خودروهاي هيبريد برقي (Hybrid Electric Vehicles) شامل موتور احتراق داخلي و موتور الكتريكي همراه با باتري هستند. اين تركيب باعث ميشود كه هم از مزاياي خودروهاي امروزي كه الكتريكي است بهرهمند شويم و هم از خاصيتهاي خوب موتورهاي احتراق داخلي سنتي استفاده كنيم. اين تركيب به موتور الكتريكي و باتري اين امكان را ميدهد تا موتور احتراق داخلي را در بهينهترين محدوده خود نگه دارد. اين عمل موجب كاهش مصرف سوخت ميشود. اين تركيب كه شامل موتور احتراق داخلي است ميتواند معايب خودروهاي الكتريكي خالص را برطرف نمايد و همانند خودروهاي معمولي داراي قدرت و سرعت مناسب باشد.
سيستم هيبريدي در خودروها
در نهايت تكنولوژي هيبريدي به شما اين امكان را ميدهد تا مسافت ۸۰۰ كيلومتر يا بيشتر را با مصرف سوخت بهتر نسبت به خودروهاي معمولي و بدون شارژ كردن طي كنيد.
مفهوم تكنولوژي هيبريدي:
طبيعتاً درجه هيبريد سازي خودروهاي تركيبي گوناگون است. مثلاً يك خودرو كامل (فول) و يا خودروي ديگر Mild هيبريدي شده و ديگري در سطح ميكروهيبريد ميباشد. البته بسته به نوع سيستم هيبريدي مورد استفاده نيز سيستم انتقال قدرت آنها با هم متفاوت است. براي اينكه بهتر متوجه شويم كه تكنولوژي هيبريدسازي چگونه عمل ميكند، بهتر است كه به پنج شاخصه (تكنولوژيكي) كه خودروهاي هيبريدي را از خودروهاي معمولي جدا ميكند نگاهي بيندازيم.
براي اينكه يك خودروي هيبريدي واقعي داشته باشيم ميبايست خودروي ما سه مشخصه اول را حتماً داشته باشند. اما ويژگيهاي چهارم و پنجم موجب ميشوند تا خودروي شما مصرف انرژي فوقالعاده بهينه و عملكرد ميداني مناسبي داشته باشد.
۵ ويژگي هيبريدسازي:
قابليت Idle-off
استفاده از انرژي بازيافتي ترمزها
دستيار انرژي و كوچكسازي موتور (تا اين مرحله هيبريدسازي درجه Mild صورت گرفته است)
رانندگي در حالت الكتريكي بهتنهايي (تا اين مرحله هيبريدسازي درجه full صورت گرفته است)
استفاده از انرژي الكتريكي و باتري (تا اين مرحله هيبريد سازي Plug-in Hybrid گفته ميشود؛ يعني خودروهاي هيبريدي كه به متصل شدن به برق شهر نيازمند هستند.)
قابليت Idle-Off
مانند يك سوييچ هنگامي كه در يخچال بسته ميشود، چراغ داخل يخچال را خاموش ميكند، اين قابليت به خودرو اين امكان را ميدهد تا در زماني كه خودرو متوقف شده موتور احتراق داخلي را خاموش كند تا سوخت خودرو ذخيره شود. در سيستمهايي كه به خوبي طراحي شده باشند، موتور احتراق داخلي دوباره در زمان بسيار كمي وارد مدار ميشود (روشن ميشود)، طوري كه اين زمان روشن شدن موتور كمتر از حالتي است كه پاي شما از روي پدال ترمز به سمت گاز حركت ميكند!
هرچند خودرو در حالت الكتريكي خالص، موتور الكتريكي خود، نيازمند انرژي ۱۰۰ ولت براي كار كردن خودرو است، در حالي كه خودروهاي معمولي نيازمند انرژي ۱۲ يا ۴۲ ولتي براي تأمين برق مورد نياز است. (كه بيشتر آن براي روشن شدن موتور استفاده ميشود)
برخي از سازندگان در تلاش هستند تا از مزيتهاي فناوري idle-off كه به وسيله موتور الكتريكي براي هيبريدي ناميدن وسيله نقليه در جاده تهيه ميشود، استفاده كنند. ادعا بر هيبريدي بودن خودرو تا بدين جا (يعني داشتن تنها اولين مشخصه) نميتواند خيلي صادق باشد چون تا نداشتن دو ويژگي بعدي نميتوان خودرو را هيبريدي دانست. به ياد داشته باشيد كه تا بدين جا نيمي از قلب تپنده هيبريدسازي تحقق يافته است.
