تحقیق سیستم های هیبریدی

امروزه با توجّه به آلودگی های ناشی از خودروها و محدودیت های سوختهای فسیلی، کارخانه های خودروسازی گام مهمّی در مقابله با این امر برداشته اند که از جمله آنها می توان به خودروهای هیبریدی (Hybrid Vehicle)، تکنولوژی پیل سوختی (Fuel Cell)، موتورهای با پاشش مستقیم بنزینی (GDI)، موتورهای (HCCI) و خودرو های دو گانه سوز (Bi-fuel) اشاره  کرد.

بازده بالا، آلایندگی کم، مسافت قابل پیمایش بالا، ایمنی مطلوب و قیمت قابل رقابت با خودروهای متداول از جمله ویژگی های حائز اهمّیت برای خودروهای هیبریدی است. بسیاری از خودرو سازان بزرگ مبادرت به تولید این خودروها در سطحی گسترده نموده اند. در قسمت های بعدی به شمای کلی از نحوۀ عملکرد، حالتهای کارکردی، مزایا، معایب و تقسیم بندی قسمت های مختلف خودروی هیبریدی خواهیم پرداخت.

تاریخچه:

یک مهندس امریکایی به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 یک ماشین هیبریدی ساخت که قادر بود در طی 10 ثانیه تا 25 مایل شتاب بگیرد. موتور این خودرو ترکیبی از موتور بنزینی و موتور الکتریکی بود که امروزه به عنوان موتور هیبریدی شناخته می شود. Piper در سه سال و نیم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ امّا 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 سوخت های فسیلی و مطرح نبودن آلودگی محیط زیست، سبب عدم توجّه به این نوع خودروها شد. در پی بحرانهای نفتی سالهای 1970 دوباره این خودروها مورد توجّه قرار گرفتند ولی تا سال 1990 که کار اصولی با مشارکت (Partnership for a New Generation Vehicle) PNGV در امریکا آغاز گردید، این خودروها به طور جدّی پیگیری نشدند.

امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجّه کمپانی های بزرگ جهان قرار گرفته که از آن جمله می توان به شرکتهایی مانند: تویوتا، هوندا، میتسوبیشی، فورد، فیات، جنرال موتورز، دایملر/کرایسلر، نیسان، پژو و ... اشاره نمود. توفیق این محصولات به حدی چشمگیر بوده که از دسامبر 1997 تا ابتدای سال 2000 بیش از چهل هزار محصول پریوس کمپانی تویوتا به فروش رسیده است.

شناخت خودروی هیبریدی:

خودروی هیبریدی ماشینی است که حداقل از دو نوع منبع انرژی برای حرکت بهره می گیرد. در نسل جدید خودروهای هیبریدی دو موتور سوختی و برقی، نیروی محرکه لازم برای حرکت را فراهم می کنند. اما چرا از دو موتور برای به حرکت در آوردن این خودروها استفاده شده است؟

یکی از معایب موتورهای بنزینی یا گازوئیلی امروزی این است که در دورهای پایین که بازده و راندمان آنها بیشتر است، توان کمی تولید می کنند. اما بر خلاف موتورهای درونسوز، موتورهای برقی در دورهای کم، گشتاور زیادی را با راندمان بالا تولید می کنند. بنابراین با در کنار یکدیگر قرار دادن این دو موتور، می توان ضمن دستیابی به توان کافی برای حرکت و شتاب گیری، مصرف سوخت را نیز کاهش داد. یکی از ویژگی های مهم و جالب خودروهای هیبرید برقی در این است که باطری های آن، در مواقعی که موتور درونسوز بیش از میزان مورد نیاز برای به حرکت در آوردن خودرو، نیرو تولید می کند یا با به کار گیری مستقیم قدرت موتور، هنگام ترمز گیری و یا حرکت در سراشیبی ، شارژ شده و برق مورد نیاز خود را تأمین می کنند. این یکی از مهمترین ویژگی خودروهای هیبریدی می باشد. آنچه در تمام خودروهای هیبرید برقی جلوه می کند، مدیریت و موازنۀ الکترونیکی و هوشمند ارتباط دو موتور با یکدیگر است.

خودروهی هیبریدی، نوع تعمیم یافتۀ خودروهای برقی خالص هستند که 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، کارکرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطۀ بهینۀ خود کار می کنند که این امر باعث بالا رفتن بازده موتور و کاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می گردد و دیگر اینکه به هنگام ترمز گیری و یا شتاب منفی، انرژی به صورت الکتریکی در باطری ها ذخیره می شود و همین امر باعث کارکرد کمتر موتور احتراقی خواهد شد و در نتیجه منجر به کاهش آلودگی و پایین آمدن مصرف سوخت می گردد. به عنوان مثال تویوتا پریوس ( Toyta Prius ) با موتور 4 سیلندر 1500 سی سی مصرف سوختی معادل 4/2 لیتر در 100 کیلومتر دارد! مزیت دیگر این خودروها نسبت به خودروی برقی خالص، قابلیت پیمودن مسیرهای طولانی در هر بار شارژ کردن باطری می باشد.

خودرو های هیبریدی از ساختارهای مختلفی برخوردارند. اما الزاماً یک خودروی هیبریدی از یک سیستم ذخیره ساز انرژی، یک واحد تولید قدرت و یک سیستم انتقال قدرت تشکیل شده است. انتخاب های اولیه برای سیستم ذخیره ساز انرژی باطری ها، و خازن ها و فلایویل ها هستند. اگرچه باطری ها عمده ترین انتخاب در این زمینه می باشند اما تحیق بر روی زمینه های دیگر ذخیره سازی انرژی آغاز شده است. باطری ها، بدلیل ارزان بودن و تجاری بودن و نداشتن قسمت های متحرک اولین وسیلۀ ذخیرۀ انرژی و همانطور که گفته شد متداولترین است اما بزرگترین عیبشان عمر کوتاهشان می باشد. البته باطری ها با تکنولوژی جدید بسیار گران می باشند و امروزه تعداد زیادی از باطری های جدید در حال توسعه هستند.