خودروی هیبریدی چیست و چگونه کار می‌کند؟

خودروی هیبریدی ترکیبی از خودروی الکتریکی و خودروی بنزینیست. در این نوع از ماشین، موتور احتراق و موتور الکتریکی یک‌دیگر را تکمیل کرده و توان لازم جهت حرکت چرخ‌ها را فراهم می‌کنند.

پیشینه و تاریخچه خودروهای هیبرید

تولید خودروی هیبریدی در ابتدا به عنوان یک پروژه علمی و نه یک ایده‌ی مناسب صنعتی نادیده گرفته شد. با نزدیک شدن پایان قرن ۲۰ و بحران انرژی این پروژه‌ی علمی وارد صنعت شد. اولین مدلی که به تولید انبوه رسید تویوتا پریوس (Prius) بود. این مدل که ابتدا به صورت اختصاصی در بازار ژاپن عرضه شد، امروزه یکی از مدل‌های محبوب بازار خودرو‌های هیبریدی بوده و در نسل چهارم خود قرار دارد.

 

ویژگی‌های کلی ماشین‌های هیبریدی

امروزه ماشین‌های هیبریدی با تنوع بالایی به بازار عرضه شده‌اند و انواع مختلفی دارند. اما در مدل‌های سنتی و عام، همچون پریوس یا های‌لندر (HighLander) از تویوتا و آکورد از هوندا، منبع اصلی قدرت همچنان موتور بنزینی می‌باشد. همچنین در این مدل‌ها موتور الکتریکی در پشت صندلی عقب قرار داده شده است تا با پایین آوردن مرکز ثقل، فرمان‌پذیری خودرو را بهبود بخشد.

در خودروی هیبریدی کلاسیک، موتور الکتریکی در هنگام توقف و نیز شروع حرکت وظیفه‌ی به حرکت در آوردن ماشین را دارد. زمانی که سرعت از حدی بالاتر می‌رود یا شارژ باطری از یک حد مشخص کمتر می‌شود، موتور احتراق به کار افتاده و ضمن شارژ باتری، پیشرانی ماشین را نیز به عهده می‌گیرد. باتری این ماشین از نوع Onboard بوده و از انرژی جنبشی نیز برای شارژ شدن استفاده می‌کند. به‌مانند ماشین‌های برقی، این ماشین‌ها نیز مجهز به سیستم ترمز احیا کننده (Regenerative) می‌باشد.

هم‌افزایی هیبریدی با سیستم (Hybrid Synergy Drive)

این سیستم که به سیستم هیبریدی تویوتا ۲ نیز معروف است، برندی برای طراحی منحصر به فرد شرکت تویوتا برای ماشین‌های هیبریدی می‌باشد. تویوتا این سیستم را با ارائه‌ی مدل پریوس به بازار معرفی کرد و بعد‌ها آن را برای نیسان نیز لایسنس نمود.

اصلی‌ترین ویژگی هم‌افزایی، راندن ماشین فقط با موتور الکتریکی می‌باشد. دیگر ویژگی مهم این سیستم، نبود هیچ‌گونه ارتباط مکانیکی بین موتور احتراق داخلی و بخش‌های دیگر است. در واقع پدال‌ها و جعبه‌دنده، از طریق سیگنال‌های الکتریکی با بخش‌های دیگر مرتبط بوده و تنظیم تعادل بین دو موتور به صورت اتوماتیک و هوشمند صورت می‌گیرد.

اولین نسل این سیستم بین سال‌های ۹۷ تا ۲۰۰۳ عرضه شد و با تولید نسل‌های بعدی ‌پریوس، سیستم هم‌افزایی هیبریدی هم وارد فاز‌های جدیدی شد. در ادامه، تویوتا با توسعه‌ی برند لکسوس، سیستم هیبریدی مختص لکسوس را نیز توسعه داد. در حال حاضر، ۷ میلیارد دستگاه تویوتا و لکسوس هیبریدی در حال تردد می‌باشند.

اجزا و شیوه‌ی کار خودرو هیبریدی

یک خودروی هیبریدی در حالت کلی و عام، دارای قطعات زیر می‌باشد:

باتری کمکی (Auxiliary): وظیفه‌ی تامین قدرت برای استارت و همچنین برق‌رسانی به تجهیزات داخلی ماشین را دارد.

مبدل DC/DC: جریان مستقیم ولتاژ بالای دریافتی از باتری اصلی را به جریان مستقیم ولتاژ پایین مورد نیاز باتری کمکی و تجهیزات داخلی خودرو تبدیل می‌کند.

ژنراتور الکتریکی: از چرخش چرخ‌ها در هنگام ترمز گرفتن، برق تولید می‌کند و آن را به باطری اصلی می‌رساند. در بعضی از ماشین‌های هیبریدی، ژنراتور با موتور تلفیق شده و یک قطعه به طور همزمان وظیفه اجرای سیستم ترمز احیا کننده و حرکت چرخ‌ها را بر عهده دارد.

موتور الکتریکی (Electric traction motor): توان لازم را از باتری اصلی (Traction battery)گرفته و چرخ‌ها را به حرکت در می‌آورد. در بعضی مدل‌ها وظیفه‌ی احیای باتری از طریق ترمز را به عهده دارد.

اگزوز: به مانند اگزوز در ماشین‌های بنزینی عمل کرده و جهت کاهش آلودگی در آن از کاتالیزور سه‌مسیره استفاده می‌گردد.

باک بنزین: هیچ تفاوتی با ماشین‌های بنزینی در این زمینه ندارد.

موتور احتراق داخلی (Internal combustion engine): ساز و کار آن مانند موتور‌ ماشین‌های بنزینی است و معمولا در جلوی خودروی هیبریدی قرار می‌گیرد.

سیستم کنترل توان الکتریکی: باتری اصلی ماشین جریانی الکتریکی ایجاد می‌کند که این سیستم وظیفه‌ی کنترل آن را به عهده دارد.

سیستم خنک کننده: دمای مناسب هر قطعه را تامین می‌کند.

پک باتری اصلی (Traction battery pack): انرژی الکتریکی را جهت استفاده‌ی موتور الکتریکی ذخیره می‌کند.

واحد انتقال: نیروی مکانیکی تولید شده در باتری و/یا موتور احتراق را جهت رانش چرخ‌ها منتقل می‌نماید.

چرا باید از خودرو هیبرید استفاده کنیم؟

خودروهای هیبریدی هم‌اکنون از محبوبیت خوبی در بازار برخوردارند. پیش‌بینی می‌شود در آینده این محبوبیت بیشتر نیز خواهد شد. خودروی هیبریدی به شما این امکان را می‌دهد تا زمان‌ها بین سوخت‌گیری خود را طولانی‌تر کنید. از طرفی برخلاف ماشین‌های برقی، که هنوز برای رقابت با ماشین‌های بنزینی آماده نیستند، ماشین‌های هیبریدی قیمت مناسب‌تری دارند و هرروز مورد توجه تعداد بیشتری از افراد قرار می‌گیرند.

این ماشین‌ها برای استفاده‌های شهری بسیار مناسبند. در واقع اگر رفت‌وآمد‌های مشخص و محدودی دارد، ماشین هیبریدی تا دوبرابر، فاصله‌ی بین دو سوخت‌گیری شمارا، نسبت به ماشین بنزینی، افزایش خواهد داد. بدیهی است که با این وجود، در هزینه‌ها نیز صرفه‌جویی خواهد شد.

یکی دیگر از مزایای خودروی هیبریدی، آلودگی صوتی و لرزش کمتر نسبت به خودروهای بنزینی می‌باشد. در بعضی مدل‌های هیبریدی موتور احتراق آن‌قدر حاشیه‌ای و کم‌کار است که لرزش هنگام حرکت تقریبا به صفر می‌رسد.

توجه داشته باشید که اگر سفرهای شما از جنس بین شهری بوده یا انتظار سرعت بالایی از ماشین خود دارید، یک ماشین بنزینی قدرتمند گزینه‌ی به مراتب بهتری خواهد بود.

انواع ماشین‌های هیبریدی

تا اینجا با شِمای کلی خودروی هیبریدی و سلسله مراتب کاری آن آشنا شدیم. حال می‌خواهیم جزیی‌تر و دقیق‌تر انواع آن را بررسی کنیم. این انواع در کلیات (مواردی که اشاره شد)مشترکند اما تفاوت‌هایی جزئی نیز دارند.

هیبرید موازی

وظیفه‌ی واحد انتقال در این نوع از ماشین هیبریدی، ترکیب نیروی حاصل از موتور احتراق و موتور الکتریکی می‌باشد. انواع انتقال در هیبرید موازی عبارتند از: اتوماتیک، دستی و متغیر ادامه‌دار (CVT). متغیر ادامه دار معروف‌ترین نوع انتقال در ماشین‌های هیبرید موازی بوده و در مدل‌هایی همچون پریوس و شورلت ولت (Chevrolet Volt) به کار رفته است.

میزان شتاب، احساس خوب موقع رانندگی و صدای تولید شده توسط هیبرید موازی، به عواملی همچون سایز موتور احتراق و نوع انتقال بستگی دارد. امروزه برند‌هایی از جمله تویوتا، لکسوس، هیوندایی، کیا، فورد، هوندا و نیسان از این نوع طراحی استفاده می‌کنند.

هیبرید سری

در این نوع طراحی، موتور احتراق به حاشیه رانده شده است. در واقع هیچ ارتباطی بین موتور احتراق و چرخ‌ها موجود نبوده و وظیفه‌ی آن صرفا شارژ باتری می‌باشد. همین نکته، باعث شده تا خودروی هیبریدی سری بیشتر از انواع دیگر هیبریدی به شما حس راندن یک ماشین برقی را منتقل کند.

خودروهایی که از این نوع طراحی برخوردارند، صدای کمتری تولید کرده و سریع‌تر شتاب می‌گیرند. زیرا موتور احتراق داخلی نیاز به راه افتادن (گرم شدن) دارد؛ در حالی که الکتریسیته برای شما شتابی آنی به ارمغان خواهد آورد.

جالب است بدانید در این طراحی، ماشین با گاز دادن یا ترمز گرفتن راننده شارژ نمی‌شود؛ بلکه این اتفاق به‌صورت هوشمند و اتوماتیک در درون موتور صورت می‌گیرد. برخی از منتقدان این نکته را نقطه ضعف طراحی سری می‌دانند. به‌هرشکل، BMW i3 با گسترش دهنده‌ی شعاع، یکی از معروف‌ترین مثال‌های این دسته است.

هیبرید شارژی

نسبت به انواع مرسوم خودروی هیبریدی، این طراحی باتری بزرگتری دارد. این باتری باید تماما و توسط یک منبع خارجی شارژ شود. بسته به مدل خریداری شده، با شارژ کامل باتری خود می‌توانید مسافتی بین ۲۵ تا ۸۸ کیلومتر را بدون استفاده از بنزین رانندگی کنید. می‌توان گفت در صورت استفاده از ماشین برای رفت‌وآمدهای محدود شهری و نصب یک پنل شارژ در منزل، این نوع از هیبرید می‌تواند شمارا از سوخت فسیلی بی‌نیاز کند.

در این نوع طراحی، چنانچه باتری ماشین تخلیه شود، شما با یک طراحی موازی روبرو خواهید بود که از موتور احتراق به طور همزمان برای حرکت و شارژ باتری استفاده می‌کند. Chrysler Pacifica plug-in hybrid مثالی بر این نوع طراحی می‌باشد.

در تولیدات اخیر، مدل‌هایی هستند که به‌طور دقیق در هیچکدام از این دسته‌ها قرار نمی‌گیرند. در واقع این مدل‌ها تلفیقی از هیبریدهای مختلف هستند. برای مثال، طراحی اخیر هوندا، در اکثر مواقع سری بوده و گاهی تبدیل به موازی می‌شود. بعضی مدل‌ها نیز (مانند مدل شارژی Volvo) با موتور احتراق چرخ‌های جلو را می‌رانند و موتور الکتریکی و واحد انتقال وظیفه‌ی تامین نیروی محور عقب را دارد. این اتفاق در مدل‌هایی همچون BMW i8 و Porsche 918 Spyder نیز قابل مشاهده است.

هیبرید خفیف

در این نوع از طراحی خودروی هیبریدی، باطری به حاشیه رانده شده است. در هیبرید خفیف، تنها کاربری باتری، کمک به کاهش مصرف سوخت می‌باشد. میزان صرفه‌جویی در هزینه‌های سوخت در هیبرید‌های خفیف نسبت به دیگر هیبرید‌ها بسیار ناچیز است. از‌همین‌رو، این خودروها از محبوبیت کمی در بازار کنونی برخوردارند. با این وجود، این محبوبیت رو به افزایش است و شرکت‌های بزرگ در حال تطبیق دادن این تکنولوژی با تقریبا تمام مدل‌های جدید خود هستند. Mercedes Benz E-Class و Audi A6-A7-A8 مثال‌هایی از این جریان رو به رشد می‌باشند.

خودروهای هیبریدی در بازار

تویوتا پریوس

اگر به بازار امروز نگاه کنیم، همچنان تویوتا پریوس را در صدر خواهیم دید. این مدل به علت قیمت قابل قبول و بهینه بودن در مصرف انرژی محبوبیت خود را تا حد زیادی حفظ کرده. در سال ۲۰۱۸، پریوس به عنوان دومین خودروی بهینه از لحاظ مصرف سوخت در آمریکا معرفی شد و در سال ۲۰۱۷ این مدل پرفروش ترین هیبریدی دنیا بود. قیمت این مدل در حال حاضر ۲۴ تا ۳۲ هزار دلار بوده و با تنوع خوبی در بازار عرضه می‌شود. پریوس شارژی، پریوس پرایم، پریوس V و پریوس C انواع این مدل را تشکیل می‌دهند.

مصرف بنزین در این مدل ۴.۵ لیتر در هر صد کیلومتر بوده و هزینه‌ی تعویض باتری ۲۲۰۰ دلار می‌باشد. با این خودروی هیبریدی می‌توانید تا ۹۵۵ کیلومتر بدون نیاز به سوخت‌گیری تردد کنید. میزان تولید کربن‌دی‌اکسید پریوس در هر کیلومتر ۱۰۴ گرم می‌باشد. اما بزرگترین ایراد این مدل طراحی ضعیف آن است. به همین دلیل است که با وجود امکانات و بهینه‌گی فوق‌العاده، رهبری بازار را در دست ندارد.

تویوتا کَمِری هیبرید

اگر به لیست پرفروش‌ترین‌های ۲۰۲۰ نگاه کنیم، این مدل را در صدر خواهیم دید. علاوه بر این، تویوتا کمری نظر منتقدان را نیز به خود جلب کرده است. این ماشین که تفاوت قیمت چندانی با پریوس ندارد، تجربه‌ی رانندگی آرام‌تر و امن‌تری را به شما خواهد داد. همچنین این مدل از طراحی بهتری برخوردار است.

مصرف بنزین این مدل از تویوتا عدد قابل توجه ۴.۹ لیتر بر صد کیلومتر می‌باشد. این عدد در بزرگراه‌ها تا ۴.۸ نیز پایین می‌آید. میزان مسافت طی شده بدون نیاز به سوخت‌گیری نیز برای کمری ۹۹۹ کیلومتر است. این ماشین در هر کیلومتر ۱۱۳ گرم کربن‌دی‌اکسید تولید می‌کند.

هوندا آکورد

این مدل که هم قیمت تویوتا کمریست، یکی دیگر از پرفروش‌های بازار است. درست در نقطه‌ی مقابل پریوس، این ماشین طراحی زیبایی داشته اما از لحاظ امکانات با مدل‌های تویوتا قابل مقایسه نیست. مصرف بنزین آکورد در شهر ۷.۹ و در بزرگراه‌ها ۶.۳ لیتر بر صد کیلومتر می‌باشد، در هر کیلومتر ۱۷۰ گرم دی‌اکسید‌کربن تولید کرده و ۷۷۷ کیلومتر شما را بدون نیاز به سوخت‌گیری جابجا خواهد کرد.

از امکانات ویژه‌ی هوندا آکورد، می‌توان به سیستم ترمز اضطراری، سیستم ماندن بین خطوط و سانروف اشاره کرد. تکنولوژی به کار رفته در واحد انتقال این ماشین، همان تکنولوژی CVT متعلق به تویوتا می‌باشد. آکورد همچنین صدا و لرزش ماشین‌های بنزینی را نیز دارد.

هیوندای یُنیک (IONIQ)

از معدود ماشین‌هایی که می‌تواند از لحاظ امکانات با پریوس رقابت داشته باشد می‌توان به هیوندای ینیک اشاره کرد. طراحی بسیار زیبا، قیمت مناسب و مصرف بنزینی در حدود ۴ لیتر بر صد کیلومتر از جمله ویژگی‌های چشم‌گیر این مدل می‌باشند. میزان کیلومتر طی شده بدون نیاز به سوخت‌گیری نیز در ینیک نزدیک ۱۱۰۰ کیلومتر می‌باشد که در تمام این زمینه‌ها به پریوس برتری دارد.

این مدل ایرادات خاص خود را نیز دارد. تجربه رانندگی در این ماشین به اندازه‌ی هیبریدی‌های پرچمداری همچون پریوس، بی سر و صدا، آرام و بی لرزش نیست. یکی از بزرگترین چالش‌های دارندگان این ماشین رانندگی در آسفالت‌های بی‌کیفیت است. در کل برای کسانی که دنبال بهینه‌گی بسیار زیاد در مصرف سوخت هستند مدل مناسبی می‌باشد اما در جاده‌های شهری و جاهایی غیر از آزادراه، گزینه‌ی ایده‌آلی برای رانندگی نیست.

فورد فیوژن

سیستم‌های داخلی پیشرفته، طراحی فوق‌العاده و فرمان‌پذیری بسیار خوب این مدل نتوانسته است آن را قابل رقابت با نیمه‌ی بالایی جدول ماشین‌های هیبریدی کند. دلیل این امر را باید در مصرف بالای بنزین فیوژن، نسبت به دیگر مدل‌های هیبریدی جستجو کرد. فورد فیوژن در شهر ۱۰ لیتر به ازای هر کیلومتر مصرف کرده و ۲۰۳ گرم دی‌اکسید کربن تولید می‌کند. همچنین مسافت طی شده بدون نیاز به سوخت گیری آن ۷۲۴ کیلومتر می‌باشد. سانروف یکی از امکانات قابل انتخاب این مدل بوده و نظر منتقدان زیادی را به خود جلب نکرده است.