- مقدمه
امروزه با توجه به آلودگي‌هاي ناشي از خودروها و محدوديت‌هاي سوخت فسيلي، كارخانه‌هاي خودروسازي گام مهمي در مقابله با اين امر برداشته‌اند كه از جمله آنها مي توان به خودروهاي هيبريدي (Hybrid Vehicle)، تکنولوژي پيل سوختي (Fuel Cell)، موتورهاي با پاشش مستقيم بنزيني (GDI)، موتورهاي HCCI و خودروهاي دو گانه سوز (Bifuel) اشاره کرد.
بازدة بالا، آلايندگي كم، مسافت قابل پيمايش بالا، ايمني مطلوب و قيمت قابل رقابت با خودروهاي متداول از جمله ويژگيهاي حائز اهميت براي خودروهاي هيبريدي است. بسياري از خودروسازان بزرگ مبادرت به توليد اين خودروها در سطحي گسترده نموده‌اند. در اين قسمت به شماي كلي از نحوة عملکرد، حالتهاي كاركردي، مزايا، معايب و تقسيم‌بندي سيستمهاي مختلف خودروي هيبريدي خواهيم پرداخت.
- تاريخچة خودروي هيبريدي
يك مهندس آمريكائي به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 يك ماشين هيبريدي ساخت كه قادر بود در طي 10 ثانيه تا 25 مايل شتاب بگيرد. موتور اين خودرو تركيبي از موتور بنزيني و موتور الكتريكي بود كه امروزه به عنوان موتور هيبريدي شناخته مي‌شود. Piper در سه سال و نيم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پيشرفت سريع موتورهاي احتراق داخلي با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنين قابليت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پايين بودن قيمت سوختهي فسيلي و مطرح نبودن آلودگي محيط زيست، سبب عدم توجه به اين نوع خودروها شد. در پي بحرانهاي نفتي سالهاي 1970 دوباره اين خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولي تا سال 1990 که كار اصولي با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمريكا آغاز گرديد، ين خودروها به طور جدي پيگيري نشدند.
امروزه خودروهاي هيبريدي مورد توجه كمپانيهاي بزرگ جهان قرار گرفته اند كه از آن جمله مي‌توان به شركتهايي مانند: تويوتا، هندا، ميتسوبيشي، فورد، فيات، جنرال موتورز، دايملر كرايسلر، نيسان و پژو و ... اشاره نمود. توفيق اين محصولات به حدي چشمگير بوده كه از دسامبر سال 1997 تا ابتداي سال 2000 بيش از چهل هزار محصول پريوس كمپاني تويوتا به فروش رسيده است.
ويژگيها
خودروهاي هيبريدي، نوع تعميم يافته خودروهاي برقي خالص مي‌باشند كه معايب خودروهاي برقي خالص تا حدود زيادي در آنها برطرف گرديده است و مي توان گفت معايب خودروهاي احتراق داخلي نيز تا حدودي در آنها برطرف شده است. از مزاياي مهم اين خودروها نسبت به خودروهاي احتراق داخلي، كاركرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطة بهينة خود كار مي‌كنند كه اين امر باعث بالا رفتن بازده موتور و كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد و ديگر اينكه به هنگام ترمزگيري و يا شتاب منفي، انرژي به صورت الكتريكي در باطري ها ذخيره مي‌شود و همين امر باعث كاركرد كمتر موتور احتراقي خواهد شد و در نتيجه منجر به كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد. به عنوان مثال تويوتا پريوس (Toyota Prius) با موتور ۴ سيلندر ۱۵۰۰ سي سي مصرف سوختي معادل ۲/۴ ليتر در ۱۰۰ کيلومتر دارد. مزيت ديگر اين خودروها نسبت به خودروي برقي خالص، قابليت پيمودن مسيرهاي طولاني در هر بار شارژ كردن باطري مي‌باشد
سيستمهاي ذخيره سازي انرژي :
خودروهي هيبريدي از ساختارهاي مختلفي برخوردارند. اما الزاما" يك خودروي هيبريدي از يك سيستم ذخير ساز انرژي، يك واحد توليد قدرت و يك سيستم انتقال قدرت تشكيل شده است. انتخابهاي اوليه براي سيستم ذخيره ساز انرژي باطريها، خازنها و فلايويل‌ها هستند. اگر چه باطريها عمده‌ترين انتخاب در اين زمينه مي‌باشند اما تحقيق بر روي زمينه‌هاي ديگر ذخيره‌سازي انرژي آغاز شده است. باطري ها، بدليل ارزان و تجاري بودن و نداشتن قسمتهاي متحرک اولين وسيله ذخيره انرژي و همانطور که گفته شد متداولترين است اما بزرگترين عيبشان عمر كوتاه آنها مي باشد. البته باطريها با تكنولوژي جديد بسيار گران مي‌باشند و امروزه تعداد زيادي از باطريهاي جديد در حال توسعه هستند.
انواع خودروهاي هيبريدي :
با توجه به ساختار كنترلي و طريقه اتصال اجزاء به يكديگر، خودروهاي هيبريدي به سه نوع سري، موازي و سري-موازي تقسيم‌بندي مي‌شوند.
سيستم هيبريدي سري :
در اين دسته از خودروها موتور احتراق داخلي يك ژنراتور را مي‌چرخاند و اين ژنراتور، هم باطري را شارژ مي كند و هم يك موتور الكتريكي را به حركت درمي‌آورد و بدين صورت انتقال قدرت صورت مي گيرد. در اين ساختار موتور احتراقي مستقيم به سيستم انتقال قدرت وصل نمي‌شود.
