Hybrydy
Fot. Best Products, archiwum
Klasyczny pojazd hybrydowy Toyota Prius III
Od paru lat mamy do czynienia z bardzo szybkim rozwojem rynku samochodów „ekologicznych”. Wśród proponowanych tu rozwiązań najbardziej popularne stały się obecnie napędy hybrydowe.
Powszechne stosowanie układu: silnik spalinowy – silnik elektryczny jest konsekwencją braku możliwości wprowadzenia na rynek samochodów stricte elektrycznych, spełniających wymogi przeciętnego użytkownika. Przyczyną tego jest wciąż zbyt mała pojemność tradycyjnych akumulatorów (zarówno kwasowych, jak i zasadowych), a bardziej wydajne chemiczne źródła prądu są nadmiernie drogie.
Akumulator kwasowy góruje wciąż nad swymi nowocześniejszymi konkurentami nie tylko bardziej przystępną ceną i prostotą konstrukcji, lecz także dużą tolerancją na obciążenia bardzo silnymi prądami oraz maksymalną ilością cykli całkowitego ładowania i wyładowania. Samochód o napędzie elektrycznym powinien mieć zasięg co najmniej 500 km bez doładowywania akumulatorów. Przy średnim rocznym przebiegu pojazdu wynoszącym ok. 20 000 km oznacza to (teoretycznie) min. 40 cykli pracy akumulatora. W praktyce cykli ładowania i rozładowania musi być znacznie więcej. Rozwój techniczny i jednoczesny spadek cen akumulatorów litowo-jonowych (Li-Ion) oraz niklowo-wodorkowych (NiMH) nie pozwala jeszcze na masowe wykorzystywanie tych chemicznych źródeł zasilania w samochodach elektrycznych, ale umożliwia już ich stosowanie w napędach hybrydowych.
Współczesne napędy hybrydowe
Napęd elektryczny w typowym samochodzie hybrydowym nie działa bowiem w sposób ciągły, aż do wyczerpania pojemności akumulatora. Dotychczas zaproponowano dwie koncepcje napędów hybrydowych spalinowo-elektrycznych. Pierwsza to układ liniowy, w którym do napędu kół służy silnik elektryczny, a spalinowy tylko napędza prądnicę. Z tego powodu silnik spalinowy nie musi pokonywać obciążeń związanych z przyspieszaniem lub jazdą pod górę, nie potrzebuje więc rozwijać dużego momentu obrotowego. Druga, zdecydowanie bardziej popularna koncepcja pojazdu hybrydowego o układzie równoległym związana jest z problemem zwiększonego zużycia paliwa i emisji spalin podczas jazdy w mieście, czyli z częstymi gwałtownymi przyspieszeniami oraz długimi okresami postojów na skrzyżowaniach lub z powodu utrudnień w ruchu.
Dwie koncepcje napędu hybrydowego
Także w tego rodzaju pojazdach nie jest wykorzystywana pełna pojemność akumulatora. Przy prawidłowej pracy systemu nigdy nie dochodzi do „głębokiego” rozładowania. Dzięki zastosowaniu dużego akumulatora wykorzystywana podczas cyklu miejskiego ilość energii stanowi stosunkowo niewielki procent jej całkowitego zasobu. Pozwala to na przedłużenie żywotności źródła prądu przy jednoczesnym stosowaniu silnych prądów podczas ładowania i rozładowania. Niepotrzebne jest też doładowywanie z zewnętrznego źródła. Za utrzymywanie stopnia naładowania w odpowiednim zakresie odpowiedzialny jest sterownik, włączający prądnicę napędzaną przez silnik spalinowy. Komputer synchronizujący pracę układu automatycznie wyłącza silnik spalinowy podczas postoju na światłach. Z kolei w czasie rozpędzania się układ może pracować dwojako. Start może być wykonany tylko przy zastosowaniu silnika elektrycznego bądź z wykorzystaniem obu źródeł napędu. Przy dynamicznej jeździe szosowej z napędem spalinowym z kolei silnik elektryczny może pełnić funkcję wspomagającą w trakcie energicznego przyspieszania. Dzięki takiemu rozłożeniu zadań uzyskujemy optymalizację wykorzystania energii spalanego paliwa.
Obecnie wprowadzana jest kolejna generacja pojazdów hybrydowych, określana skrótem PHEV (Plugged in Hybryd Electric Vehicles). Zadania napędu elektrycznego są w niej bardziej rozbudowane, ponieważ ma on służyć również do pokonywania niewielkich dystansów szosowych bez pomocy silnika spalinowego. Oznacza to konieczność głębokiego rozładowywania akumulatorów i ich doładowywania zewnętrznego (np. z domowego gniazdka elektrycznego). Pojazd typu PHEV jest więc rozwiązaniem pośrednim pomiędzy samochodem elektrycznym a klasycznym samochodem hybrydowym, takim jak np. Toyota Prius.
