خودرو های هیبریدی چگونه کار می کنند؟

میزان مصرف سوخت ماشین، همیشه به عنوان یکی از بزرگ‌ترین معضلات در میان طراحان صنعت خودروسازی مطرح بوده است. طی سال‌های اخیر با توجه به مصرف بالای سوخت‌های طبیعی، هزینه بسیار بالای آن و همچنین آسیبی که در اثر مصرف سوخت به محیط زیست می‌رسد، مدت‌ زیادی است نسل جدید اتومبیل‌ها به سمت برقی‌شدن و جایگزین شدن سوخت‌های دیگر به جای سوخت‌های طبیعی می‌رود و تولید خودروهای هیبریدی و برقی رونق گرفته است.
اما برای جایگزین کردن خودرو های هیبریدی با خودرو های بنزینی ، اول از همه باید بدانیم که چگونه کار می کنند و نقاط قوت و ضعف این نوع خودرو ها را به خوبی بشناسیم .

خودرو هیبریدی چیست؟

به طور کلی هیبرید Hybrid به معنی دوگانه و ترکیبی می باشد. خودرو هیبریدی به خودروهایی اطلاق می شود که دارای سیستمی از یک موتور بنزینی معمولی، موتور الکتریکی و یک باتری قابل شارژ می باشد که هر سه در یک خودرو جای گرفته اند .

یک ماشین هیبریدی، انرژی الکتریکی تولید شده توسط موتور الکتریکی را در باتری خود ذخیره کرده و با ترکیب انرژی احتراقی بنزین یا گازوئیل کار می‌کند؛ البته در بعضی از انواع آن ممکن است که انرژی الکتریکی باتری؛ توسط سیستم احتراقی داخلی یا از ترمزهای احیا شونده تولید شود.

از آنجا که امروزه به دلیل قیمت بالای بنزین این خودروها بسیار مورد استقبال قرار گرفته اند، باعث شده تا قیمت بیشتری را در بازار خودرو به خود اختصاص دهند.

خودروی هیبریدی به دلیل بهره‌وری بیشتری که نسبت به خودروی معمولی دارد، بنزین کمتری مصرف می‌کند و به محیط‌ زیست لطمه کمتری وارد می‌کند. در‌واقع، یک معامله برد-برد است. یک خودروی کاملا الکتریکی از خودروی هیبریدی هم کارآمدتر است. چون کارایی موتورهای الکتریکی 3-4 برابر بیشتر از موتورهای بنزینی است.

اجزای سیستم خودرو هیبریدی

موتور بنزینی

موتور بنزینی که در این خودرو وجود دارد شباهت زیادی به موتورهای بنزینی خودروهای بنزینی دارد. ولی این موتور کوچکتر و نیز دارای تکنولوژی بالاتری نسبت به خودروهای معمولی است که باعث کاهش الودگی و افزایش کارایی میشود.

باک بنزین خودرو هیبرید

باک بنزین در این نوع خودروها محل ذخیره انرژی برای موتور بنزینی است.بنزین چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری دارد به عنوان مثال 1000 پوند باتری معادل 1 گالون (7 پوند) بنزین انرژی دارد.

موتور الکتریکی هیبریدی

موتور الکتریکی در خودروهای هیبریدی خیلی پیشرفته هستند این موتور پیشرفته هم به عنوان یک موتور قادر به انجام کا ر است و هم به عنوان ژنراتور به عنوان مثال زمانی که به این موتور نیاز است موتور با استفاده از باتری ها قادر خواهد بود شتاب مورد نظر را ایجاد کند و زمانی که خودرو نیازی به موتور الکتریکی ندارد مثلا در یک سراشیبی در حال حرکت است این موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور نیرو را به باتری ها بر میگرداند (با استفاده از سرعت در سراشیبی)

ژنراتور ماشین هیبرید

ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکترکی است با این تفاوت که ژنراتور فقط وظیفه تامین الکتریسیته مورد نیاز موتور را بر عهده دارد نه کار دیگر.ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی سری به کار میرود. خودروهای هیبریدی سری در ادامه توضیح داده خواهد شد.

