انواع خودروهای هیبریدی

تویوتا پریوس شاید اولین خودروی هیبریدی بازار نبود، اما اولین خودروی بنزینی-الکتریکی مدرنی بود که به موفقیت چشمگیری در فروش دست یافت. پریوس نه تنها مفهوم خودروی هیبریدی را به عموم مردم معرفی کرد، بلکه صنعت خودرو را با سیستم هیبریدی موازی دو موتوره با تقسیم قدرت تویوتا آشنا ساخت.

اما این اصطلاحات پیچیده به چه معنا هستند؟ ساده‌ترین راه برای تشخیص سیستم‌های هیبریدی-الکتریکی این است که بپرسیم آیا سیستم هیبریدی می‌تواند خودرو را تنها با برق باتری به حرکت درآورد یا خیر. هیبریدهای موازی، سری و پلاگین هیبرید این قابلیت را دارند، اما هیبریدهای ملایم خیر.در ادامه، انواع مختلف سیستم‌های هیبریدی را به زبان ساده بررسی می‌کنیم تا به شما در انتخاب خودروی هیبریدی مناسب کمک کنیم.

هیبریدهای موازی (Parallel Hybrids)

در یک سیستم هیبریدی موازی، هم موتور بنزینی و هم موتور الکتریکی می‌توانند چرخ‌ها را به حرکت درآورند، چه با هم و چه به طور جداگانه. سیستم تویوتا، که برای اولین بار در سال 1997 در پریوس بازار ژاپن معرفی شد، از دو موتور بین موتور و چرخ‌های جلو استفاده می‌کند که توسط یک بسته باتری کوچک (0.8 تا 1.4 کیلووات ساعت) تغذیه می‌شوند.

بخش “تقسیم قدرت” به این معنی است که هر دو منبع برای ارائه یک خروجی گشتاور واحد به چرخ‌ها با هم ترکیب می‌شوند. در بارهای سبک و سرعت‌های پایین‌تر، یک یا هر دو موتور می‌توانند خودرو را در حالی که موتور خاموش است، به حرکت درآورند. موتور زمانی که به قدرت بیشتری نیاز باشد، روشن می‌شود و ممکن است به تنهایی یا در ترکیب با موتورهای الکتریکی، خودرو را نیرو دهد.

کلید این سیستم، ترمز احیا کننده است که از یک موتور به عنوان یک ژنراتور هنگامی که خودرو برای شارژ مجدد باتری کند می‌شود، استفاده می‌کند و انرژی را که در غیر این صورت به عنوان گرمای ترمز هدر می‌رود، بازیابی می‌کند. در شرایط ایده‌آل، می‌توان تا 30 درصد از انرژی مصرف شده برای نیرو دادن به خودرو را بازیابی کرد که منجر به صرفه‌جویی در مصرف سوخت می‌شود. کارایی در ترافیک‌های توقف و حرکت که بیشترین میزان رانندگی فقط با برق را ممکن می‌سازد، بالاترین است.

دو موتور الکتریکی و موتور از طریق یک مجموعه دنده سیاره‌ای به هم متصل می‌شوند که جایگزین یک گیربکس معمولی می‌شود. این اجازه می‌دهد تا نسبت دنده‌ها به طور مداوم قابل تنظیم باشند. الگوریتم‌های کنترل خودرو قدرت گرفته شده از باتری و از موتور را تغییر می‌دهند تا استفاده از نیروی الکتریکی را به حداکثر برسانند و سوخت سوزانده شده را به حداقل برسانند.

در برخی شرایط، یک موتور ممکن است خودرو را نیرو دهد در حالی که موتور دیگر از نیروی موتور یا ترمز احیا کننده برای شارژ مجدد باتری استفاده می‌کند. تویوتا با نزدیک به سه دهه تجربه، الگوریتم‌های نرم‌افزاری دارد که همه این انتقال‌ها را کاملاً یکپارچه می‌کند.