Diagnozowanie samochodów hybrydowych
Czy polskie serwisy są przygotowane do obsługi tego typu pojazdów? Na pewno nie wystarczy woltomierz! Żaden profesjonalny warsztat samochodowy nie jest w stanie działać bez urządzenia diagnostyki elektronicznej. Jego podstawową funkcją jest odczyt / kasowanie kodów usterek zarejestrowanych przez sterownik pojazdu. Urządzenia takie, jak Mega Macs firmy Gutmann oferowany w Polsce przez firmę Best Products, pozwalają na odczyt parametrów pracy wielu układów w samochodzie w czasie rzeczywistym. Ponieważ na liście pojazdów obsługiwanych przez to niemieckie urządzenie znajduje się Toyota Prius, postanowiliśmy sprawdzić je w tej właśnie roli. Po podłączeniu do złącza OBDE urządzenie Gutmann Mega Macs nawiązało połączenie ze sterownikiem już w pierwszej próbie. Obsługa silnika spalinowego jest taka sama, jak w przypadku standardowych pojazdów. Sterownik zaprogramowano tak, iż diagnostyka silnika napędu spalinowego i elektrycznego jest oddzielna.
Przy analizie systemów wchodzących w skład napędu elektrycznego należy pamiętać, że w samochodzie hybrydowym sterownik nie dopuszcza do całkowitego rozładowania akumulatorów. Diagnoskop powinien więc nie tylko zidentyfikować usterkę, lecz także zaproponować bezpieczną procedurę naprawy. Sam silnik elektryczny nie jest elementem trudnym do diagnozy w przeciwieństwie do nowoczesnych akumulatorów oraz urządzeń peryferyjnych obsługujących ich pracę. Do kompleksowej analizy pracy akumulatora niezbędny jest specjalistyczny sprzęt, umożliwiający wykonanie szeregu czasochłonnych testów metodami stricte elektrochemicznymi ze szczególnym uwzględnieniem metody galwano-statycznej, potencjodynamicznej oraz spektroskopii impedancyjnej. W przypadku każdego akumulatora pomiar napięcia wcale nie jest wiarygodną informacją na temat jego stanu. Zdarza się bowiem, iż napięcie kojarzone z pełnym naładowaniem występuje w akumulatorze o minimalnym zapasie energii, czyli praktycznie „pustym”.
 |
 |
| Ekran urządzenia Mega Macs 55 podczas diagnozy Toyoty Prius |
Przykład diagnozy układu zasilania akumulatorowego Toyota Prius |
 |
Po lewej: Przykładowe krzywe wyładowania Potrzebna jest zatem analiza całego procesu ładowania i rozładowania akumulatora. Pod obciążeniem następuje spadek napięcia aż do osiągnięcia pewnej stałej wartości, będącej napięciem pracy. Im dłuższy jest na wykresie odcinek stałego napięcia, tym większą pojemność ma akumulator. Po całkowitym przereagowaniu substancji aktywnej następuje dalszy spadek napięcia. |
Trudno jednak stosować laboratoryjne procedury badawcze przy warsztatowym diagnozowaniu pojazdów. Dlatego producenci samochodów hybrydowych zadbali oto, aby praca zasilania akumulatorowego była rejestrowana przez sterownik samochodu, a zapisy te dawały się odczytać za pomocą diagnoskopu razem z informacjami o innych elementach systemu. Na podstawie zapisanych parametrów dokonuje się oceny sprawności akumulatora i procesów jego ładowania. W przypadku urządzeń peryferyjnych akumulatorowego układu zasilania diagnoza jest prosta, gdyż sprawność prądnicy, instalacji elektrycznej itp. można precyzyjnie określić przez pomiar prostych wielkości elektrycznych, takich jak napięcie czy opór. Urządzenie Gutmann Mega Macs 55 umożliwia zarówno odczyt wartości zarejestrowanych przez układ i zapisanych w sterowniku, jak i bezpośredni ich pomiar w czasie rzeczywistym.
Jak wykazały próby z zastosowaniem urządzeń Gutmann Mega Macs 50 oraz 55 z zainstalowaną wersją oprogramowania 3.2, sterownik Toyoty zawiera szereg informacji na temat pracy nie tylko silnika benzynowego, lecz również zasilania elektrycznego, w tym stanu akumulatorów. Możliwa jest komunikacja z nim, odczyt kodów usterek oraz pomiary wartości elektrycznych w czasie rzeczywistym. To pozwala diagnozować samochód hybrydowy na razie w zakresie podstawowym, lecz w kolejnych wersjach oprogramowania zakres testowanych układów i informacji na ich temat będzie się systematycznie zwiększał. Dzięki temu niezależne warsztaty użytkujące ten rodzaj sprzętu diagnostycznego mają szansę wyprzedzić konkurencję w walce o nowy segment rynku.
0 komentarzy dodaj komentarz