باتری خودرو هیبریدی

باتری ها در خودروی هیبریدی یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند . برخلاف بنزین موجود در باک بنزین که میتواند فقط به موتور بنزینی سوخت برساند (یک انتقال یک طرفه از باک بنزین به موتور بنزینی). موتورهای الکتریکی علاوه بر کار فوق میتوانند انرژی را به باتری پس دهند. ولی موتور بنزینی نمیتواند چنین کاری را انجام دهد.

انواع خودرو های هیبریدی

در کلی ترین حالت ممکن خودروهای هیبریدی را می توان در 6 گروه تقسیم بندی کرد:

خودروی هیبریدی سری (Series Hybrid)

این نوع خودروی هیبریدی را به عنوان ساده ترین نمونه موجود معرفی می کنند، برخلاف دیگر هیبرید ها در این نمونه نقش موتور احتراقی جهت هدایت خودرو بسیار کمرنگ است. موتور بنزینی در خودرو های هیبرید سری مستقیماً با یک ژنرانور در ارتباط است و بیشتر به عنوان یک مولد برق ایفای نقش می کند. در چنین هیبرید هایی، خودرو بدون دخالت سوخت حرکت می کند، به عبارتی با یک خودروی کاملا الکتریکی روبرو هستیم همین عامل سبب شده خودرو برقی نام دیگر این نوع خودروهای هیبریدی باشد. از آنجا که نمی توان انرژی الکتریکی را همچون انرژی های شیمیایی در حجم های زیاد ذخیره سازی کرد، برد این نوع هیبریدهاکم است و برای طی کردن مسافت های طولانی اصلاً ایده آل نیستند، حتی افزایش تعداد باتری ها نیز به دلیل محدودیت های موجود همچون هزینه و سنگین شدن وزن خودرو نتوانسته مشکل گشا باشد. شاید کاهش آلاینده ها را بتوان مهمترین ویژگی خودروی هیبریدی سری دانست.

خودروی هیبریدی موازی (Parallel Hybrid)

خودروهای Honda Insight و Volvo XC90 دو نمونه از محبوب ترین هیبریدهای موازی هستند. در این نوع خودروی هیبریدی اگرچه امکان استفاده از موتور الکتریکی به تنهایی وجود ندارد (مگر در مسافت هایی بسیار کوتاه) اما پشتیبانی موتور بنزینی در طول مسیر بر عهده موتور الکتریکی است. به واقع هنگامی که خودرو شتاب می گیرد این موتور الکتریکی است که انرژی اضافی را تولید می کند، به همین خاطر است که نام موازی بر چنین هیبرید هایی گذاشته اند یعنی هر دو موتور به موازات هم در به حرکت در آوردن خودرو تلاش می کنند و با قدرت بیشتری خودرو را به جلو می رانند.

از مزایای خودروهای هیبریدی موازی در مقایسه با نمونه های سری، می توان به باتری های کوچکی اشاره کرد که ظرف مدت کوتاهی شارژ می شوند. به طور کلی هیبردهای موازی محبوب تر و پرفروش تر از هیبریدهای سری هستند اما وابستگی زیاد آنها به موتور های احتراقی یکی از معایب چنین خودرو هایی است.

خودروی هیبریدی ترکیبی یا مختلط (Series-Parallel Hybrid)

همان گونه که از نامشان بر می آید این نوع خودرو ها از کنار هم قرار گرفتن تکنولوژی هیبرید موازی و سری ایجاد شده اند. در خودروی هیبرید ترکیبی سعی شده با حفظ مزایای هیبرید سری و موازی معایبی که در هر مورد به صورت جداگانه به چشم می خورد حذف شوند. در خودروی هیبرید ترکیبی، موتور بنزینی تنها زمانی فعال می شود که انرژی بیشتری مورد نیاز است مانند زمانی که خودرو سرعت می گیرد یا به هنگام بالا رفتن از یک تپه، ولی در سرعت های پایین این تنها موتور الکتریکی است که خودرو را به حرکت در می آورد. با هر توقفی، موتور بنزینی به صورت اتوماتیک خاموش و موتور الکتریکی شروع به کار می کند تا بدین سان بتوان در مصرف سوخت صرفه جویی کرد، با فشردن مجدد پدال گاز، موتور بنزینی بار دیگر کنترل خودرو را به دست می گیرد. این نوع از خودروهای هیبریدی با این که توانستند برخی از معایب را حذف کنند اما کماکان دچار مشکلند. هزینه گزاف در کنار پیچیدگی های زیاد از بارزترین مشکل چنین هیبرید هایی است.

