σύμφωνα με την αναλογία της ισχύος που παρέχει η κυψέλη καυσίμου στη συνολική ζήτηση ισχύος του οχήματος, μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: ενεργειακό υβριδικό τύπο και υβριδικό τύπο ισχύος.
(2) Αρχή λειτουργίας των οχημάτων κυψελών καυσίμου
Η καρδιά ενός οχήματος κυψελών καυσίμου, η στοίβα κυψελών καυσίμου, παρέχει ένα δοχείο που επιταχύνει την ηλεκτροχημική αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου, μετατρέποντας την ενέργεια που απελευθερώνεται στη χημική αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε ένα όχημα κυψελών καυσίμου, η στοίβα κυψελών καυσίμου και η μπαταρία συνεργάζονται για να παρέχουν ενέργεια στον κινητήρα, ο οποίος με τη σειρά του παρέχει ισχύ στο όχημα και οδηγεί το όχημα. Για την μπαταρία, είναι η ίδια η πηγή ενέργειας. Για τη στοίβα κυψελών καυσίμου, η πηγή ενέργειας της είναι το υδρογόνο και η τρέχουσα κοινή μέθοδος αποθήκευσης είναι η χρήση δεξαμενών αποθήκευσης υδρογόνου υψηλής πίεσης.
(3) Τα οχήματα κυψελών καυσίμου ξεπερνούν τις δυσκολίες
Καταλύτης: Οι κυψέλες καυσίμου πρέπει να χρησιμοποιούν καταλύτες αντίδρασης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και η σπάνια μεταλλική πλατίνα που συνθέτει τον καταλύτη είναι ακριβή και έχει σπάνια αποθέματα. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων καταλυτών είναι το κλειδί για να επηρεαστεί άμεσα η ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων κυψελών καυσίμου.
Πηγή και αποθήκευση καυσίμου: Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου απαιτούν υδρογόνο. Το ίδιο το υδρογόνο δεν έχει υποστήριξη βιομηχανικής αλυσίδας. Η κατασκευή, η μεταφορά, η αποθήκευση και ο ανεφοδιασμός καυσίμων είναι εξαιρετικά άβολες, δαπανηρές και επικίνδυνες. Σε σύγκριση με τα οχήματα καυσίμου και τα ηλεκτρικά οχήματα, τα αυτοκίνητα, τα οχήματα με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι λιγότερο ώριμα.
3. Υβριδικό ηλεκτρικό όχημα (HEV)
Σύμφωνα με τις συστάσεις της Τεχνικής Επιτροπής Ηλεκτρικών Οχημάτων υπό τη Διεθνή Επιτροπή Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων, τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα αναφέρονται σε οχήματα που χρησιμοποιούν δύο ή περισσότερες πηγές ενέργειας συσσωρευτών ή μετατροπείς ως κινητήρια ενέργεια, τουλάχιστον δύο από τους οποίους μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια. Ονομάζεται υβριδικό ηλεκτρικό όχημα. Συνήθως, τα μοντέλα που συνδυάζουν ισχύ κινητήρα εσωτερικής καύσης και μπαταρίας ονομάζονται υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα, δηλαδή μοντέλα που χρησιμοποιούν παραδοσιακό καύσιμο με ηλεκτροκινητήρα και γεννήτρια και ο ηλεκτροκινητήρας χρησιμεύει ως βοηθητική ισχύς του κινητήρα για τη βελτίωση της χαμηλής ταχύτητας απόδοση ισχύος και κατανάλωση καυσίμου.
Ανάλογα με το εάν το όχημα χρειάζεται εξωτερική πρίζα φόρτισης για τη φόρτιση, τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να χωριστούν σε plug-in υβριδικά οχήματα και μη plug-in υβριδικά οχήματα. Τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να χωριστούν σε σειριακά, παράλληλα, υβριδικά και σύνθετα υβριδικά οχήματα σύμφωνα με τα δομικά χαρακτηριστικά του συστήματος ισχύος.
(1) Σειρά Υβριδικό Ηλεκτρικό Όχημα (SHEV)
Η παραγόμενη μηχανική ενέργεια από τον κινητήρα σειράς υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων (SHEV) μετατρέπεται πρώτα σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω της γεννήτριας. Μέρος της μετατρεπόμενης ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της μπαταρίας και το άλλο μέρος χρησιμοποιείται για την κίνηση των τροχών μέσω του κινητήρα μετάδοσης κίνησης και της συσκευής μετάδοσης.
Η δομή ενός υβριδικού οχήματος σειράς είναι απλή και το σύστημα ισχύος του αποτελείται από τρεις υπομονάδες ισχύος: κινητήρα, γεννήτρια και ηλεκτροκινητήρα.
Η αρχή λειτουργίας ενός υβριδικού οχήματος σειράς: ο κινητήρας οδηγεί τη γεννήτρια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται στην μπαταρία ή τον ηλεκτροκινητήρα μέσω του ελεγκτή και ο ηλεκτροκινητήρας οδηγεί το όχημα μέσω του μηχανισμού μετάδοσης. Όταν το φορτίο είναι μικρό, ο ηλεκτροκινητήρας κινεί τους τροχούς. όταν το φορτίο είναι μεγάλο, ο κινητήρας οδηγεί τη γεννήτρια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και να κινεί τον κινητήρα.
(2) Παράλληλο υβριδικό ηλεκτρικό όχημα (PHEV)
Τόσο ο κινητήρας παράλληλου υβριδικού ηλεκτρικού οχήματος (PHEV) όσο και ο ηλεκτροκινητήρας χρησιμοποιούνται για την κίνηση των τροχών και η ισχύς τους μεταδίδεται στους τροχούς παράλληλα. Το όχημα επιλέγει αυτές τις δύο εξόδους ισχύος σύμφωνα με τις τρέχουσες συνθήκες εργασίας.
Ο κινητήρας και ο ηλεκτροκινητήρας συνήθως οδηγούν τους τροχούς μέσω διαφορετικών συμπλεκτών και υπάρχουν τρεις τρόποι λειτουργίας: μόνος κινητήρας, μόνο ηλεκτρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης και υβριδική κίνηση κινητήρα + ηλεκτρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης. Όταν η ισχύς που παρέχεται από τον κινητήρα είναι μεγαλύτερη από την κινητήρια ισχύ που απαιτείται από το όχημα ή όταν το όχημα φρενάρει, το σύστημα ηλεκτρικής κίνησης λειτουργεί σε κατάσταση γεννήτριας για να φορτίσει την μπαταρία.
Ο κινητήρας ενός παράλληλου υβριδικού οχήματος μπορεί να κινήσει απευθείας τους τροχούς μέσω του μηχανισμού μετάδοσης, ο οποίος είναι πιο κοντά στο παραδοσιακό σύστημα κίνησης του οχήματος. Η απώλεια μηχανικής απόδοσης είναι παρόμοια με αυτή των συνηθισμένων οχημάτων και χρησιμοποιείται ευρέως.
(3) Σειρά-παράλληλο υβριδικό ηλεκτρικό όχημα (SPHEV)
Ένα υβριδικό (σειρά-παράλληλο) υβριδικό ηλεκτρικό όχημα (SPHEV) συνδυάζει ένα υβριδικό σύστημα σειράς και ένα παράλληλο υβριδικό σύστημα, με στόχο τη μεγιστοποίηση των πλεονεκτημάτων και των δύο συστημάτων και την προσθήκη μηχανικής ισχύος σε σύγκριση με τη σειρά μετάδοσης. σε σύγκριση με τον παράλληλο τύπο, η διαδρομή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας είναι αυξημένη.
Το υβριδικό σύστημα έχει δύο ηλεκτροκινητήρες. Ανάλογα με τις συνθήκες οδήγησης, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να κινηθεί μόνος ή ο ηλεκτροκινητήρας + κινητήρας μπορεί να κινηθεί από κοινού. Επιπλέον, όταν χρειάζεται, το σύστημα μπορεί επίσης να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας γεννήτριας ενώ οδηγεί τους τροχούς.
