تبلیغات
خودروی هیبرید - خودروهی هیبریدی (Hybrid Vehicles)

خودروی هیبرید

طراحی و ساخت موتورهای الكتریكی خودروهای هیبرید

مقدمه

امروزه با توجه به آلودگی‌های ناشی از خودروها و محدودیت‌های سوخت فسیلی، كارخانه‌های خودروسازی گام مهمی در مقابله با این امر برداشته‌اند كه از جمله آنها می توان به خودروهای هیبریدی (Hybrid Vehicle)، تکنولوژی پیل سوختی (Fuel Cell)، موتورهای با پاشش مستقیم‌ بنزینی (GDI)، موتورهای HCCI و خودروهای دو گانه سوز (Bifuel) اشاره کرد.

بازدة بالا، آلایندگی كم، مسافت قابل پیمایش بالا، ایمنی مطلوب و قیمت قابل رقابت با خودروهای متداول از جمله ویژگیهای حائز اهمیت برای خودروهای هیبریدی است. بسیاری از خودروسازان بزرگ مبادرت به تولید این خودروها در سطحی گسترده نموده‌اند. در این  قسمت به شمای كلی از نحوة عملکرد، حالتهای كاركردی، مزایا، معایب و تقسیم‌بندی سیستم‌های مختلف خودروی هیبریدی خواهیم پرداخت.

تاریخچة 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 سوختهی 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 که كار اصولی با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمریكا آغاز گردید، ین 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.

 

ویژگیها

خودروهای هیبریدی، نوع تعمیم یافته خودروهای برقی خالص می‌باشند كه معایب خودروهای برقی خالص تا حدود زیادی در آنها برطرف گردیده است و می توان گفت معایب خودروهای احتراق داخلی نیز تا حدودی در آنها برطرف شده است. از مزایای مهم این خودروها نسبت به خودروهای احتراق داخلی، كاركرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطة بهینة خود كار می‌كنند كه این امر باعث بالا رفتن بازده موتور و كاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می‌گردد و دیگر اینكه به هنگام ترمزگیری و یا شتاب منفی، انرژی به صورت الكتریكی در باطری ها ذخیره می‌شود و همین امر باعث كاركرد كمتر موتور احتراقی خواهد شد و در نتیجه منجر به كاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می‌گردد. به عنوان مثال تویوتا پریوس (Toyota Prius) با موتور ۴ سیلندر ۱۵۰۰ سی سی مصرف سوختی معادل ۲/۴ لیتر در ۱۰۰ کیلومتر دارد.  مزیت دیگر این خودروها نسبت به خودروی برقی خالص، قابلیت پیمودن مسیرهای طولانی در هر بار شارژ كردن باطری می‌باشد

سیستمهای ذخیره سازی انرژی :

خودروهی هیبریدی از ساختارهای مختلفی برخوردارند. اما الزاما" یك خودروی هیبریدی از یك سیستم ذخیر ساز انرژی، یك واحد تولید قدرت و یك سیستم انتقال قدرت تشكیل شده است. انتخابهای اولیه برای سیستم ذخیره ساز انرژی باطریها، خازنها و فلایویل‌ها هستند. اگر چه باطریها عمده‌ترین انتخاب در این زمینه می‌باشند اما تحقیق بر روی زمینه‌های دیگر ذخیره‌سازی انرژی آغاز شده است. باطری ها، بدلیل ارزان و تجاری بودن و نداشتن قسمتهای متحرک اولین وسیله ذخیره انرژی و همانطور که گفته شد متداولترین است اما بزرگترین عیبشان عمر كوتاه آنها می باشد. البته باطریها با تكنولوژی جدید بسیار گران می‌باشند و امروزه تعداد زیادی از باطریهای جدید در حال توسعه هستند.

انواع خودروهای هیبریدی :

با توجه به ساختار كنترلی و طریقه اتصال اجزاء به یكدیگر، خودروهای هیبریدی به سه نوع سری، موازی و سری-موازی تقسیم‌بندی می‌شوند.

سیستم هیبریدی سری :

در این دسته از خودروها موتور احتراق داخلی یك ژنراتور را می‌چرخاند و این ژنراتور، هم باطری را شارژ می كند و هم یك موتور الكتریكی را به حركت درمی‌آورد و بدین صورت انتقال قدرت صورت می گیرد. در این ساختار موتور احتراقی مستقیم به سیستم انتقال قدرت وصل نمی‌شود.

این سیستم به خاطر این سری نامیده می‌شود كه قدرت، به صورت سری به چرخ‌ها منتقل می‌گردد و از آن برای رانش موتورهای با قدرت كم و با رنج كاركرد بهینه استفاده می شود.

سیستم هیبریدی موازی :

در این نوع سیستم، موتور احتراقی و موتور الكتریكی به صورت موازی چرخها را به حركت درمی‌آورند. در این سیستم موتور الكتریكی توسط باطری و موتور احتراقی توسط منبع سوخت فسیلی مستقیما" تغذیه می‌گردند. در این حالت ژنراتور حذف شده و باطری با تغییر حالت موتور الكتریكی به ژنراتور شارژ می‌گردد. از آنجائیكه ین سیستم فقط یك موتور دارد موتور الكتریكی نمی‌تواند همزمان هم باطری را شارژ كند و هم باعث رانش چرخها گردد. یك تصویر ساده از این سیستم در ذیل نشان داده شده است.