خودروی هیبریدی ملایم (Mild Hybrid)

هیبرید های ملایم عملکردی مشابه هیبرید های موازی دارند، به این معنا که موتور الکتریکی به تنهایی قابل استفاده نیست مگر این که به موازات موتور احتراقی به کار گرفته شود. با توجه به نقش اندک موتور الکتریکی در حرکت خودرو، نیازی به استفاده از باتری های قوی با قابلیت ذخیره سازی مقدار زیاد انرژی وجود ندارد بنابراین از لحاظ هزینه مقرون به صرفه است و از دیگر خودروهای هیبریدی ارزان تر می باشد.

خودروی هیبریدی فول یا تمام هیبرید (Full Hybrid)

در خودرو های تمام هیبریدی امکان استفاده همزمان از موتور برقی و احتراقی وجود دارد ضمن این که راننده می تواند برحسب نیاز تنها یکی را برگزیند. آنچه این نوع خودروی هیبریدی را از نوع ملایم متمایز می سازد این است که خودرو می تواند تنها با تکیه بر موتور الکتریکی حرکت کند اما قبل از آن باید یکسری بررسی هایی انجام شود مثلا باتری ها باید کاملا شارژ باشند، موتور های الکتریکی قادرند خودرو را تنها برای مسافت های کوتاهی (چیزی حدود 30 کیلومتر) هدایت کنند و نهایتا این موتور های بنزینی هستند که بخش عمده کار را انجام می دهند. در خودرو های تمام هیبریدی نیز همچون نوع موازی و ملایم این انرژی ترمز است که باتری را شارژ می کند.

خودروی هیبردی شارژی (Plug-in Hybrid)

همانند مواردی که در بالا ذکر شد، خودرو هایی هیبریدی پلاگین یا شارژی نیز به عنوان یک هیبرید از ترکیب دو موتور بنزینی و الکتریکی حاصل شده اند. خودرو های هیبرید شارژی از باتری های بزرگ تر با قدرت بیشتری بهره میبرند به طوری که تنها در صورتی موتور بنزینی شروع به کار می کند که باتری ها کاملاً تخلیه شده باشند. این خودرو ها با اتصال به پریز های برق در ایستگاه های شهری هم می توانند مجددا شارژ شوند (مزیتی که در هیبریدهای ملایم و تمام هیبرید جای خالیشان کاملا احساس می شود). برای فردی که روزانه مسافت های کوتاهی را طی می کند امکان استفاده از خودروی هیبریدی شارژی حتی بیش از یک ماه بدون این که اصلاً نیازی به سوخت داشته باشد نیز میسر است چرا که هیبریدهای پلاگین به کمک موتور الکتریکی قادرند چیزی حدود سی تا پنجاه کیلومتر را طی کنند.

نحوه کارکرد خودرو های هیبریدی

خودروهای هیبریدی برای تامین انرژی از دو یا چند منبع بهره می برند و از سوخت هایی مانند گازهای پروپان، سی ان جی، هیدروژن و حتی انرژی خورشید برای حرکت استفاده می کنند. البته به این بدان معنا نیست که پس از اتمام یک سوخت به سراغ سوخت دیگری می رود بلکه این سیستم قابلیت این را دارا می باشد که در هر زمانی بر حسب نیاز نوع سوخت جایگزین دیگری می شود.

البته نوع تکنولوژی که در این نوع از خودروها استفاده می شود بستگی به شرکت سازنده دارد و با یکدیگر متفاوت است. از مزایای این خودرو کاهش در مصرف سوخت است و همچنین کاهش آلایندگی محیط زیست از اینرو به خودروهای دوستدار طبیعت یا خودرو سبز هم شهرت یافته اند.

