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0. यह लेख क्या समझाता है
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श्रृंखला, समानांतर और श्रृंखला-समानांतर हाइब्रिड के ऊर्जा पथ।
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प्लेनेटरी गियर के माध्यम से टोयोटा हाइब्रिड सिस्टम (टीएचएस) पावर स्प्लिट की अंतर्निहित अवधारणा और सीमाएँ।
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एसओसी, रीजेनरेटिव ब्रेकिंग, इंजन स्टार्ट और थर्मल एवं सुरक्षा सीमाओं का नियंत्रण।
1. हाइब्रिड वास्तव में किस समस्या का समाधान करता है?
एक अकेला इंजन कम लोड, कम गति और लॉन्च के समय थर्मल दक्षता खो देता है, जबकि एक अकेला मोटर प्रति किलोग्राम बैटरी की कम ऊर्जा क्षमता से सीमित होता है, जो रेंज को सीमित करता है। दोनों ऊर्जा स्रोतों को कैसे संयोजित किया जाना चाहिए ताकि प्रत्येक दूसरे की कमियों को दूर कर सके? हाइब्रिड सिस्टम ठीक इसी समस्या का समाधान करता है: यह ईंधन को यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित करने वाले इंजन और बैटरी की बिजली को टॉर्क में परिवर्तित करने वाले मोटर को कई ऊर्जा पथों के माध्यम से समन्वित करता है, जिससे इंजन कुशल परिचालन क्षेत्रों के करीब रहता है, अतिरिक्त शक्ति उत्पादन में भेजी जाती है, और मंदी के दौरान वाहन की गतिज ऊर्जा बैटरी में वापस आ जाती है।
2. तीन पथ
चित्र 1 — एक सीरीज हाइब्रिड इंजन से ऊर्जा उत्पन्न करता है और केवल मोटर से पहियों को चलाता है; एक पैरेलल हाइब्रिड में इंजन और मोटर यांत्रिक रूप से जुड़े होते हैं। पावर-स्प्लिट हाइब्रिड एक प्लेनेटरी गियर को एक इलेक्ट्रिकल पथ के साथ जोड़ता है।
3. आर्किटेक्चर कैसे भिन्न होते हैं
सीरीज़ लेआउट में, इंजन एक जनरेटर होता है और मोटर अकेले पहियों को चलाती है। कम गति नियंत्रण सरल है, लेकिन यांत्रिक से विद्युत और फिर यांत्रिक रूपांतरण हानि हमेशा मौजूद रहती है। पैरेलल लेआउट इंजन और मोटर को क्लच, बेल्ट या समाक्षीय गियर के माध्यम से पहियों से जोड़ता है, क्रूज़ के दौरान यांत्रिक पथ का कुशलतापूर्वक उपयोग करता है लेकिन समन्वित शिफ्टिंग की आवश्यकता होती है। सीरीज़-पैरेलल सिस्टम गति और भार परिवर्तन के अनुसार दोनों पथों को स्विच या मिश्रित करते हैं।
4. टीएचएस प्लेनेटरी गियर
टोयोटा बताती है कि टीएचएस पावर-स्प्लिट डिवाइस लगातार पहियों और जनरेटर के बीच इंजन आउटपुट को पुनः आवंटित करता है। सन, रिंग और कैरियर वाले प्लेनेटरी सेट में गति की बाधा होती है
दांतों की संख्या N_s,N_r के लिए। इंजन, जनरेटर MG1 और पहिया/मोटर MG2 को इन सदस्यों को असाइन करने से यह संभव हो जाता है इंजन की गति को सड़क की गति से अलग करें। MG1 तब तक ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है जब तक इंजन एक कुशल बिंदु के निकट रहता है, लेकिन रूपांतरण हानि और MG1 की गति सीमा बनी रहती है।