در این سیستم، هم موتور بنزینی و هم موتور الکتریکی می‌توانند چرخ‌ها را به حرکت درآورند. سیستم تویوتا، که برای اولین بار در پریوس معرفی شد، از دو موتور الکتریکی و یک باتری کوچک استفاده می‌کند. در سرعت‌های پایین یا بارهای سبک، موتور الکتریکی خودرو را به حرکت درمی‌آورد و موتور بنزینی خاموش می‌شود. در صورت نیاز به قدرت بیشتر، موتور بنزینی وارد عمل می‌شود. ترمز احیاکننده نیز انرژی تلف شده در ترمزگیری را به برق تبدیل و باتری را شارژ می‌کند.

مثال: تویوتا پریوس، هوندا اینسایت

پیشنهاد کاربران:

بهترین خودرو هیبریدی در ایران

مزایا و معایب خودروهای هیبریدی

اولین ماشین هیبریدی جهان

ارزانترین خودرو هیبریدی در ایران

هیبریدهای سری (Series Hybrids)

یک هیبرید سری از نظر مفهومی بسیار ساده‌تر است. هر زمان که به قدرت بیشتری از آنچه باتری می‌تواند تأمین کند نیاز باشد، یک موتور بنزینی روشن می‌شود تا یک ژنراتور را نیرو دهد که بسته باتری را شارژ می‌کند. نکته کلیدی در اینجا این است که گشتاور موتور فقط ژنراتور را نیرو می‌دهد و به صورت مکانیکی به چرخ‌ها متصل نیست، که فقط توسط موتورهای الکتریکی نیرو می‌گیرند.

این همان تنظیماتی است که توسط لوکوموتیوهای راه‌آهن دیزلی-الکتریکی استفاده می‌شود و در سرعت‌های ثابت خودرو، بهترین عملکرد را دارد. اما محدوده نیازهای قدرت یک وسیله نقلیه جاده‌ای مسافری می‌تواند برای باتری‌ها سخت باشد، به این معنی که هیبریدهای سری معمولاً به ظرفیت باتری بالاتری نسبت به هیبریدهای معمولی نیاز دارند.

در این سیستم، موتور بنزینی تنها یک ژنراتور را برای شارژ باتری نیرو می‌دهد و مستقیماً به چرخ‌ها متصل نیست. حرکت خودرو کاملاً توسط موتور الکتریکی انجام می‌شود.

مثال: BMW i3 REx

پلاگین هیبریدها (Plug-In Hybrids – PHEVs)

یک هیبرید پلاگین یک هیبرید معمولی با یک باتری بسیار بزرگتر است که می‌توان آن را به برق متصل کرد تا از شبکه شارژ شود. این به آن اجازه می‌دهد تا برای مسافتی به عنوان یک وسیله نقلیه الکتریکی عمل کند. شورولت مفهوم هیبرید پلاگین را با Volt 2011-2018 خود رایج کرد. بسیاری از رانندگان دریافتند که Volt می‌تواند رانندگی روزانه را صرفاً با برق فراهم کند، و موتور اغلب فقط هنگام رانندگی به مقاصد دورتر روشن می‌شود.

Volt، که در بین PHEVها منحصر به فرد است، تقریباً عملکرد یکسانی را صرف نظر از اینکه تنها با باتری کار می‌کند یا پس از تخلیه شارژ باتری به عنوان یک هیبرید معمولی عمل می‌کند، ارائه می‌کرد. سایر هیبریدهای پلاگین دارای موتورهای قدرتمندتری نسبت به موتورهای الکتریکی هستند و هنگامی که به قدرت بیشتری نیاز است، موتور باید روشن شود.

فراوانی استفاده از موتور با افزایش اندازه باتری (و در نتیجه برد الکتریکی) کاهش می‌یابد.همه هیبریدهای پلاگین امروزی از هیبریدهای تقسیم قدرت اقتباس شده‌اند. با این حال، Stellantis هیچ هیبرید معمولی (بدون پلاگین) ارائه نمی‌دهد.

خودروسازان، هیبریدهای پلاگین را راهی برای برآورده کردن الزامات رو به رشد وسایل نقلیه بدون آلایندگی بدون هزینه مهندسی خودروهای کاملاً جدید باتری-الکتریکی می‌دانند. چالش این است که تولیدکنندگان حتی اگر PHEV هرگز به برق متصل نشود، اعتبار تولید وسایل نقلیه بدون آلایندگی را دریافت می‌کنند، به این معنی که فقط به عنوان یک هیبرید معمولی سنگین‌تر و گران‌تر عمل می‌کند.

این خودروها هیبریدهای معمولی با باتری بزرگتر هستند که می‌توانند از طریق برق شهری شارژ شوند. این قابلیت، امکان رانندگی تمام الکتریکی برای مسافت‌های طولانی‌تر (تا 50 کیلومتر) را فراهم می‌کند.

مثال: شورلت Volt، تویوتا پریوس پرایم

هیبریدهای ملایم (Mild Hybrids)

در نهایت، هیبریدهای ملایم دارای موتورهای الکتریکی هستند که به تنهایی برای حرکت دادن خودرو به اندازه کافی قدرتمند نیستند. آنها ممکن است بین موتور و گیربکس قرار گیرند، یا بخشی از یک سیستم استارت-ژنراتور یکپارچه باشند که در آن یک موتور الکتریکی قوی‌تر جایگزین هر دو جزء می‌شود.

مزایای صرفه‌جویی در مصرف سوخت در اینجا بسیار کمتر چشمگیر است، و ممکن است حتی با نام “هیبرید” به بازار عرضه نشوند.در این مورد نیز، یک بسته باتری کوچک برای ذخیره انرژی بازیابی شده از نیروی اضافی موتور و/یا ترمز احیا کننده مورد نیاز است. موتور به طور مؤثر در صورت نیاز مقداری تقویت اضافی به موتور اضافه می‌کند، به این معنی که با اجتناب از کاهش دنده، در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود.

سیستم‌های هیبریدی ملایم اخیر اغلب با 48 ولت کار می‌کنند. آنها قدرت بیشتری نسبت به سیستم 12 ولتی خودرو ارائه می‌دهند، اما بسیار ارزان‌تر از سیستم‌های هیبریدی کامل هستند.

در این سیستم، یک موتور الکتریکی کوچک به موتور بنزینی اضافه می‌شود تا به بهبود عملکرد و کاهش مصرف سوخت کمک کند. این موتور به تنهایی قادر به حرکت خودرو نیست.

مثال: مزدا 3، آئودی Q7

سخن آخر

در نهایت، خودروهای برقی با افزایش‌دهنده برد، با وجود اینکه تمام الکتریکی هستند، یک موتور بنزینی کوچک دارند که در صورت تمام شدن شارژ باتری، آن را شارژ کرده یا به موتور الکتریکی نیرو می‌دهد تا خودرو متوقف نشود. این موتور بنزینی بسته به اندازه‌اش می‌تواند بردی از چند ده تا صدها مایل را فراهم کند.

هیبریدی‌های ملایم، جدیدترین نوآوری در این حوزه هستند. آن‌ها به جای حرکت دادن خودرو صرفاً با نیروی برق، به موتور بنزینی در شتاب‌گیری و کاهش بار سیستم‌هایی مثل تهویه مطبوع کمک می‌کنند. این خودروها با سیستم‌های الکتریکی 48 ولتی کار می‌کنند و نیازی به شارژ خارجی ندارند. eAssist (جنرال موتورز)، eTorque (فیات/کرایسلر) و EQ Boost (مرسدس) نمونه‌هایی از این نوع هستند.

هیبریدی‌های کامل، علاوه بر موتور بنزینی، یک جزء الکتریکی قدرتمند دارند که می‌تواند خودرو را در مسافت‌های کوتاه و سرعت‌های پایین شهری با نیروی برق حرکت دهد. این خودروها به دو دسته هیبریدهای موازی و سری تقسیم می‌شوند.

در هیبریدهای موازی، موتور می‌تواند توسط موتور بنزینی، موتور الکتریکی یا هر دو به حرکت درآید. در هیبریدهای سری، چرخ‌ها فقط توسط موتور الکتریکی حرکت می‌کنند و موتور بنزینی نقش ژنراتور را برای آن ایفا می‌کند. برخی خودروها نیز ترکیبی از این دو سیستم را دارند.

هیبریدی‌های پلاگین، علاوه بر شارژ داخلی، قابلیت شارژ باتری‌ها از طریق شارژرهای خارجی را نیز دارند و به همین دلیل برد الکتریکی بیشتری نسبت به هیبریدی‌های کامل دارند. آن‌ها پلی بین خودروهای هیبریدی کامل و خودروهای تمام الکتریکی هستند.