Hybrid Vehicle Powertrain with Range Extender

Abstract

The doctoral thesis examines issues related to range extender units for hybrid vehicle powertrains. In particular, it is focused on the internal combustion engines utilised in these units and their design. Since battery electric vehicles still use heavy, bulky and expensive batteries, offering a varying, and in some cases, very insufficient, driving range, the range extenders present a reasonable solution to these issues. The range extenders are auxiliary power units that convert the energy hidden in fuel into electric energy. They use a distinctive type of engine to drive an electric generator. A range extender allows reducing the size and weight of the batteries (which also reduces their capacity), by supplying the system with electricity. Since the internal combustion engine is not connected directly to the vehicle’s wheels (in most cases), it is possible to run in an operating range with optimum efficiency and fuel consumption. Since the engine will run only at some operating points (one to three), this calls for a new and optimum design solution. This in turn requires suitable design tools, methods and approaches, which allow quickly and effectively to achieve the objectives. That is why the doctoral thesis focuses on this topic and suggests a design method using analytical calculations and parametric CAD techniques.

Disertační práce se zabývá problematikou pohonných jednotek s prodlužovačem dojezdu pro hybridní vozidla. Zaměřuje se zejména na spalovací motory využívané v těchto jednotkách a jejich konstrukci. Vzhledem k tomu, že bateriová elektrická vozidla stále používají těžké, objemné a drahé baterie, které nabízejí proměnlivý a v některých případech velmi nedostatečný dojezd, představují pohonné jednotky s prodlužovačem dojezdu rozumné řešení těchto problémů. Prodlužovače dojezdu jsou pomocné pohonné jednotky, které přeměňují energii ukrytou v palivu na energii elektrickou. Pro pohon elektrického generátoru se používá speciální typ motoru. Prodlužovač dojezdu umožňuje zmenšit velikost a hmotnost baterií (což také sníží jejich kapacitu) tím, že dodává systému elektrickou energii. Vzhledem k tomu, že spalovací motor není přímo spojen s koly vozidla (ve většině případů), je možné ho provozovat v oblasti s optimální účinností a spotřebou paliva. Jelikož motor bude pracovat pouze v několika provozních bodech (jeden až tři) je možné hledat nová a optimální konstrukční řešení. Toto naopak vyžaduje vhodné konstrukční nástroje, metody a přístupy, které umožní rychle a efektivně dosáhnout stanovených cílů. Proto se disertační práce zaměřuje na toto téma a předkládá konstrukční metodu pro návrh s využitím analytických výpočtů a parametrických postupů v CAD.