वास्तविक डिज़ाइनों में अक्सर दांतों की संख्या का अनुपात N_r/N_s लगभग 2 रखा जाता है। यदि इंजन को एक स्थिर, कुशल गति पर रखा जाता है जबकि सड़क की गति (लगभग, MG2 की गति) बढ़ती है, तो उपरोक्त बाधा दर्शाती है कि MG1 की गति सड़क की गति के साथ व्यापक रूप से बदलती है, जब तक कि एक निश्चित गति के बाद MG1 की घूर्णन दिशा उलट नहीं जाती। उस उलट बिंदु के आसपास, बिजली का प्रवाह "उत्पादन" (MG1 इंजन के आउटपुट के एक हिस्से को बिजली में परिवर्तित करता है) से "मोटरिंग" (MG1 एक मोटर के रूप में भी कार्य करता है, MG2 में टॉर्क जोड़ता है) में बदल जाता है - और एक एकल ग्रहीय सेट, बिना किसी यांत्रिक संचरण के, एक निरंतर परिवर्तनीय अनुपात उत्पन्न करता है, जो अक्सर इलेक्ट्रिक CVT के रूप में कार्य करता है।
5. SOC और ऊर्जा संतुलन
चार्ज की स्थिति को वर्तमान एकीकरण द्वारा इस प्रकार अनुमानित किया जा सकता है:
डिस्चार्ज करंट धनात्मक, नाममात्र क्षमता Q_n और चार्ज दक्षता \eta_c के साथ। उत्पादन अनुमानक तापमान, ओपन-सर्किट वोल्टेज, आंतरिक प्रतिरोध और करंट-सेंसर बायस को शामिल करते हैं। यदि SOC अपनी ऊपरी सीमा तक पहुँच जाता है, तो पुनर्जनन अनुपलब्ध हो जाता है और इंजन की कार्यक्षमता कम हो जाती है; इसलिए नियंत्रक एक लक्षित SOC बैंड बनाए रखता है।
अधिकांश उत्पादन हाइब्रिड नियंत्रण को पैक की वास्तविक क्षमता के मध्य के निकट एक संकीर्ण बैंड तक सीमित रखते हैं (उदाहरण के लिए, कुल क्षमता का लगभग 40-80%), इसलिए चालक कभी भी सेल रसायन विज्ञान द्वारा संभाले जा सकने वाले पूर्ण चार्ज या डिस्चार्ज को नहीं देख पाता है। ऊपरी भाग में हेडस्पेस कठोर ब्रेकिंग पुनर्जनन को अवशोषित करता है; निचले भाग में हेडस्पेस मोटर को उस कमी को पूरा करने देता है जब इंजन अकेले तीव्र त्वरण की मांग को पूरा नहीं कर पाता है। उस बैंड की चौड़ाई, बैटरी के आकार के साथ संतुलित, यह निर्धारित करती है कि प्रत्येक मॉडल को कितनी बड़ी बैटरी की आवश्यकता है।
6. संचालन मोड
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लॉन्च और कम गति: मोटर ड्राइव इंजन-स्टार्ट से बचता है झटका।
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मध्यम भार: इंजन को एक कुशल बिंदु की ओर ले जाएं और अतिरिक्त शक्ति से बैटरी को चार्ज करें।
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तेज़ त्वरण: बैटरी शक्ति और इन्वर्टर तापमान की निगरानी करते हुए इंजन और मोटर का एक साथ उपयोग करें।
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मंदन: पुनर्जनन को प्राथमिकता दें, फिर SOC, तापमान या ABS सीमाओं पर घर्षण ब्रेकिंग में बदलें।
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रोकना: निष्क्रिय अवस्था को रोकें और बैटरी या इंजन द्वारा उत्पन्न बिजली से सहायक उपकरणों की आपूर्ति करें।
