درحال بررسی ...

خودروهای هیبریدی چگونه کار می کند؟

خودروهای هیبرید برقی (Hybrid Electric Vehicles) شامل موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی همراه با باتری هستند. این ترکیب باعث می شود که هم از مزایای خودروهای امروزی که الکتریکی است بهره مند شویم و هم از خاصیت های خوب موتورهای احتراق داخلی سنتی استفاده کنیم. این ترکیب به موتور الکتریکی و باتری این امکان را می دهد تا موتور احتراق داخلی را در بهینه ترین محدوده خود نگه دارد. این عمل موجب کاهش مصرف سوخت می شود. این ترکیب که شامل موتور احتراق داخلی است می تواند معایب خودروهای الکتریکی خالص را برطرف نماید و همانند خودروهای معمولی دارای قدرت و سرعت مناسب باشد.



در نهایت تکنولوژی هیبریدی به شما این امکان را می دهد تا مسافت 800 کیلومتر یا بیشتر را با مصرف سوخت بهتر نسبت به خودروهای معمولی و بدون شارژ کردن طی کنید.



مفهوم تکنولوژی هیبریدی:

طبیعتاً درجه هیبرید سازی خودروهای ترکیبی گوناگون است. مثلاً یک خودرو کامل (فول) و یا خودروی دیگر Mild هیبریدی شده و دیگری در سطح میکروهیبرید می باشد. البته بسته به نوع سیستم هیبریدی مورد استفاده نیز سیستم انتقال قدرت آن ها با هم متفاوت است. برای اینکه بهتر متوجه شویم که تکنولوژی هیبریدسازی چگونه عمل می کند، بهتر است که به پنج شاخصه (تکنولوژیکی) که خودروهای هیبریدی را از خودروهای معمولی جدا می کند نگاهی بیندازیم.
 برای اینکه یک خودروی هیبریدی واقعی داشته باشیم می بایست خودروی ما سه مشخصه اول را حتماً داشته باشند. اما ویژگی های چهارم و پنجم موجب می شوند تا خودروی شما مصرف انرژی فوق العاده بهینه و عملکرد میدانی مناسبی داشته باشد.



5 ویژگی هیبرید سازی:

  • قابلیت Idle-off
  • استفاده از انرژی بازیافتی ترمزها
  • دستیار انرژی و کوچک سازی موتور (تا این مرحله هیبریدسازی درجه Mild صورت گرفته است)
  • رانندگی در حالت الکتریکی به تنهایی (تا این مرحله هیبریدسازی درجه full صورت گرفته است)
  • استفاده از انرژی الکتریکی و باتری (تا این مرحله هیبرید سازی Plug-in Hybrid گفته می شود؛ یعنی خودروهای هیبریدی که به متصل شدن به برق شهر نیازمند هستند.)



قابلیت Idle-Off

مانند یک سوییچ هنگامی که در یخچال بسته می شود، چراغ داخل یخچال را خاموش می کند، این قابلیت به خودرو این امکان را می دهد تا در زمانی که خودرو متوقف شده موتور احتراق داخلی را خاموش کند تا سوخت خودرو ذخیره شود. در سیستم هایی که به خوبی طراحی شده باشند، موتور احتراق داخلی دوباره در زمان بسیار کمی وارد مدار می شود (روشن می شود)، طوری که این زمان روشن شدن موتور کمتر از حالتی است که پای شما از روی پدال ترمز به سمت گاز حرکت می کند!
 هرچند خودرو در حالت الکتریکی خالص، موتور الکتریکی خود، نیازمند انرژی 100 ولت برای کار کردن خودرو است، در حالی که خودروهای معمولی نیازمند انرژی 12 یا 42 ولتی برای تأمین برق مورد نیاز است. (که بیشتر آن برای روشن شدن موتور استفاده می شود)
 برخی از سازندگان در تلاش هستند تا از مزیت های فناوری idle-off که به وسیله موتور الکتریکی برای هیبریدی نامیدن وسیله نقلیه در جاده تهیه می شود، استفاده کنند. ادعا بر هیبریدی بودن خودرو تا بدین جا (یعنی داشتن تنها اولین مشخصه) نمی تواند خیلی صادق باشد چون تا نداشتن دو ویژگی بعدی نمی توان خودرو را هیبریدی دانست. به یاد داشته باشید که تا بدین جا نیمی از قلب تپنده هیبریدسازی تحقق یافته است.



