خودرو هیبریدی چگونه کار می کند و تفاوت آن با دیگر خودروها چیست؟ با پیشرفت تکنولوژی خودروهای هیبریدی پا به صنعت اتوموبیل گذاشتند. این سری از ماشین ها برعکس دیگر خودروها، از موتور الکتریکی در کنار موتورهای سنتی استفاده می کنند و انرژی مورد نیاز خودرا به کمک باتری های برقی به دست می آورند. از اصلی ترین معایب خودروهای هیبیردی نیاز به تعویض باتری در بازه های زمانی کوتاه مدت است. در صورت اینکه شما هم از این سری خودروها استفاده می کنید و نیاز به به تعویض باتری دارید می توانید با شماره امداد خودرو تهران تماس بگیرید تا این کار را برای شما به راحتی انجام دهند.
خودرو هیبریدی چیست؟
خودروهای هیبریدی، خودروهایی هستند که از ترکیب دو یا چند قدرت مجزا برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده می کنند. رایج ترین نوع از این سری اتوموبیل ها، خودرهایی می باشند که با یک موتور احتراق داخلی سنتی (معمولاً بنزینی) با یک پیشرانه الکتریکی ترکیب می شوند. نحوه شارژ خودرو هیبیریدی چندان پیچیده نیست و می توانید به آسانی از پس آن برآیید.
انواع خودرو های هیبریدی
دو نوع اصلی خودروهای هیبریدی وجود دارند:
- هیبرید موازی: در سیستم هیبریدی موازی، هم موتور احتراق داخلی و هم موتور الکتریکی به گیربکس خودرو متصل هستند و می توانند مستقیماً چرخ ها را به حرکت درآورند. این سیستم می تواند در حالت های مختلفی مانند استفاده از موتور الکتریکی، فقط موتور احتراق داخلی یا ترکیبی از هر دو کار کند.
- هیبرید سری: در سری هیبریدی، از موتور احتراق داخلی برای تولید الکتریسیته استفاده می شود که سپس برای به حرکت درآوردن یک موتور الکتریکی که چرخ ها را به حرکت در می آورد، استفاده می شود. موتور احتراق داخلی مستقیماً چرخ ها را به حرکت در نمی آورد. در عوض، به عنوان یک ژنراتور برای شارژ باتری ها یا تامین برق اضافی در صورت نیاز عمل می کند.
نحوه کار خودرو هیبریدی
خودرو هیبریدی در مهندسی و ساختار خود، تفاوت اساسی با خودرو های برقی یا بنزینی دارند. از جمله این تفاوت ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
نقش موتورهای الکتریکی در خودرو هیبرید
موتور الکتریکی در یک خودروی هیبریدی هم در به حرکت درآوردن وسیله نقلیه و هم در بهبود کارایی آن نقش اساسی دارد. موتور الکتریکی در اصل این دو عملکرد اصلی را انجام می دهد:
نیروی محرکه
رانندگی تمام الکتریکی: موتور الکتریکی می تواند به طور مستقیم ماشین را به حرکت درآورد، به خصوص در سرعت های پایین و در فواصل کوتاه. این امر نیاز به موتور بنزینی را از بین می برد و در نتیجه مصرف سوخت و آلایندگی کاهش می یابد.
شتاب کمکی
هنگامی که به قدرت بیشتری نیاز دارید، مانند شتاب سریع یا بالا رفتن از تپه ها، موتور الکتریکی برای کمک به موتور بنزینی وارد عمل می شود. این باعث افزایش گشتاور می شود و عملکرد کلی را بهبود می بخشد و در عین حال راندمان سوخت را حفظ می کند.
تجربه رانندگی روان تر: تحویل گشتاور فوری موتور الکتریکی منجر به تجربه رانندگی نرم تر و پاسخگوتر در مقایسه با خودروهای بنزینی می شود.
شارژ باتری
جذب انرژی: در هنگام ترمزگیری، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی جنبشی خودرو را به الکتریسیته تبدیل می کند. سپس این انرژی جذب شده برای استفاده بعدی در باتری ذخیره می شود.