7. वास्तविक विन्यासों की तुलना
| आर्किटेक्चर | पावर प्रवाह | क्षमता | निगरानी बिंदु | उदाहरण |
|---|---|---|---|---|
| श्रृंखला | इंजन → जनरेटर → बैटरी/मोटर | स्वतंत्र इंजन गति | कई रूपांतरण चरण | रेंज एक्सटेंडर |
| समानांतर | इंजन + मोटर → पहिए | कुशल यांत्रिक पथ | क्लच और शिफ्ट नियंत्रण | माइल्ड HEV, PHEV |
| पावर विभाजन | प्लेनेटरी + MG1/MG2 | निरंतर इंजन ऑपरेटिंग-पॉइंट नियंत्रण | MG1 गति और विद्युत हानि | टोयोटा टीएचएस |
दो मोटर + मल्टी-गियर | इंजन + मोटर + गियर | उच्च गति और टोइंग लचीलापन | पुर्जे, द्रव्यमान और नियंत्रण | बड़ा पीएचईवी |
8. कठिन परिस्थितियाँ और सुरक्षा
बार-बार छोटी यात्राएँ इंजन और आफ्टरट्रीटमेंट के गर्म होने से पहले ही समाप्त हो जाती हैं। राजमार्गों पर, बैटरी का योगदान कम हो जाता है और इसका द्रव्यमान एक नुकसान बन जाता है। ठंडी परिस्थितियाँ शक्ति और पुनर्जनन को सीमित करती हैं, और बैटरी के गर्म होने से ईंधन की खपत कम हो जाती है। उच्च-वोल्टेज अलगाव, क्रैश डिस्कनेक्ट, ईंधन रिसाव, निकास और स्टार्ट के बाद टॉर्क परिवर्तन के लिए अलग-अलग सुरक्षा मॉनिटर की आवश्यकता होती है।
9. व्यावहारिक विकल्प
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शहर और यातायात: पुनर्जनन आवृत्ति, कम गति पर ईवी संचालन और सुचारू इंजन स्टार्ट को प्राथमिकता दें।
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मोटरवे: ड्राइव चक्र के दौरान इंजन की तापीय दक्षता, यांत्रिक पथ हानि और बैटरी द्रव्यमान की तुलना करें।
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पीएचईवी: चार्जिंग शक्ति, इलेक्ट्रिक रेंज, एसओसी-सस्टेनिंग मोड और लंबी अवधि के स्टोरेज बैटरी प्रबंधन की जाँच करें।
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वाणिज्यिक वाहन: निरंतर चढ़ाई के दौरान शीतलन, सेवायोग्यता और पुनर्योजी/घर्षण ब्रेक के जीवनकाल का मूल्यांकन करें।
10. तीन-पंक्ति सारांश
हाइब्रिड इंजन और मोटर को श्रृंखला, समानांतर या शक्ति-विभाजन पथों के माध्यम से जोड़ते हैं। टीएचएस प्लेनेटरी गियरिंग इंजन की गति को सड़क की गति से अलग करती है, जबकि एमजी1 पीढ़ी और एमजी2 ड्राइव को आवंटित करती है। सैद्धांतिक दक्षता को वास्तविक ईंधन बचत में बदलने के लिए एसओसी, पुनर्जनन, तापमान, स्टार्ट और आइसोलेशन को एक साथ नियंत्रित किया जाना चाहिए।
क्या पुनर्योजी ब्रेकिंग सभी मंदी ऊर्जा को पुनर्प्राप्त कर सकती है?
बैटरी स्वीकृति, मोटर शक्ति, कम गति व्यवहार और रूपांतरण हानि पुनर्प्राप्ति को सीमित करती हैं। घर्षण ब्रेक अभी भी इस कार्य में योगदान करते हैं।
संदर्भ
- [टोयोटा हाइब्रिड सिस्टम घोषणा]( टोयोटा टीएचएस-II की तकनीकी समीक्षा
- टोयोटा 2.0-लीटर टीएचएस II
- एनएचटीएसए टीएचएस-II तकनीकी दस्तावेज़
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