انرژي ترمز بازيافتي
انرژي كه متناسب با حركت خودرو است انرژي جنبشي نام دارد. هرچه خودرو سريعتر حركت كند، خودرو داراي انرژي جنبشي بيشتري است. در خودروهاي معمولي شما از اصطكاك موجود در ترمزها استفاده ميكنيد تا خودرو را متوقف كنيد. در حقيقت قسمتي از انرژي جنبشي در ترمزها به گرما تبديل ميشود و در نهايت انرژي جنبشي آن كاسته ميشود و خودرو متوقف ميشود.
در ترمزهاي بازيافتي در حقيقت از موتور الكتريكي براي ترمز كردن بهجاي نيروي اصطكاك استفاده ميشود. براي رسيدن به اين امر ميبايست موتور الكتريكي در نقش ژنراتور عمل كند، انرژي جنبشي خودرو را بازيابي كند و پس از تبديل انرژي جنبشي (مكانيكي چرخها) به الكتريكي آنها را در باتري ذخيره كند. اين انرژي ذخيره شده در باتري در ادامه به خودرو كمك ميكند تا بتواند انرژي جنبشي توليد نمايد.
براي صرفهجويي واقعي در مصرف سوخت در خودرو، بايد از موتور الكتريكي به اندازه كافي بزرگ استفاده كنيم تا در ولتاژ بالا كار كند و بتواند از انرژي ترمزي با بازده مناسب بهره ببرد. همچنين خودرو به يك پك باتري با ظرفيت كافي نيازمند است تا انرژي لازم را تا مواقع ضرورت ذخيره نمايد. برخي از سازندگان ادعا ميكنند كه از ترمزهاي بازياب انرژي استفاده ميكنند ولي وقتي به سيستم دقيقتر نگاه ميكنيم متوجه ميشويم كه با اين انرژي ذخيره شده نميتوان سوخت را قطع نمود و خودرو را حركت داد.
بازيافت انرژي ترمزها
دستيار توان و كوچكسازي موتور:
يكي از تعاريف پايه اي خودروهاي هيبريدي اين است كه بتوانند از دو منبع انرژي براي رساندن توان به چرخها استفاده نمود. توانايي تقسيم قدرت براي دخالت دادن موتور الكتريكي به طوري كه بخشي از بارگذاري روي خودرو را بتواند پاسخ دهد در واقع يكي از اقدامات مهم براي پيشبرد تكنولوژي هيبريد است. خودرو تنها در زماني ميتواند از موتور الكتريكي به طور كارا استفاده كند كه داراي ظرفيت بالا باشد و همچنين ظرفيت مناسب باتري، تا موتور الكتريكي در مواقع ضروري به شتابگيري خودرو كمك كند.
در حالت دستيار توان در واقع استفاده از موتور احتراق داخلي به حداقل ميرسد و يا موتور احتراق داخلي با بازدهي بالا كار ميكند. در اين مواقع تأمين انرژي خودرو همانند خودروهاي معمولي با موتور بزرگتر است. فرآيند كوچكسازي موتور به صورت فيزيكي صورت ميگيرد يعني تعداد سيلندرها يا حجم موتور به منظور دستيابي به سيكل پربازده كاهش مييابد.
به طور مثال تويوتا و فورد در اكثر خودروهاي هيبريدي خود موتور را كوچكتر كردهاند در حالي كه از چرخه آتكينسون جهت بهبود بازدهي موتور احتراق داخلي بهره بردهاند. نحوه كار اين چرخه بدين صورت است كه مرحله مكش و تراكم در موتورهاي چهار زمانه كوتاه تر از مرحله احتراق و تخليه طراحي شده است. اين عمل به تنهايي موجب كم كردن توان خروجي موتور ميشود ولي در عوض مصرف سوخت بهينه ميشود. خودروهايي كه سه ويژگي فوقالذكر را تا بدين جا داشته باشند به درجه هيبريد سازي Mild دست يافتهاند كه ميتوان به خودروهاي سيويك و آكورد از خودروسازي هوندا اشاره نمود.