بهره وری سوخت بهبود یافته:
با تبدیل و بازسازی انرژی، که در غیر این صورت به عنوان گرما از دست می رود، خودروهای هیبریدی می توانند به طور قابل توجهی مصرف سوخت خود را در مقایسه با خودروهای بنزینی بهبود بخشند.
انواع موتور الکتریکی استفاده شده در خودرو هیبرید
موتورهای الکتریکی نقش مهمی در وسایل نقلیه هیبریدی ایفا می کنند و آنها را قادر می سازند بین قدرت الکتریکی و بنزینی سوئیچ کنند. دو دسته اصلی از موتورهای الکتریکی مورد استفاده در هیبریدها وجود دارد: AC (جریان متناوب) و DC (جریان مستقیم). هر نوع مزایا و معایب خاص خود را دارد که آنها را برای کاربردهای مختلف در سیستم هیبریدی مناسب می کند.
موتورهای AC
- موتورهای القایی: اینها رایج ترین نوع موتورهای AC هستند که در هیبریدها استفاده می شوند. آنها قوی، قابل اعتماد و نسبتا ارزان هستند. موتورهای القایی با ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار در استاتور (قسمت بیرونی ثابت) کار می کنند که جریانی را در روتور (قسمت چرخان داخلی) القا می کند. سپس این جریان با میدان مغناطیسی استاتور برای تولید گشتاور و چرخش در تعامل است.
- موتورهای سنکرون: این موتورها با سرعت ثابت و هماهنگ با فرکانس AC کار می کنند. آنها معمولاً در هیبریدهای با کارایی بالا به دلیل کارایی و توانایی آنها در بازسازی انرژی در هنگام ترمز استفاده می شوند. با این حال، آنها گرانتر و پیچیده تر از موتورهای القایی هستند.
موتورهای DC
- موتورهای Brushed DC: اینها ساده ترین نوع موتورهای DC هستند که دارای برس و یک کموتاتور برای معکوس کردن جریان جریان در روتور و حفظ چرخش آن هستند. آنها نسبتا ارزان هستند و قابلیت کنترل خوبی دارند، اما به دلیل سایش برس طول عمر محدودی دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند.
- موتورهای Brushless DC: این موتورها با استفاده از کنترل های الکترونیکی برای معکوس کردن جریان در روتور، برس ها و کموتاتور را حذف می کنند. این باعث می شود آنها کارآمدتر و قابل اعتمادتر از موتورهای DC براش، با طول عمر بیشتر و نیازهای تعمیر و نگهداری کمتر. آنها همچنین فشرده تر و سبک تر هستند و آنها را برای کاربردهای هیبریدی ایده آل می کند.
تفاوت کارکرد موتور بنزینی در هیبریدها و خودرو معمولی
موتور بنزینی در یک خودروی هیبریدی نقش مهمی ایفا می کند، اما عملکرد آن به طور قابل توجهی با همتای خود در یک خودروی معمولی متفاوت است.
- عملکرد Start-Stop: برخلاف موتور خودروهای معمولی که به طور مداوم کار می کند، موتور هیبریدی می تواند به طور خودکار در حالت توقف خاموش شود و در صورت نیاز دوباره راه اندازی شود. این امر مصرف سوخت و آلایندگی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
- موتور کم حجم: هیبریدی ها اغلب از موتورهای بنزینی کوچکتر و کارآمدتر در مقایسه با خودروهای معمولی استفاده می کنند. این به این دلیل است که موتور الکتریکی می تواند کمبود نیرو را به خصوص در هنگام رانندگی با سرعت کم جبران کند.
- محدوده عملیاتی بهینه: سیستم هیبریدی کارکرد موتور را در کارآمدترین محدوده خود در اولویت قرار می دهد. این به معنای اجتناب از موقعیت های کم بار است که در آن راندمان سوخت ضعیف است.
