تعریف هیبرید

به وسیله نقلیه ای هیبرید گفته میشود که برای تولید نیروی محرکه از دو یا چند منبع انرژی بهره گیرد. در عمل خودروی هیبریدی ، خودرویی است که علاوه بر موتور سوختی و باک سوخت معمول، یک یا چند موتور الکتریکی با یک پک باتری دارد.
خودروهای هیبریدی بیشتر اوقات با خودروهای الکتریکی اشتباه تصور میشوند. این نوع خودروها اغلب از انرژی هایی که توسط احتراق سوخت به هدر میرود به منظور استفاده مجدد و شارژ کردن باتری خود استفاده می کنند. از لحاظ تئوری خودروهای هیبرید مثل الکتریکی-دیزلی بهره وری سوخت بهتری دارند.شاید تصور کنید به دلیل وجود دو منبع انرژی هزینه سوخت رسانی به این نوع خودروها بالا باشد اما آمارها نشان میدهد استفاده از خوروهای هیبریدی به مراتب هزینه های کمتری نسبت به خودروهای سوختی دارد.

واژه نامه خودروهای هیبریدی

در زیر نگاهی خواهیم داشت به برخی کلمات که در اشاره به خودروهای هیبریدی بکار میروند:

موتور – ژنراتور

اصطلاح دقیق تری برای موتورهای الکتریکی است. این نوع موتورها شتاب مکملی را در خودرو از طریق تبدیل نیروی الکتریکی  بوجود می آورند. اغلب هیبرید ها از دو موتور-ژنراتور و تعداد کمی از مدل ها از سه عدد استفاده می کنند.

توقف-شروع

سیستمی که در حال حاضر در تمام هیبرید ها وجود دارد و میتواند استارت خودرو را غیر فعال کند چون موتور-ژنراتور این کار را انجام خواهد داد. نرم افزار کنترل هیبرید که در این سیستم وجود دارد بدین صورت عمل می کند که وقتی خودرو در ترافیک یا پشت چراغ قرمز متوقف می شود موتور را خاموش کرده و هنگامی که راننده پای خود را از روی پدال ترمز بر می دارد از طریق موتور الکتریکی، آن را روشن میکند. این امر سبب کاهش مصرف سوخت خودرو و آلودگی به خصوص  در مناطق شهری شود.

احیا کننده ترمز

یکی از وظایف اصلی موتور-ژنراتور تولید الکتریسیته به منظور شارژ دوباره باتری است و این کار را  از طریق سیستم احیا کننده ترمز با جذب انرژی حرکت خطی خودرو در سراشیبی ها یا هنگام کاهش سرعت انجام می دهد. اغلب خودرو ها این انرژی را بصورت گرما از طریق ترمزها به هدر میدهند اما استفاده از احیا کننده ترمز و استفاده از انرژی تلف شده باز هم ناکافی است در نتیجه استفاده از ترمز معمولی هیدرولیکی همچنان ضروری می باشد.

هیبرید های متوالی

یکی از قدیمی ترین نوع هیبرید ها می باشد. لوکومتیوهای  هیبرید دیزلی-الکتریکی و کشتی ها در قرن گذشته از این سیستم ترکیبی استفاده می کردند. در خودروهای هیبرید متوالی، موتور الکتریکی به تنهایی وظیفه حرکت چرخ ها را دارد بنابراین موتورها باید بزرگ و قدرتمند باشند. در خودروهای با سیستم هیبرید متوالی انرژی الکتریکی خالص تولید نمی شود و موتور سوختی با احتراق سوخت فسیلی تولید انرژی الکتریکی کرده و گازهایی گلخانه ای را بصورت دود ار اگزوز خارج می کند.

امروزه خودروسازان در تولید خودروهای هیبرید متوالی به جای سوخت بنزین ، از پودر هیدروژن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند که این نوع خودروها به عنوان خودروهای “سلول الکتریکی-سوختی” یا (FCEV) شناخته میشوند که انتظار میرود امسال در تعداد کم روانه بازار جهان شود.

اجزای کلی یک خودروی هیبریدی

هیبریدهای موازی

ساده ترین و ارزان ترین نوع هیبریدهای مورد استفاده در خودروهای امروزی هستند. در هیبرید های موازی قدرت خروجی موتور سوختی و الکتریکی باهم ترکیب شده و قبل از ورود به سیستم انتقال قدرت قرار می گیرد. در این حالت موتور سوختی هیچ وظیفه ای جز تولید گشتاور ندارد و موتور الکتریکی باعث افزایش قدرت و شتاب خودرو می شود و اگر نیروی تولید شده بوسیله موتور الکتریکی به قدر کافی زیاد باشد میتواند در مسافت های کوتاه به تنهایی عامل حرکت خودرو باشد. در مدل هیبریدی شهری که توسط شرکت هوندا ارائه شده تنها عامل شارژ یاتری ها سیستم احیا کننده ترمز است.