حالت استفاده از موتور درون سوز به تنهايي
حالت الكتريكي خالص
اين تكنولوژي به خودرو اين اجازه را ميدهد تا در هنگام حركت تنها از موتورهاي الكتريكي جهت توليد انرژي پيشران استفاده كند. با اين ويژگي درجه هيبريداسيون به full ارتقاء پيدا ميكند مانند تويوتا پريوس و فورد اسكيپ. شايد متعجب شدن خريداران اين گونه خودروها بدون دليل نباشد، چون در هنگامي كه خودرو روشن است هيچگونه نويز يا صدايي توليد نميشود. در اين حالت از انرژي موجود در باتري استفاده ميشود و موتور احتراق داخلي كاملاً خاموش ميشود. در سرعتهاي پايين و شروع حركت، موتورهاي الكتريكي وارد عمل ميشوند و در سرعتهاي خيلي بالا موتور احتراق داخلي نيز وارد مدار ميشود.
استفاده از انرژي الكتريكي خالص
افزايش محدوده مسافتي خودروهاي باتري-الكتريك
قدم آخر در درجه هيبريداسيون استفاده از موتور الكتريكي با توان بالا به وسيله شارژ باتري از طريق Plug-in است. در اين حالت خودرو ميتواند ۲۰ تا ۶۰ مايل را با تكيه بر باتريها طي كند. البته مزاياي اصلي اين نوع هيبريدسازي زماني مشخص ميشود كه چه قدر راننده بتواند خودرو خود را به شبكه برقي متصل نمايد تا باتريها شارژ شود. بزرگترين مشكل در اين مرحله از هيبريدسازي هزينه ميباشد، چون اين درجه از هيبريداسيون نيازمند پكهاي باتري بزرگ و گرانقيمت به علاوه موتورهاي الكتريكي با توان بالا و حجيم است تا خودرو بتواند خواسته راننده را اجابت كند.
حالت تركيبي در زمان شتابگيري
سيستم انتقال قدرت:
تاكنون در مورد تكنولوژي خودروهاي هيبريد به طور پايه اي بحث شده است. سيستم انتقال قدرت خودروهاي هيبريدي متشكل از اجزاء فراواني است كه وظيفه انتقال توان توليد شده را بر سر چرخها دارند. در خودروهاي هيبريدي سه نوع سيستم انتقال قدرت به چشم ميخورد: سيستم انتقال قدرت سري، سيستم انتقال قدرت موازي، سيستم انتقال قدرت سري/موازي.
سيستم انتقال قدرت سري:
اين نوع داراي سادهترين ساختمان است. در هيبريدهاي سري، موتور الكتريكي به تنهايي مسئول توليد نيروي كشش خودرو است. موتور الكتريكي منبع الكتريسيته خود را از باتريها كه به وسيله موتور احتراق داخلي شارژ ميشود به دست ميآورد و هم به طور مستقيم از ژنراتور كه خود به وسيله موتور احتراق داخلي رانده ميشود. در حقيقت سيستم كنترلي مشخص ميكند كه چه ميزان توان بايد از سوي باتري گرفته شود يا موتور/ژنراتور. موتور/ژنراتور و ترمزهاي بازياب وظيفه شارژ باتري را به عهده دارند. در هيبريد سري معمولاً از موتور احتراق داخلي كوچك استفاده ميكنند (چون در واقع بار اصلي جاده بر روي موتور الكتريكي است) ولي در عوض از باتريهايي با ظرفيت بالاتر نسبت به هيبريد موازي بهره ميبرند. موتور الكتريكي و باتري بزرگ به همراه استفاده از ژنراتور به قيمت هيبريدهاي سري نسبت به هيبريدهاي موازي افزوده است.