نقش باتری در خودرو های هیبریدی
خودروهای هیبریدی یک موتور الکتریکی را با یک موتور احتراق داخلی (ICE) ترکیب می‌کنند تا به راندمان سوخت و آلایندگی بهتری دست یابند. در قلب این فناوری دوستدار محیط زیست، باتری هیبریدی قرار دارد که وظیفه ذخیره و ارائه نیروی الکتریکی را بر عهده دارد.
انواع و ظرفیت باتری
در حالی که برخی از هیبریدها از فناوری‌های قدیمی‌تری مانند نیکل-فلز هیدرید (NiMH) استفاده می‌کنند، باتری‌های لیتیوم یون (Li-Ion) انتخاب غالب در هیبریدهای مدرن هستند. از جمله دلایل استفاده از باتری لیتیوم یونی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- چگالی انرژی بالا: باتری لیتیوم یونی در یک بسته کوچکتر در مقایسه با NiMH، توان بیشتری را ارائه میدهد.
- طول عمر بیشتر: باتری های لیتیوم یونی معمولاً 8 تا 10 سال یا بیشتر طول می کشد.
- شارژ سریعتر: این باتری ها را می توان به سرعت از طریق ترمز احیا کننده یا شارژر خارجی دوباره پر کرد.
انتقال نیرو در خودرو های هیبرید
سیستم گیربکس و انتقال نیرو خودرو هیبریدی وظیفه بکارگیری یا از کار انداختن موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی خودرو را به عهده دارند. وظیفه سیستم انتقال فراتر از اتصال و قطع منابع برق است. این به طور فعال تعامل بین ICE و موتور الکتریکی را بر اساس عوامل مختلف مدیریت می کند، از جمله:
- سطح شارژ باتری: هنگامی که باتری پر می شود، موتور الکتریکی در مرکز قرار می گیرد و خودرو را تا زمانی که شارژ تمام شود هدایت می کند. همانطور که باتری تخلیه می شود، ICE به تدریج وارد می شود تا نیروی اضافی را فراهم کند و کارایی مطلوب را حفظ کند.
- سرعت و تقاضای خودرو: در هنگام رانندگی با سرعت کم، موتور الکتریکی برای به حداقل رساندن آلاینده ها و مصرف سوخت کار می کند. در سرعت‌های بالاتر یا تحت شتاب سنگین، ICE وارد عمل می شود و قدرت لازم را افزایش میدهد.
- شرایط زمین و رانندگی: جاده های تپه ای یا ترافیک سنگین ممکن است به تلاش ترکیبی هر دو موتور برای عملکرد بهینه نیاز داشته باشد. گیربکس بر این اساس تطبیق می یابد و قدرت و گشتاور کافی را تضمین می کند.
حالت های عملکرد یک خودروی هیبریدی
خودرو هیبریدی بسته به شرایط رانندگی در سه حالت تمام الکتریکی، حالت ترکیبی و یا حالت تمام بنزینی کار کند که به بررسی هر یک از آنها می پردازیم:
حالت فقط الکتریکی
این حالت فقط از موتور الکتریکی استفاده می کند که با باتری تغذیه می شود و در نتیجه آلایندگی صفر و عملکرد بی صدا را به همراه دارد. تحت شرایط خاص فعال می شود:
- رانندگی در شهر با سرعت کم: هنگام استارت زدن، شتابگیری ملایم یا زیر یک آستانه مشخص (معمولاً 25 تا 50 مایل در ساعت)، خودرو برای بهره وری بهینه سوخت و کاهش آلایندگی، نیروی الکتریکی را در اولویت قرار می دهد.
- ترمز احیا کننده: هنگامی که شما سرعت را کاهش می دهید یا ترمز می کنید، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی جنبشی را جذب می کند و برای شارژ مجدد باتری آن را به برق تبدیل می کند.
محدودیت های برد و سرعت فقط الکتریکی
- برد: فاصله قابل دستیابی تنها با نیروی الکتریکی به ظرفیت باتری خودرو و شرایط رانندگی بستگی دارد. بیشتر هیبریدی ها قبل از تغییر به حالت هیبریدی یا فقط موتوری، 20 تا 50 مایل را طی می کنند.
- سرعت: قدرت موتور الکتریکی در سرعت های بالاتر کاهش می یابد. اکثر هیبریدها حداکثر سرعت محدودی در حالت فقط الکتریکی دارند که اغلب حدود 60 تا 70 مایل در ساعت است.
حالت ترکیبی
در این حالت، موتور الکتریکی و ICE به طور یکپارچه با هم کار می کنند تا بازده سوخت را بهینه کنند. در اینجا به این صورت است:
- موقعیت های کم بار: موتور الکتریکی برای کروز کارآمد، ترافیک توقف و حرکت، و شتاب کم توان حرف اول را می زند.
- موقعیت‌های پر بار: زمانی که به قدرت بیشتری نیاز است، ICE برای کمک به موتور الکتریکی در هنگام شتابگیری شدید، صعود از سربالایی یا کروز در بزرگراه وارد عمل می‌شود.
- ترمز احیا کننده: در طول ترمز، موتور الکتریکی انرژی را جذب می کند و باتری را شارژ می کند، در حالی که ICE ممکن است خاموش بماند یا در حالت بیکار کم کار کند.
حالت فقط موتور
این حالت تحت شرایط خاص ICE را به تنهایی درگیر می کند:
- تخلیه باتری: زمانی که سطح باتری از یک آستانه خاص پایین می آید، خودرو برای ادامه کار به حالت فقط موتور تغییر می کند.
- رانندگی با سرعت بالا: در سرعت های بالا پایدار، ICE ممکن است کارآمدتر از راه اندازی ترکیبی الکتریکی و ICE باشد.
- دماهای سرد: زمانی که موتور باید به سرعت به دمای کارکرد مطلوب خود برسد، بدون توجه به سطح باتری، ممکن است مستقل کار کند.
مزایا و معایب خودرو های هیبریدی
اتومبیل های هیبریدی نسبت به خودرو های بنزینی و گازوئیلی مزایایی دارند که به برخی از آنها اشاره می شود:
- بهبود مصرف سوخت و کاهش آلایندگی: مسلماً این بزرگترین مزیت هیبریدی ها است. استفاده از موتورهای برقی و گازسوز به هیبریدی ها اجازه می دهد تا بازده سوخت به طور قابل توجهی بالاتری داشته باشند و آلایندگی های کمتری نسبت به خودروهای بنزینی سنتی تولید کنند. این به معنای صرفه جویی در هزینه پمپ و ردپای محیطی کوچکتر است.
- تجربه رانندگی با آرامش و بی صدا: هیبریدی ها در مقایسه با همتایان بنزینی خود تجربه رانندگی نرم و آرام تری را ارائه می دهند. گشتاور فوری موتور الکتریکی احساس تند و ناگهانی تعویض دنده را از بین می برد و فقدان موتور در حالت آرام به سطح صدای داخلی آرام تر کمک می کند.
- کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی: هیبریدها با تکیه بر الکتریسیته برای بخشی از عملکرد خود، به کاهش اتکای ما به سوخت های فسیلی کمک می کنند که محدود هستند و اثرات زیست محیطی منفی دارند.
همچنین می توانید به محدودیت های هیبریدها اشاره کنید:
- هزینه اولیه بالاتر: هیبریدی ها معمولاً قیمت خرید اولیه بالاتری نسبت به خودروهای بنزینی دارند.
- تخریب باتری: باتری های هیبریدی می توانند با گذشت زمان تخریب شوند، اگرچه طول عمر آنها دائما در حال بهبود است.
نتیجه گیری
خودروهای هیبریدی به خودرو هایی گفته میشوند که در کنار موتور احتراق داخلی یا همان بنزینی، یک موتور برقی نیز دارند که هر دوی آنها می تواند قدرت محرکه خودرو را تامین کند. این خودرو ها نسبت به خودروهای بنزینی بسیار بهینه تر بوده و رانندگی بی صداتری بدون افت توان خودرو ارائه می دهند.