هیبریدهای متوالی-موازی

همانطور که از نامش پیداست، خودروهای هیبرید متوالی – موازی از هر دو نوع بالا استفاده می کنند. در این نوع هیبرید موتور الکتریکی و موتور سوختی از طریق یک مسیر مجزا سیستم انتقال قدرت را تغذیه می کنند و  نیروی محرکه را قادر می سازد بصورت کاملا مستقل از طریق موتور الکتریکی یا موتور سوختی عمل کند. در حالت موازی، موتور-ژنراتور می توانست هم خروجی موتور را تقویت کند یا از طریق سیستم احیای ترمز،باتری را شارژ کند. در مدل های متوالی-موازی، موتور-ژنراتور اندازه قابل توجهی دارند زیرا  در این مدل ها موتور الکتریکی تنها عامل حرکت در مسافت های کوتاه و سرعت های پایین است و موتور سوختی قدرت خودرو را تامین می کند و همچنین می تواند هنگامی که موتور الکتریکی وظیفه حرکت خودرو را برعهده دارد، وظیفه شارژ باتری را هم بر عهده بگیرد.

در هیبرید های متوالی – موازی یک سیستم کامپیوتری هوشمند در خودرو تعبیه شده که وظیفه سنجش وضعیت باتری را بر عهده دارد تا در هنگام مناسب تصمیم بگیرد که خودرو در چه حالتی بیشترین بازدهی را دارد.این نوع هیبرید ها از سیستم انتقال قدرت CVT  بهره میگیرند که همین امر باعث گران تر شدن این نوع خودرو ها میشود ولی در قبال این گرانی بهره وری بیشتری نیز نسبت به سایر مدل ها دارند. در این نوع هیبرید ها زمان کم شدن شارژ باتری به نسبت افزایش سرعت خودرو بسیار پایین است و میتوان مسافت بیشتری را با آنها طی کرد. تمام مدل های هیبریدی شرکت تویوتا و لکسوس از هیبرید های متوالی – موازی بهره می گیرند.

هیبریدهای پلاگینی (دو شاخه ای)

این نوع هیبرید ها را نمیتوانیم به عنوان نوع چهارم هیبرید ها در نظر بگیریم زیرا هر مدل از هیبریدهای پلاگینی میتواند نوعی از سه مدل بالا باشد. این نوع هیبرید ها که اولین بار توسط شورولت در اواخر سال 2010 معرفی شد بصورت اختصاری PHEV  ها نیز شناخته میشوند و قابلیت این را دارند که با بکارگیری باتری بزرگی که در آنها تعبیه شده مسافت های طولانی را طی کرده و  از طریق نوعی پریز مخصوص که در آنها وجود دارد با برق شهری در هنگام توقف شارژ شوند. مزیتی که این مدل ها دارند این است که میتوان از طریق این خودرو ها مسافت های بسیاری را بصورت کامل از طریق نیروی الکتریکی طی کرد و هنگام خالی شدن شارژ، میتوان موتور سوختی را فعال کرده و ادامه مسیر را با آن طی کرد در برخی از مدل های جدید این تعویض بین موتورها بصورت خودکار انجام میشود حتی اگر خودرو با سرعت بالا در حرکت باشد. از این نوع هیبرید ها در خودرو های تویوتا پریوس و مدلی از هوندا آکورد استفاده شده است.

مدل هیبریدی تویوتا پریوس

درباره باتری ها

خودروهای هیبریدی معمولا از دو نوع باتری استفاده می کنند.

  1. نیکل-هیدرید فلزی: در اغلب خودرو  های هیبریدی امروزی استفاده میشود اما در خودروهای هیبرید پلاگینی به دلیل اندازه بزرگ و موثر نبودن استفاده نمیشود.
  2. لیتیوم – یون: این نوع باتری ها برای استفاده در خودروهای هیبرید پلاگینی بسیار با دوام و موثر است و بطور فزاینده ای در هیبریدهای جدید در حال استفاده است.این نوع باتری ها سبک تر هستند و ظرفیت بیشتری دارند.

با این وجود مهندسان باتری در تلاش اند نسل جدیدی از باتری ها را تولید کنند که علاوه بر سبکی ، ظرفیت بیشتری داشته باشد وهمچنین قیمت آن پایین باشد.

منبع edmunds