انرژی ترمز بازیافتی

انرژی که متناسب با حرکت خودرو است انرژی جنبشی نام دارد. هرچه خودرو سریع تر حرکت کند، خودرو دارای انرژی جنبشی بیشتری است. در خودروهای معمولی شما از اصطکاک موجود در ترمزها استفاده می کنید تا خودرو را متوقف کنید. در حقیقت قسمتی از انرژی جنبشی در ترمزها به گرما تبدیل می شود و در نهایت انرژی جنبشی آن کاسته می شود و خودرو متوقف می شود.
 در ترمزهای بازیافتی در حقیقت از موتور الکتریکی برای ترمز کردن به جای نیروی اصطکاک استفاده می شود. برای رسیدن به این امر می بایست موتور الکتریکی در نقش ژنراتور عمل کند، انرژی جنبشی خودرو را بازیابی کند و پس از تبدیل انرژی جنبشی (مکانیکی چرخ ها) به الکتریکی آن ها را در باتری ذخیره کند. این انرژی ذخیره شده در باتری در ادامه به خودرو کمک می کند تا بتواند انرژی جنبشی تولید نماید.
 برای صرفه جویی واقعی در مصرف سوخت در خودرو، باید از موتور الکتریکی به اندازه کافی بزرگ استفاده کنیم تا در ولتاژ بالا کار کند و بتواند از انرژی ترمزی با بازده مناسب بهره ببرد. همچنین خودرو به یک پک باتری با ظرفیت کافی نیازمند است تا انرژی لازم را تا مواقع ضرورت ذخیره نماید. برخی از سازندگان ادعا می کنند که از ترمزهای بازیاب انرژی استفاده می کنند ولی وقتی به سیستم دقیق تر نگاه می کنیم متوجه می شویم که با این انرژی ذخیره شده نمی توان سوخت را قطع نمود و خودرو را حرکت داد.



دستیار توان و کوچک سازی موتور:

یکی از تعاریف پایه ای خودروهای هیبریدی این است که بتوانند از دو منبع انرژی برای رساندن توان به چرخ ها استفاده نمود. توانایی تقسیم قدرت برای دخالت دادن موتور الکتریکی به طوری که بخشی از بارگذاری روی خودرو را بتواند پاسخ دهد در واقع یکی از اقدامات مهم برای پیشبرد تکنولوژی هیبرید است. خودرو تنها در زمانی می تواند از موتور الکتریکی به طور کارا استفاده کند که دارای ظرفیت بالا باشد و همچنین ظرفیت مناسب باتری، تا موتور الکتریکی در مواقع ضروری به شتابگیری خودرو کمک کند.
 در حالت دستیار توان در واقع استفاده از موتور احتراق داخلی به حداقل می رسد و یا موتور احتراق داخلی با بازدهی بالا کار می کند. در این مواقع تأمین انرژی خودرو همانند خودروهای معمولی با موتور بزرگ تر است. فرآیند کوچک سازی موتور به صورت فیزیکی صورت می گیرد یعنی تعداد سیلندرها یا حجم موتور به منظور دستیابی به سیکل پربازده کاهش می یابد.
 به طور مثال تویوتا و فورد در اکثر خودروهای هیبریدی خود موتور را کوچک تر کرده اند در حالی که از چرخه آتکینسون جهت بهبود بازدهی موتور احتراق داخلی بهره برده اند. نحوه کار این چرخه بدین صورت است که مرحله مکش و تراکم در موتورهای چهار زمانه کوتاه تر از مرحله احتراق و تخلیه طراحی شده است. این عمل به تنهایی موجب کم کردن توان خروجی موتور می شود ولی در عوض مصرف سوخت بهینه می شود. خودروهایی که سه ویژگی فوق الذکر را تا بدین جا داشته باشند به درجه هیبرید سازی Mild دست یافته اند که می توان به خودروهای سیویک و آکورد از خودروسازی هوندا اشاره نمود.



حالت الکتریکی خالص

این تکنولوژی به خودرو این اجازه را می دهد تا در هنگام حرکت تنها از موتورهای الکتریکی جهت تولید انرژی پیشران استفاده کند. با این ویژگی درجه هیبریداسیون به full ارتقاء پیدا می کند مانند تویوتا پریوس و فورد اسکیپ. شاید متعجب شدن خریداران این گونه خودروها بدون دلیل نباشد، چون در هنگامی که خودرو روشن است هیچ گونه نویز یا صدایی تولید نمی شود. در این حالت از انرژی موجود در باتری استفاده می شود و موتور احتراق داخلی کاملاً خاموش می شود. در سرعت های پایین و شروع حرکت، موتورهای الکتریکی وارد عمل می شوند و در سرعت های خیلی بالا موتور احتراق داخلی نیز وارد مدار می شود.



افزایش محدوده مسافتی خودروهای باتری-الکتریک

قدم آخر در درجه هیبریداسیون استفاده از موتور الکتریکی با توان بالا به وسیله شارژ باتری از طریق Plug-in است. در این حالت خودرو می تواند 20 تا 60 مایل را با تکیه بر باتری ها طی کند. البته مزایای اصلی این نوع هیبریدسازی زمانی مشخص می شود که چه قدر راننده بتواند خودرو خود را به شبکه برقی متصل نماید تا باتری ها شارژ شود. بزرگ ترین مشکل در این مرحله از هیبریدسازی هزینه می باشد، چون این درجه از هیبریداسیون نیازمند پک های باتری بزرگ و گران قیمت به علاوه موتورهای الکتریکی با توان بالا و حجیم است تا خودرو بتواند خواسته راننده را اجابت کند.



سیستم انتقال قدرت:

تاکنون در مورد تکنولوژی خودروهای هیبرید به طور پایه ای بحث شده است. سیستم انتقال قدرت خودروهای هیبریدی متشکل از اجزاء فراوانی است که وظیفه انتقال توان تولید شده را بر سر چرخ ها دارند. در خودروهای هیبریدی سه نوع سیستم انتقال قدرت به چشم می خورد: سیستم انتقال قدرت سری، سیستم انتقال قدرت موازی، سیستم انتقال قدرت سری/موازی.

سیستم انتقال قدرت سری:

این نوع دارای ساده ترین ساختمان است. در هیبریدهای سری، موتور الکتریکی به تنهایی مسئول تولید نیروی کشش خودرو است. موتور الکتریکی منبع الکتریسیته خود را از باتری ها که به وسیله موتور احتراق داخلی شارژ می شود به دست می آورد و هم به طور مستقیم از ژنراتور که خود به وسیله موتور احتراق داخلی رانده می شود. در حقیقت سیستم کنترلی مشخص می کند که چه میزان توان باید از سوی باتری گرفته شود یا موتور/ژنراتور. موتور/ژنراتور و ترمزهای بازیاب وظیفه شارژ باتری را به عهده دارند. در هیبرید سری معمولاً از موتور احتراق داخلی کوچک استفاده می کنند (چون در واقع بار اصلی جاده بر روی موتور الکتریکی است) ولی در عوض از باتری هایی با ظرفیت بالاتر نسبت به هیبرید موازی بهره می برند. موتور الکتریکی و باتری بزرگ به همراه استفاده از ژنراتور به قیمت هیبریدهای سری نسبت به هیبریدهای موازی افزوده است.
 از طرفی موتورهای احتراق داخلی معمول به خاطر افزایش یا کاهش سرعت و بارهای متفاوتی که از سوی جاده بر روی موتورها اعمال می شود اغلب دارای بازده مناسبی نیستند. در هیبریدهای سری موتور احتراق داخلی در بهترین شرایط کارای کار می کند چون چرخ ها به موتور احتراق داخلی به طور مستقیم متصل نیستند. این بدان معناست که موتور احتراق داخلی در هیبرید سری در بازه تغییراتی زیاد توان کار نمی کند و در بارگذاری های مختلف که روی خودرو اعمال می شود موتور احتراق داخلی توان ثابت و پایداری تولید می کند و در این شرایط موتور در بهینه ترین حالت خود کار می کند. در هیبرید سری نیاز به سیستم انتقال قدرت چند سرعته و کلاچ نیست. سیستم انتقال قدرت هیبرید سری بهترین عملکرد در خودروهای شهری دارد. این سیستم می تواند برای اتوبوس ها و خودروهای شهری مصرف بیشتری داشته باشد. در حالت کلی برای مصارفی که خودرو نیاز به ایستادن و حرکت در سیکل های بسیار زیاد است سیستم هیبرید سری مناسب است.