در این نوع خودروها موتور بنزینی نسبت به دیگر خودروها کوچکتر است یعنی سوخت بنزینی آن کم می باشد و تنها برای شتاب گرفتن خودرو در سربالایی ها به کمک موتور برقی خودرو می آید.

طرز کار خودروهای هیبریدی در برخی از به وسیله موتور احتراقی و انرژی حاصل از آن شارژ می شود و در برخی دیگر انرژی مورد نیاز خود را از راه جذب انرژی از ترمز خودرو فراهم می کند.

اولین بار خودروهای هیبریدی به صورت گسترده توسط کمپانی تویوتا وارد بازار خودرو شد.

برخی دیگر از انواع خودرو هیبریدی از درگاه های برق مخصوص شارژ می شوند و در نوعی دیگر از آنها انرژی جنبشی که در زمان ترمزگیری هدر رفته است را به صورت الکتریسیته در باتری ذخیره می کند و سپس مورد استفاده قرار می گیرد. در این مدل، موتور بنزینی در زمان پارک یا توقف خودرو در ترافیک و یا پشت چراغ قرمز موتور خاموش شده و موتور الکتریکی فعال شده در نتیجه منجر به مصرف سوخت کمتر و کاهش آلایندگی می شود. تغییری که در نوع سوخت و انرژی این مدل از خودرو صورت می گیرد کاملا هوشمندانه بوده و مستقیما توسط کامپیوتر مرکزی کنترل و اجرا می شود.

خودرو هیبریدی قابلیت استارت موتور بنزینی را بدون نیاز به موتور شروع کننده دارا می باشند به همین دلیل قادر به خاموش کردن موتور به صورت یکنواخت برای روشن کردن، توقف و حتی بعد از آزاد شدن پدال ترمز می باشند که با این تکنولوژی پیشرفته از اتلاف سوخت جلوگیری می کند.

مدت زمان شارژ خودرو هیبریدی

خودرو هیبریدی دارای دو یا چند منبع تغذیه برای سوخت است همین امر باعث می شود تا در مدل های مختلف آن، مدت زمان شارژ خودرو هیبریدی متفاوت باشد. باتری خودرو هیبریدی از نوع لیتیوم – یون می باشند که باید توجه داشت در صورتی که از آنها استفاده نشود باتری خودرو خالی می شود. خودروسازان عنوان کرده اند که عمر باتری خودرو هیبریدی حداقل پنج سال است اما با توجه به اینکه 70 درصد از ظرفیت اصلی باتری خودرو قبل از پنج سال تمام می شود شما می توانید 8 تا 10 سال از باتری اصلی این خودرو بهره ببرید.

باتری های خودروهای هیبریدی توسط یک پریز سه شاخه برق و شارژر 120 ولتی تامین می شود که مدت زمان شارژ خودرو هیبریدی 20 ساعت می باشد.

همین زمان برای خودرو هیبریدی پلاگین حدود 240 ولت با مدت زمان 8 الی 12 ساعت با کاهش روبرو است.

اما خودروهای برقی از آنجا که دارای یک منبع تغذیه سوخت آنهم از نوع برق می باشند دارای شارژ 480 ولت با مدت زمان کمتر از 30 دقیقه حدود 80 درصد شارژ خواهد شد.

مصرف سوخت خودروهای هیبریدی

سوخت خودروهای هیبریدی ترکیبی است و شامل: گازهای پروپان، سی ان جی، هیدروژن یا انرژی خورشید می باشد. به دلیل سوخت ترکیبی مصرف سوخت خودروهای هیبریدی کم است. نکته قابل توجهی در مورد تعیین مصرف سوخت خودروهای هیبریدی وجود دارد این است که به دلیل ترکیبی بودن نوع سوخت آن دقیقا قابل اندازه گیری نمی باشد.

جمع بندی

خودرو های هیبریدی مدام در حال بهتر شدن هستند و هر نمونه ای که روی کار می آید مدت ها بعد جای خود را به نمونه ای جدیدتر با قابلیت های بیشتر می دهد، چنین خودرو هایی در کاهش آلودگی ها سهم زیادی دارند و انتظار می رود در آینده ای نزدیک بتوانند بدون محدودیت در هر مسافت و هر شرایطی مورد استفاده قرار گیرند.