خودروهای هیبریدی (Hybrid Vehicles)
خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الكتریكی یك خودرو الكتریكی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندك همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می كند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب كرده است خودرو های هیبریدی می توانند سرعت و مسافت بیشتری نسبت به انواعی كه موتورهای درون ساز دارند داشته باشند، با این حسن بزرگ كه شارژباتری هایش هرگز تمام نمی شود بازدهی این خودروهابسیار بالا بوده و میزان تولید آلودگی شان كاهش یافته است. به همین دلیل بسیاری از كارخانه ها از سال 1999 تولید خودروهای هیبریدی را به صورت انبوه آغاز كرده اند.
تاریخچه خودروی هیبریدی
یك مهندس آمریكائی به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 یك ماشین هیبریدی ساخت كه قادر بود در طی 10 ثانیه تا 25 مایل شتاب بگیرد. موتور این خودرو تركیبی از موتور بنزینی و موتور الكتریكی بود كه امروزه به عنوان موتور هیبریدی شناخته میشود. Piper در سه سال و نیم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پیشرفت سریع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنین قابلیت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پایین بودن قیمت سوختهای فسیلی و مطرح نبودن آلودگی محیط زیست، سبب عدم توجه به این نوع خودروها شد. در پی بحرانهای نفتی سالهای 1970 دوباره این خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولی تا سال 1990 كه كار اصولی با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمریكا آغاز گردید، این خودروها به طور جدی پیگیری نشدند.
امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجه كمپانیهای بزرگ جهان قرار گرفته اند كه از آن جمله میتوان به شركتهایی مانند: تویوتا، هندا، میتسوبیشی، فورد، فیات، جنرال موتورز، دایملر كرایسلر، نیسان و پژو و ... اشاره نمود. توفیق این محصولات به حدی چشمگیر بوده كه از دسامبر سال 1997 تا ابتدای سال 2000 بیش از چهل هزار محصول پریوس كمپانی تویوتا به فروش رسیده است.
خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی – یك واحد تبدیل انرژی (همچون یك موتور احتراق یا پیل سوختی) و یك وسیله ذخیره انرژی (هم چون باتری هل یا فرا خازن ها)- توان می گیرند . واحد تبدیل انرژی امكان قدرت گرفتن از بنزین ، متانول ، گاز طبیعی فشرده ، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد. خودروهای هیبریدی این پتانسیل را دارنئ كه 2 تا 3 برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند. خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی طراحی سری یا تركیبی از هر دو باشند. در یك طراحی موازی ، واحد تبدیل انرژی و سیستم محركه الكتریكی مستقیما به چرخ های خودرو مرتبط شده اند. موتور اصلی برای رانندگی در بزرگراه ها استفاده می شود ، موتور الكتریكی توان اضافی را هنگام پیمودن سر بالایی ها ، شتاب گرفتن و مواقع دیگر كه توان بالای خودرو نیاز باشد فراهم می آورد.در یك طراحی سری ، موتور اصلی به یك ژنراتور تولید كننده الكترسیته مرتبط است . الكتریسیته باتری هایی را شارژ می كند كه موتور الكتریكی را كه به چرخ ها توان می دهد به كار می اندازد. بر خلاف خودروهای الكتریكی ، خودروهای هیبریدی نیازی به اتصال به برق شهر ندارند. در عوض آنها با ترمز واكنشی یا ژنراتور شارژ می شوند.
اجزاء خودروهای هیبریدی
خودروهای هیبریدی یك تركیب بهینه از اجزای مختلف هستند.یك نمونه خودرو هیبریدی را دیاگرام بالا می بینید.
كنترل كننده ها / موتور كشنده الكتریكی
سیستم های ذخیره كننده انرژی الكتریكی ، همچون باتری ها و فراخازن ها
واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای ، موتورهای انژكتور مستقیم احتراق تراكمی (دیزل) توربین های گازی و پیل های سوختی
سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی
جعبه دنده (گیربكس)
برای كمك به گازهای خروجی و بهبود كارایی های خودرو ، اجزاء وسیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند :
سیستم های كنترل گازهای خارجی
مدیریت انرژی وكنترل سیستم ها
مدیریت حرارتی اجزاء
وزن پایین وایرو دینامیك بدنه / شاسی
مقاومت غلطشی پایین (شامل طراحی بدنه وتایرها )
كاهش بار لوازم اضافی
كنترل كننده ها / موتورهای هیبریدی
موتورهای كارگران پر كار سیستمهای راننده خودروهای هیبریدی هستند ، یك موتور كشنده الكتریكی ، انرژی الكتریكی واحد ذخیره انرژی را به انرژی مكانیكی كه چرخ های خودرو را به حركت در می آورد.بر خلاف خودروهای معمول كه برای بدست آوردن گشتاور كامل ، موتور باید سرعت بگیرد موتور الكتریكی گشتاور كامل رادر سرعت های پایین نیز فراهم می كند. همین مشخصه شتاب غیر خطی عالی به خودرو می دهد . مشخصه های مهم موتور خودروی هیبریدی شامل كنترل خوب رانندگی با خطای مجاز صدای كم وراندمان بالا می باشد. مشخصه های دیگر شامل انعطاف پذیری مربوط به نوسان ولتاژ و البته قابل قبول بودن قیمت تولید انبوه می شود. تكنولوژی موتور جلو برنده برای كاربردهای خودروی هیبریدی شامل آهنربای دائمی ، القای جریان متناوب و موتورهای مقاومت مغناطیسی متغییر می باشد.
باتری خودرو هیبریدی
باتری ها یك از اجزای ضروری خودروخهای هیبریدی هستند . گر چه تعداد كمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند اما هیچ كدام از باتری های رایج یك تركیب قابل قبول اقتصادی از توان ، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند. ویژگیهای مطلوب باتریهای با توان بالا برای كاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است : پیك و توان مخصوص تكانه بالا ، انرژی مخصوص بالای توان تكانه ، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه كردن بهره بری ترمز واكنشی و طول عمر طولانی . روش ها و طراحی های در حال توسعه برای هماهنگی مجموعه به صورت الكتریكی و حرارتی ، روشهای دقیق در حال پیشرفت برای تعیین وضع شارژ باتری ، باتریهای بادوام در حال پیشرفت و قابلیت بازاریابی ، چالش های تكنیكی دیگر هستند.
فراخازن های خودروهای هیبریدی
فراخازنها انرژی مخصوص بالاتری دارند و نوع قویتری از خازن های الكترولیتی هستند كه انرژی را به عنوان شارژ الكتریسته ساكن ذخیره می كنند. فراخازنها سیسمتهای الكتروشیمیایی هستند كه انرژی را در لایه ای از مایع قطبیده شده در سطح مشترك مابین یك الكترولیت رسانای یونی و یك الكترود رسانا ذخیره می كنند . ظرفیت ذخیره انرژی با افزایش مساحت سطح مشترك افزایش می یابد. فراخازنها به عنوان اولین ابزار برای كمك به توان موتور در شتاب گیری و سر بالایی رفتن هستند كه به هملن خوبی بازیافت انرژی ترمزگسترش پیداكرده اند فراخازنها به صورت بالقوه به عنوان دومین شیوه ذخیره انرژی در خودروهای هیبریدی ، برای تامین توان بار گذاری باتری های شیمیایی سودمندند. الكتریسیته اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در مواقعی كه چگالی انرژی پایین است مورد نیاز است.
پیل های سوختی خودروهای هیبریدی
پیل های سوختی به واسطه یك واكنش الكتروشیمیایی كه هیدروژن را با اكسیژن در هوای محیط تركیب می كند ، الكتریسیته تولید می كنند.هیدروژن خالص یا هر سوخت فسیلی دیگری كه اصلاح شده باشد می تواند برای تولید گاز هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد. متانول یك انتخاب معمول برای سوخت است. تنها گاز خروجی پیل سوختی بخار آب است كه توان بالقوه آن را به عنوان تمیزترین واحد توان هیبریدی می رساند. راندمان ، صدای كم ، قابلیت اطمینان و راندمان تبدیل انرژی تا 50% پیش بینی شده پیلل های سوختی ، نشان می دهد كه به طور نسبه مشخصه های خودروی هیبریدی در قیاس با راندمان 20-25 درصد موتورهای بنزینی احتراق داخلی مناسب تر هستند.
انتشارات پایین و راندمان بالا
تفاوت در گازهای خروجی خودروهای الكتریكی هیبریدی بستگی به خودرو و پیكر بندی اجزا آن دارد. ولی به طور كلی خودروهای هیبریدی گازهای خروجی كمتری نسبت به خودروهای معمولی دارند چرا كه در موتور این خودروها یك موتور الكتریكی به همراه یك موتور احتراق داخلی دارد و موتور الكتریكی در بسیاری از مواقع جبران كننده موتور احتراق داخلی است بنابراین مصرف سوخت و گازهای خروجی كاهش می یابد ، در ضمن این خودروها قادرند فقط با موتورالكتریكی كار كنند كه باعث كاهش آلودگی می شود.هیبریدهابه سادگی كار كرد موتور را كنترل می كنند و این عمل خورو را دارای راندمان بیشتر و آلودگی كمتر می كند.
مقایسه عملكردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هیبرید
خودروهای برقی گرچه به عنوان اولین راهكار برای كاهش میزان آلودگی معرفی گردیده اند اما به علت آنكه در سیكلهای رانشی طولانی با مشكل ر وبرو می شوند از اینرو حضور موفقی نداشته اند و در حقیقت با شكست مواجه گردیده اند .ایده خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محركه رانشی نه تنها مشكل آلودگ ی و مصرف خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محركه رانشی نه تنها مشكل آلودگ ی و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلكه مشكلات ناشی از خودروهای برقی خالص را حل نموده است .واین مزیت خودروهای هایبرید برقی نسبت به خودروهای برقی خالص می باشد.
منابع :
کد:
http://www.asame.ir/article_view.php?id=260
کد:
http://web.mit.edu/2.972/www/reports/hybrid_vehicle/hybrid_electric_vehicles.html
خبرنامه انجمن خورشید ایران
Edit by : Pooya Makarachi پویا ماكاراچی