سیستم انتقال قدرت موازی:

در سیستم انتقال قدرت موازی هم موتور الکتریکی و هم موتور احتراق داخلی در به حرکت آوردن خودرو نقش دارند. در حقیقت سیستم کنترلی دقیق موجود در این نوع سیستم های هیبرید، تصمیم گیری لازم را برای کار کردن این دو منبع توان انجام می دهد. شرکت هوندا سیستم یکپارچه موتور الکتریکی دستیار را IMA نامیده است. در سیستم های هیبرید موازی می توان از پک های باتری کوچک تری استفاده کرد. در زمانی که انتظار زیادی از شتاب نداشته باشیم هیبرید موازی موتور الکتریکی را به عنوان ژنراتور استفاده می کند تا باتری ها شارژ شود.



به خاطر اینکه موتور به طور مستقیم به چرخ ها متصل است، اتلاف انرژی در اثر تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و بالعکس بسیار ناچیز است که موجب می شود هیبرید موازی در عملکرد اتوبانی موفق تر باشد. به علت اتصال مستقیم موتور احتراق داخلی به چرخ ها می توان بیان کرد که سرعت نهایی خودرو افزایش چشم گیری خواهد یافت و این نوع هیبریدها برای مصارف شهری نسبت به هیبرید سری بسیار ناکارآمد پیش بینی می شوند.



سیستم انتقال قدرت سری/موازی:

این نوع سیستم انتقال قدرت تلفیقی از مزایای هیبرید موازی و هیبرید سری را دارا می باشد. با ترکیب دو طراحی، چرخ ها به طور مستقیم به موتور احتراق داخلی متصل شوند همچنین موتور احتراق داخلی می تواند به طور غیرمستقیم به چرخ ها متصل شود تا موتور الکتریکی به تنهایی بتواند خودرو را حرکت دهد. تویوتا پریوس و فورد اسکیپ از این سیستم انتقال قدرت بهره می برند. نتیجه ای که از این سیستم انتقال قدرت دوگانه می توان گرفت که موتور احتراق داخلی در این سیستم در بازه نزدیک به بهینه کار می کند که برای ما بسیار ارزشمند است. در سرعت های پایین این سیستم در حالت سری کار می کند در حالی که با افزایش سرعت (چون سیستم سری کم بازده تر است) موتور احتراق داخلی بر اوضاع مسلط می شود و اتلاف انرژی حداقل می شود (در حقیقت سیستم به حالت موازی می رود). این سیستم نسبت به سیستم موازی دارای هزینه بیشتری است چون از پک باتری بزرگ تر، ژنراتور و سیستم های کنترلی بیشتر ساخته می شود.



 در حالت کلی می توان این نتیجه را گرفت که سیستم انتقال قدرت سری/موازی دارای عملکرد بهتری نسبت به دو سیستم یاد شده دیگر است.


  درحال بررسی ...

نظرات شما

• نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
• لطفاً از نوشتن بصورت پینگلیش، اجتناب نمایید.
• نظرات حاوی توهین، عبارات غیر اخلاقی، سیاسی و مطالب غیر مرتبط پذیرفته نمی شوند.

لطفا نام خود را وارد کنید
لطفا آدرس ایمیل را بصورت صحیح وارد کنید
آدرس وب سایت اشتباه است
لطفا نظرتان را بنویسید