از طرفي موتورهاي احتراق داخلي معمول به خاطر افزايش يا كاهش سرعت و بارهاي متفاوتي كه از سوي جاده بر روي موتورها اعمال ميشود اغلب داراي بازده مناسبي نيستند. در هيبريدهاي سري موتور احتراق داخلي در بهترين شرايط كاراي كار ميكند چون چرخها به موتور احتراق داخلي به طور مستقيم متصل نيستند. اين بدان معناست كه موتور احتراق داخلي در هيبريد سري در بازه تغييراتي زياد توان كار نميكند و در بارگذاريهاي مختلف كه روي خودرو اعمال ميشود موتور احتراق داخلي توان ثابت و پايداري توليد ميكند و در اين شرايط موتور در بهينهترين حالت خود كار ميكند. در هيبريد سري نياز به سيستم انتقال قدرت چند سرعته و كلاچ نيست. سيستم انتقال قدرت هيبريد سري بهترين عملكرد در خودروهاي شهري دارد. اين سيستم ميتواند براي اتوبوسها و خودروهاي شهري مصرف بيشتري داشته باشد. در حالت كلي براي مصارفي كه خودرو نياز به ايستادن و حركت در سيكلهاي بسيار زياد است سيستم هيبريد سري مناسب است.
سيستم انتقال قدرت موازي:
در سيستم انتقال قدرت موازي هم موتور الكتريكي و هم موتور احتراق داخلي در به حركت آوردن خودرو نقش دارند. در حقيقت سيستم كنترلي دقيق موجود در اين نوع سيستمهاي هيبريد، تصميمگيري لازم را براي كار كردن اين دو منبع توان انجام ميدهد. شركت هوندا سيستم يكپارچه موتور الكتريكي دستيار را IMA ناميده است. در سيستمهاي هيبريد موازي ميتوان از پكهاي باتري كوچكتري استفاده كرد. در زماني كه انتظار زيادي از شتاب نداشته باشيم هيبريد موازي موتور الكتريكي را به عنوان ژنراتور استفاده ميكند تا باتريها شارژ شود.
به خاطر اينكه موتور به طور مستقيم به چرخها متصل است، اتلاف انرژي در اثر تبديل انرژي مكانيكي به الكتريكي و بالعكس بسيار ناچيز است كه موجب ميشود هيبريد موازي در عملكرد اتوباني موفقتر باشد. به علت اتصال مستقيم موتور احتراق داخلي به چرخها ميتوان بيان كرد كه سرعت نهايي خودرو افزايش چشمگيري خواهد يافت و اين نوع هيبريدها براي مصارف شهري نسبت به هيبريد سري بسيار ناكارآمد پيشبيني ميشوند.
وضعيت انرژي هاي سيستم هيبريدي در حالت سكون
سيستم انتقال قدرت سري/موازي:
اين نوع سيستم انتقال قدرت تلفيقي از مزاياي هيبريد موازي و هيبريد سري را دارا ميباشد. با تركيب دو طراحي، چرخها به طور مستقيم به موتور احتراق داخلي متصل شوند همچنين موتور احتراق داخلي ميتواند به طور غيرمستقيم به چرخها متصل شود تا موتور الكتريكي به تنهايي بتواند خودرو را حركت دهد. تويوتا پريوس و فورد اسكيپ از اين سيستم انتقال قدرت بهره ميبرند. نتيجه اي كه از اين سيستم انتقال قدرت دوگانه ميتوان گرفت كه موتور احتراق داخلي در اين سيستم در بازه نزديك به بهينه كار ميكند كه براي ما بسيار ارزشمند است. در سرعتهاي پايين اين سيستم در حالت سري كار ميكند در حالي كه با افزايش سرعت (چون سيستم سري كم بازدهتر است) موتور احتراق داخلي بر اوضاع مسلط ميشود و اتلاف انرژي حداقل ميشود (در حقيقت سيستم به حالت موازي ميرود). اين سيستم نسبت به سيستم موازي داراي هزينه بيشتري است چون از پك باتري بزرگتر، ژنراتور و سيستمهاي كنترلي بيشتر ساخته ميشود.
- چهارشنبه ۰۴ بهمن ۹۶ ۱۸:۱۴ ۱۹ بازديد
- ۰ نظر