سیستم هیبریدی سری ـ موازی:

این طرح بگونه ی است كه می‌توان از آن در شرایط مختلف به صورت هیبرید سری یا موازی استفاده نمود. در این سیستم با بهره‌گیری از فن‌آوری پیشرفته امكان استفاده از سیستم احتراقی و سیستم الكتریكی بطور جداگانه و همزمان وجود دارد. به این ترتیب در مواقع شهری كاملا" الكتریكی و بدون آلودگی و در سرعتهای بالا و در محدودة برون شهری می‌تواند بطور مستقل احتراقی و یا تركیبی از دو سیستم باشد. در مواقعی چون شتابگیری سریع، هر دو سیستم با هم عمل می‌كنند. چنین ایده‌ای فقط بكمك یك فن‌آوری مدرن در یك خودرو سواری قابل اجراست. معمولا" چنین سیستمهایی از نوع تركیبی هستند و با بهره‌گیری از یك استراتژی كنترلی مناسب عملا" همراه با فراهم آوردن عملكرد مناسب، سطح شارژ باطریها نیز در حد خوبی نگهداری می‌شود بدین ترتیب این خودرو می‌تواند چه در شهر و چه در جاده به یك خودروی متداول تبدیل گردد. در این سیستم دو موتور الكتریكی وجود دارد كه بسته به شرایط می‌تواند تركیبی از آنها به كار آیند و قابلیت تبدیل به ژنراتور را نیز دارند.

این سیستم در خودرو Prius و Estima شرکت تویوتا استفاده شده است.

مقایسه چند نوع سیستم هیبریدی:

می توان خصوصیات زیر را بری خودروهی هیبرید سری- موازی برشمرد:

۱- كاهش اتلاف انرژی: سیستم بطور اتوماتیك در حالت idle (درجا) خاموش می‌شود و بدین ترتیب از به هدر رفتن انرژی جلوگیری می شود.

۲- ذخیره‌سازی و برگرداندن انرژی: انرژیی كه در هنگام شتاب منفی و ترمزگیری هدر می‌رود را به انرژی الكتریكی تبدیل نموده و از اتلاف آنها جلوگیری می‌كند.

۳- كمك به كاركرد موتور احتراقی: موتور الكتریكی در زمان شتابگیری به كاركرد موتور احتراقی كمك می‌كند.

۴- كاركرد با بازدهی بالا: این سیستم با یک استراتژی کنترلی مناسب، بازدهی کلی خودرو را در تمام شرایط کاری در حالت بیشینه نگه می دارد؛ بدین صورت که موتور الکتریکی مانند یک جبران ساز در شرایطی که قدرت موتور احتراق داخلی کافی نیست وارد عمل می گردد و در مواقعی که قدرت موتور احتراق داخلی بیشتر از نیاز خودرو است، انرژی مازاد در باطریها ذخیره می گردد.

 حالتهای عملكردی موتور هیبریدی سری-موازی:

حالتهای عملكردی یك موتور هیبریدی سری-موازی را می‌‌توان به شش قسمت تقسیم نمود:

حالت روشن شدن و دورهای پایین و متوسط:

در این حالت موتور احتراقی كه بازدهی مناسبی ندارد كاملا" خاموش است و فقط موتور الكتریكی توان مورد نیاز خودرو را تأمین می‌نماید (A)

حركت در حالتهای معمولی:

قدرت ناشی از موتور احتراقی توسط تقسیم كنندة قدرت (Power split device) به دو بخش تقسیم می‌گردد قسمتی از قدرت آن به ژنراتور می‌رود كه منجر به حركت در آوردن موتور الكتریكی می‌گردد (B)  و مابقی چرخها را مستقیما" به حركت درمی‌آورد (C) قدرت موتورا حتراقی در این مرحله در حداكثر بازدهی است.

شتابگیری سریع:

در حالیكه قدرت یكنواختی از مسیرهای B و C به چرخها منتقل می گردد توان اضافی توسط باطری نیز جهت افزایش توان موتور الکتریکی (A) تامین می گردد.

شتاب كندشونده و یا ترمزگیری:

موتور با قدرت بالا به ژنراتور با قدرت بالایی تبدیل می‌گردد كه توسط چرخها به حركت درمی‌آید. در این حالت انرژی جنبشی به انرژی مكانیكی تبدیل شده و در باطری ذخیره می‌گردد. (D)

شارژ شدن باطری:

برای اینكه باطریها همیشه در حد قابل قبولی انرژی داشته باشند. در حالت ضروری كه احتیاج باشد توسط موتور احتراقی شارژ می‌گردد.(E)

حالت استراحت:

موتور به حالت اتوماتیك خاموش می‌گردد.

به گالری تصاویر خودروهای هیبرید خوش آمدید
  • آخرین صفحات

آمار سایت

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل صفحات :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :