نحوه کار وسایل نقلیه هیبریدی: ادغام سیستمهای پیشرانه الکتریکی و بنزینی
همکاری بین موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی در وسایل نقلیه هیبریدی
خودروهای هیبریدی به این دلیل بهتر کار میکنند که موتور بنزینی و موتور الکتریکی را در یک سیستم ترکیب میکنند. هنگام حرکت با سرعت بالا در بزرگراهها یا صعود به تپه، موتور بنزینی معمولی کار را بر عهده میگیرد. اما هنگام حرکت آهسته در محیط شهری، بخش الکتریکی بیشتر کار را انجام میدهد. چیزی که این خودروهای هیبریدی را واقعاً هوشمند میکند، نحوهٔ بازیابی بخشی از انرژی است که در غیر این صورت هدر میرفت. ترمزها در واقع هنگام کاهش سرعت، الکتریسیته تولید میکنند که برای استفاده بعدی ذخیره میشود. به عنوان مثال، در ترافیک ساعت شلوغ. اکثر مدلهای هیبریدی در شرایط ترافیک سنگین کاملاً به قدرت الکتریکی سوئیچ میکنند و مصرف سوخت را به میزان قابل توجهی کاهش میدهند. برخی آزمایشها نشان میدهند که صرفهجویی در مصرف سوخت از حدود ۳۰٪ تا تقریباً نصف مقداری است که خودروهای سنتی در شرایط مشابه مصرف میکنند.
سیستمهای موازی در مقابل سریال هیبریدی: درک معماریهای اصلی
امروزه اساساً دو نوع سیستم هیبریدی وجود دارد: سیستمهای موازی و سری. در خودروهای هیبریدی موازی، موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی هر دو میتوانند به طور جداگانه یا همزمان به چرخها نیرو برسانند و این امر باعث میشود هنگام شتابگیری تعویض بین آنها راحتتر باشد. نوع دیگر، هیبریدهای سری هستند که در آنها موتور بنزینی تنها برای تولید برق به منظور راهاندازی موتور الکتریکی استفاده میشود و همان موتور الکتریکی تمام کار چرخاندن چرخها را انجام میدهد. با توجه به یافتههای مختلف مقالات تحقیقاتی، هیبریدهای موازی تمایل به مصرف سوخت کارآمدتری در محیطهای شهری دارند، زیرا میتوانند به صورت پویا از هر دو منبع انرژی استفاده کنند. در مقابل، هیبریدهای سری در سفرهای طولانی جادهای عملکرد بهتری دارند، زیرا موتور بنزینی در نقطه بهینه خود کار میکند و بدون قطع و وصل مستقیم مکانیکی به چرخها، بدون وقفه کار میکند.
ترمیم انرژی از طریق ترمز و مدیریت انرژی در عملکرد خودروی هیبریدی
روش کار سیستمهای مدیریت انرژی در واقع بسیار هوشمندانه است. این سیستمها به طور همزمان توان را بین حرکت دادن خودرو به جلو و شارژ نگه داشتن باتریها تقسیم میکنند. هنگامی که خودرو کند میشود، ترمز بازیابیکننده (regenerative braking) فعال شده و بخشی از انرژی حرکتی تلفشده را دوباره جمعآوری میکند. صحبت اینجاست که حدود ۱۵ تا حتی ۲۰ درصد از انرژی که معمولاً در خودروهای معمولی به صورت گرما تلف میشود، دوباره بازیابی میشود. مغزهای کامپیوتری داخل این خودروهای هیبریدی نیز بسیار هوشمند هستند. آنها تمایل دارند در شرایطی که نیاز به توان کم است، ابتدا از برق استفاده کنند و سپس هنگام رانندگی سریع در بزرگراهها یا ادغام شدن با ترافیک، به سوخت متصل شوند. این تعامل هوشمندانه بین توان الکتریکی و بنزینی به این معناست که رانندگان به مصرف سوخت بهتری دست پیدا میکنند و میتوانند بدون توقف برای سوخت، مسافت بیشتری را طی کنند؛ چیزی که منطقی میسازد چرا امروزه تعداد زیادی از مردم به مدلهای هیبریدی روی میآورند.
مزایای کارایی سوخت خودروهای هیبریدی در رانندگی واقعی
مقایسه کارایی سوخت خودروهای هیبریدی با خودروهای بنزینی: دادههای واقعی
وسایل نقلیه هیبریدی در شرایط رانندگی ترکیبی به مصرف سوختی معادل ۳۵ تا ۴۵ مایل در هر گالن میرسند که طبق تحلیل گزارش مصرفکننده در سال ۲۰۲۴، این عدد ۴۰ درصد کارآمدتر از مدلهای بنزینی مشابه است. هیبریدها با تغییر روان بین موتورهای الکتریکی برای کارهای پایینسرعت و موتورهای بنزینی برای نیازهای بزرگراهی، اتلاف انرژی ذاتی در سیستمهای انتقال قدرت سنتی را کاهش میدهند.
مزایای رانندگی در شهر: بهبود بازدهی در ترافیک متراکم در وسایل نقلیه هیبریدی
در ترافیک شهری، هیبریدها با ترمز تجدیدپذیر و شتابگیری تنها با موتور الکتریکی، مصرف سوخت را تا ۲۵ تا ۳۰ درصد کاهش میدهند. موتور الکتریکی در توقفهای مکرر حرکت را تأمین میکند، در حالی که موتور بنزینی غیرفعال باقی میماند — حالتی که وسایل نقلیه بنزینی قادر به تکرار آن نیستند. این مزیت بازدهی شهری مستقیماً به معنای انتشار آلایندههای کمتر و نیاز کمتر به سوختگیری است.
رتبهبندی EPA و گزارش مصرفکننده درباره مصرف سوخت وسایل نقلیه هیبریدی
رتبهبندیهای EPA تأیید میکنند که خودروهای هیبریدی بهطور متوسط ۱۵ تا ۲۰ درصد صرفهجویی بیشتری در مصرف سوخت نسبت به نمونههای مشابه فقط با سوخت گازوئیل دارند و گزارشهای مصرفکننده نیز این بهبودها را در استفاده واقعی تأیید کردهاند. رتبهبندی استاندارد ۴۵ مایل در گالن برای خودروهای هیبریدی سدان در بزرگراه، معادل بیش از ۶۰۰ مایل با یک باک سوخت است که بهبود قابل اندازهگیری در کارایی را نشان میدهد و این موضوع توسط آزمونهای مستقل تأیید شده است.
برد رانندگی طولانیتر: چگونه خودروهای هیبریدی فاصله را با یک باک سوخت به حداکثر میرسانند
برد طولانی خودروهای هیبریدی با یک باک بنزین: مطالعه موردی مدلهای برتر
خودروهای هیبریدی امروزه به دلیل استفاده بهتر از دو منبع قدرت خود، مسافتهای قابل توجهی را طی میکنند. آخرین آمارهای منتشر شده از گزارشهای خودروسازی نشان میدهد که بهترین مدلهای هیبریدی امروزه بیش از ۶۰۰ مایل (حدود ۹۶۵ کیلومتر) با یک باک سوخت طی میکنند و در مقایسه با خودروهای معمولی سوختسوز، حدود ۳۵ تا شاید ۵۰ درصد عملکرد بهتری دارند. عامل این امر چیست؟ این خودروها بهصورت هوشمندانه بین موتورهای الکتریکی و موتورهای بنزینی سنتی جابجا میشوند، بسته به اینکه در هر لحظه چه نوع قدرتی مورد نیاز باشد. این امر به معنای مصرف کمتر سوخت در هنگام رانندگی در بزرگراه یا شتابگیری است که اکثر رانندگان آن را در پمپ بنزین متوجه میشوند.
به عنوان مثال، یک مدل شاسی هیبریدی متوسط، دامنه ۵۰۰ مایلی را با استفاده از یک سیستم هیبریدی سری نشان داد. طراحی آن ابتدا از باتری استفاده میکند و تنها زمانی ژنراتور بنزینی را فعال میکند که سطح شارژ به زیر ۲۰٪ برسد و به این ترتیب مسافت کلی را بدون کاهش عملکرد، افزایش میدهد.
چگونه حالتهای ذخیره سوخت، قابلیت مسافت طولانی خودروهای هیبریدی را افزایش میدهند
هیبریدها از پروتکلهای استراتژیک ذخیره سوخت برای بیشینه کردن برد استفاده میکنند. هنگامی که باتریها تخلیه میشوند، سیستمهای پیشرفته بهصورت هماهنگ ژنراتورهای کوچک بنزینی را فعال میکنند تا بسته باتری را شارژ مجدد کنند بدون اینکه مستقیماً چرخها را به حرکت درآورند . این روش با استفاده از بنزین به عنوان منبع انرژی ثانویه، کارایی سیستم محرکه الکتریکی را حفظ میکند.
یکی از بهبودهای بزرگی که اخیراً شاهد آن بودهایم، از سیستمهای مدیریت انرژی پیشبینیکننده ناشی میشود. این سیستمهای هوشمند میدانند که در چه زمانی باید مولد را روشن کنند، بسته به نحوه رانندگی فرد و نوع جادههایی که بر روی آن حرکت میکند. به برخی از مدلهای موجود در بازار نگاه کنید - این خودروها دارای مخازن سوخت نسبتاً بزرگ ۴۷٫۵ گالنی هستند که با بنزین معمولی (اکتان ۸۷) به خوبی کار میکنند. این بدین معناست که پس از تمام شدن باتری، این مولدها میتوانند حدود ۲۰۰ مایل دیگر ادامه دهند قبل از اینکه نیاز به تقویت سوخت داشته باشند. در عمل بسیار مفید است، بهویژه اگر کسی خود را در جایی دور افتاده بدون دسترسی آسان به ایستگاههای شارژ یا فقط میخواهد در میانه یک سفر طولانی جادهای دچار توقف نشود.
انواع خودروهای هیبریدی: مقایسه کامل، ملایم و قابل شارژ
هیبرید کامل در مقابل هیبرید ملایم: تفاوتهای عملکرد و بازدهی
خودروهای هیبریدی کامل با باتریهای بزرگتر و موتورهای الکتریکی قویتری تجهیز شدهاند که این امکان را فراهم میکند تا در سرعتهای پایین، مسافتهای کوتاهی را فقط با استفاده از برق طی کنند. گزارشی از شورای بینالمللی حمل و نقل پاک در سال ۲۰۲۲ نشان داد که این خودروهای هیبریدی کامل در مقایسه با خودروهای بنزینی معمولی، بهویژه در محیطهای شهری که در آن ترافیک متوقف و حرکت میشود، حدود ۲۰ تا شاید حتی ۳۵ درصد مصرف سوخت بهتری دارند. علاوه بر این، خودروهای هیبریدی میلد (Mild Hybrid) نیز وجود دارند. این نوع از خودروها باتریهای کوچکتری دارند که در واقع تنها به موتور اصلی کمک میکنند و مانند خودروهای هیبریدی کامل، کاملاً جایگزین آن نمیشوند. خبر خوب این است که این سیستمهای میلد حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد هزینه اولیه کمتری برای مصرفکنندگان دارند. اما از سوی دیگر، صرفهجویی در مصرف سوخت نیز کمتر است و احتمالاً فقط حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد بهبود در مصرف سوخت نسبت به مدلهای سنتی غیرهیبریدی ایجاد میکنند.
وسایل نقلیه هیبریدی قابل شارژ: پل ارتباطی بین برد کامل الکتریکی و پشتیبان بنزینی
وسایل نقلیه هیبریدی دارای درگاه شارژ، یا PHEV که اغلب به آنها اینگونه گفته میشود، دارای باتریهایی هستند که میتوان از منابع خارجی آنها را شارژ کرد. این باتریها حدود ۳۰ تا ۵۰ مایل حرکت کاملاً پاک با برق فراهم میکنند که برای اکثر مردم تقریباً تمام سفرهای روزمره عادی را پوشش میدهد. پس از اینکه باتری تخلیه شد، ماشین بهصورت خودکار و بدون وقفه قابل توجهی به موتور بنزینی خود سوئیچ میکند و رانندگان را قادر میسازد تا با یک باک بنزین، مسافتی بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ مایل را طی کنند. بر اساس یافتههای گزارشهای مختلف صنعتی، کسانی که واقعاً به یاد داشته باشند ماشین خود را شارژ کنند، ۶۰ تا ۷۵ درصد سوخت کمتری نسبت به رانندگان وسایل نقلیه هیبریدی معمولی مصرف میکنند.
برد حرکت تنها با برق در وسایل نقلیه هیبریدی دارای درگاه شارژ: پیامدهای عملی
برد الکتریکی PHEV به ظرفیت باتری و شرایط رانندگی بستگی دارد:
فاکتور | تأثیر بر برد الکتریکی | تغییرات معمول |
---|---|---|
اندازه باتری | بزرگتر = برد طولانیتر | ۳۰–۵۰ مایل |
سرعت | آزادراه = کاهش ۲۰٪ برد | ۲۴–۴۰ مایل |
دمای | هوای سرد = کاهش ۱۵–۳۰٪ برد | 25 تا 42 مایل |
این انعطافپذیری اکثر صاحبان خودروهای PHEV را قادر میسازد تا 80 درصد سفرها را بهصورت الکتریکی انجام دهند، در حالی که همچنان موتور بنزینی برای سفرهای طولانیتر وجود دارد — که این نسبت به خودروهای کاملاً برقی (EV) مزیت مهمی محسوب میشود.
سوالات متداول
مزیت اصلی خودروهای هیبریدی نسبت به خودروهای سنتی فقط بنزینی چیست؟
خودروهای هیبریدی بهرهوری سوخت بهتری دارند، زیرا میتوانند بین موتورهای الکتریکی و موتورهای بنزینی جابجا شوند، از هدررفت انرژی کاسته و صرفهجویی قابل توجهی در مصرف سوخت ایجاد میکنند، بهویژه در محیطهای شهری.
سیستمهای هیبریدی موازی و سری چه تفاوتی با هم دارند؟
در خودروهای هیبریدی موازی، هم موتور احتراق داخلی و هم موتور الکتریکی بهطور مستقل میتوانند چرخها را به حرکت درآورند، در حالی که در خودروهای هیبریدی سری، موتور بنزینی تنها برای تولید برق مورد نیاز موتور الکتریکی که چرخها را به حرکت درمیآورد، استفاده میشود.
ترمینال ترمز بازیابیکننده انرژی (regenerative braking) در خودروهای هیبریدی چه نقشی دارد؟
سیستمهای ترمز بازیابیکننده انرژی در خودروهای هیبریدی، انرژی که معمولاً در حین ترمز کردن از دست میرود را جمعآوری کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند و در باتری ذخیره میکنند، که این امر باعث افزایش بهرهوری و کاهش مصرف سوخت میشود.
آیا وسایل نقلیه هیبریدی دارای قابلیت شارژ بیشتر از هیبریدهای معمولی کارآمدتر هستند؟
هیبریدهای قابل شارژ میتوانند مدت زمان بیشتری تنها با برق کار کنند، که این امر کارایی را در مقایسه با هیبریدهای معمولی که اغلب به موتورهای بنزینی متکی هستند، بهبود میبخشد. برای حداکثر کردن این مزیت، شارژ منظم مورد نیاز است.