اين سيستم به خاطر اين سري ناميده مي‌شود كه قدرت، به صورت سري به چرخها منتقل مي‌گردد و از آن براي رانش موتورهاي با قدرت كم و با رنج كاركرد بهينه استفاده مي شود.
سيستم هيبريدي موازي :
در اين نوع سيستم، موتور احتراقي و موتور الكتريكي به صورت موازي چرخها را به حركت درمي‌آورند. در اين سيستم موتور الكتريكي توسط باطري و موتور احتراقي توسط منبع سوخت فسيلي مستقيما" تغذيه مي‌گردند. در اين حالت ژنراتور حذف شده و باطري با تغيير حالت موتور الكتريكي به ژنراتور شارژ مي‌گردد. از آنجائيكه ين سيستم فقط يك موتور دارد موتور الكتريكي نمي‌تواند همزمان هم باطري را شارژ كند و هم باعث رانش چرخها گردد. يك تصوير ساده از اين سيستم در ذيل نشان داده شده است.
سيستم هيبريدي سري ـ موازي:
اين طرح بگونه ي است كه مي‌توان از آن در شرايط مختلف به صورت هيبريد سري يا موازي استفاده نمود. در اين سيستم با بهره‌گيري از فن‌آوري پيشرفته امكان استفاده از سيستم احتراقي و سيستم الكتريكي بطور جداگانه و همزمان وجود دارد. به اين ترتيب در مواقع شهري كاملا" الكتريكي و بدون آلودگي و در سرعتهاي بالا و در محدودة برون شهري مي‌تواند بطور مستقل احتراقي و يا تركيبي از دو سيستم باشد. در مواقعي چون شتابگيري سريع، هر دو سيستم با هم عمل مي‌كنند. چنين ايده‌اي فقط بكمك يك فن‌آوري مدرن در يك خودرو سواري قابل اجراست. معمولا" چنين سيستمهايي از نوع تركيبي هستند و با بهره‌گيري از يك استراتژي كنترلي مناسب عملا" همراه با فراهم آوردن عملكرد مناسب، سطح شارژ باطريها نيز در حد خوبي نگهداري مي‌شود بدين ترتيب اين خودرو مي‌تواند چه در شهر و چه در جاده به يك خودروي متداول تبديل گردد. در اين سيستم دو موتور الكتريكي وجود دارد كه بسته به شرايط مي‌تواند تركيبي از آنها به كار آيند و قابليت تبديل به ژنراتور را نيز دارند.
اين سيستم در خودرو Prius و Estima شرکت تويوتا استفاده شده است.
مقايسه چند نوع سيستم هيبريدي:
۱- كاهش اتلاف انرژي: سيستم بطور اتوماتيك در حالت idle (درجا) خاموش مي*شود و بدين ترتيب از به هدر رفتن انرژي جلوگيري مي شود.
۲- ذخيره*سازي و برگرداندن انرژي: انرژيي كه در هنگام شتاب منفي و ترمزگيري هدر مي*رود را به انرژي الكتريكي تبديل نموده و از اتلاف آنها جلوگيري مي*كند.
۳- كمك به كاركرد موتور احتراقي: موتور الكتريكي در زمان شتابگيري به كاركرد موتور احتراقي كمك مي*كند.
۴- كاركرد با بازدهي بالا: اين سيستم با يک استراتژي کنترلي مناسب، بازدهي کلي خودرو را در تمام شرايط کاري در حالت بيشينه نگه مي دارد؛ بدين صورت که موتور الکتريکي مانند يک جبران ساز در شرايطي که قدرت موتور احتراق داخلي کافي نيست وارد عمل مي گردد و در مواقعي که قدرت موتور احتراق داخلي بيشتر از نياز خودرو است، انرژي مازاد در باطريها ذخيره مي گردد.
حالتهاي عملكردي موتور هيبريدي سري-موازي:
حالتهاي عملكردي يك موتور هيبريدي سري-موازي را مي**توان به شش قسمت تقسيم نمود:
حالت روشن شدن و دورهاي پايين و متوسط:
در اين حالت موتور احتراقي كه بازدهي مناسبي ندارد كاملا" خاموش است و فقط موتور الكتريكي توان مورد نياز خودرو را تأمين مي*نمايد (A)
حركت در حالتهاي معمولي:
قدرت ناشي از موتور احتراقي توسط تقسيم كنندة قدرت (Power split device) به دو بخش تقسيم مي*گردد قسمتي از قدرت آن به ژنراتور مي*رود كه منجر به حركت در آوردن موتور الكتريكي مي*گردد (B) و مابقي چرخها را مستقيما" به حركت درمي*آورد (C) قدرت موتورا حتراقي در اين مرحله در حداكثر بازدهي است.
شتابگيري سريع:
در حاليكه قدرت يكنواختي از مسيرهاي B و C به چرخها منتقل مي گردد توان اضافي توسط باطري نيز جهت افزايش توان موتور الکتريکي (A) تامين مي گردد.
شتاب كندشونده و يا ترمزگيري:
موتور با قدرت بالا به ژنراتور با قدرت بالايي تبديل مي*گردد كه توسط چرخها به حركت درمي*آيد. در اين حالت انرژي جنبشي به انرژي مكانيكي تبديل شده و در باطري ذخيره مي*گردد. (D)
شارژ شدن باطري:
براي اينكه باطريها هميشه در حد قابل قبولي انرژي داشته باشند. در حالت ضروري كه احتياج باشد توسط موتور احتراقي شارژ مي*گردد.(E)
حالت استراحت:
موتور به حالت اتوماتيك خاموش مي*گردد
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر