مکانیک ساخت و تولید

این وبلاگ سعی در نمایش مطالب و مقالات و معرفي وبلاگها و سايتها در زمینه مهندسی مکانیک ساخت و تولید را دارد .

خودروهای هیبریدی
ساعت ۱:٥٢ ‎ق.ظ روز سه‌شنبه ۱ شهریور ۱۳٩٠  کلمات کلیدی:

با توجه به ساختار کنترلی و طریقه اتصال اجزاء به یکدیگر، خودروهای هیبریدی به سه نوع سری، موازی و سری- موازی تقسیم بندی می شوند. هر یک از انواع در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

خودروهای سری - موازی بهترین آرایش خودروهای هیبریدی می باشند .  مقایسه ای بین انواع خودروهای هیبریدی انجام خواهد شد و خصوصیات و ویژگی های این خودروها بررسی می شود . خصوصیات زیر را می توان برای خودروهای هیبریدی سری- موازی که به عنوان آرایش برتر در شماره های قبلی انتخاب شدند برشمرد . 

 


انواع خودروهای هیبریدی

با توجه به ساختار کنترلی و طریقه اتصال اجزاء به یکدیگر، خودروهای هیبریدی به سه نوع سری، موازی و سری- موازی تقسیم بندی می شوند. هر یک از انواع در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1) سیستم هیبریدی سری

در این دسته از خودروها ، موتور احتراق داخلی یک ژنراتور را می چرخاند و این ژنراتور، هم باطری را شارژ می کند و هم یک موتور الکتریکی را به حرکت درمی آورد و بدین صورت انتقال قدرت صورت می گیرد . در این ساختار، موتور احتراقی مستقیماً به سیستم انتقال قدرت وصل نمی شود. این سیستم به خاطر این سری نامیده می شود که قدرت، به صورت سری به چرخ ها منتقل م ی گردد و از آن برای رانش موتورهای با قدرت کم و با رنج کارکرد بهینه استفاده می شود. اجزای این سیستم در شکل نشان داده شده است.

 

2)سیستم هیبریدی موازی

در این نوع سیستم، موتور احتراقی و موتور الکتریکی به صورت موازی چرخها را به حرکت درمی آورند . در این سیستم موتور الکتریکی توسط باطری و موتور احتراقی توسط منبع سوخت فسیلی مستقیما تغذیه می گردند. در این حالت ژنراتور حذف شده و باطری با تغییر حالت موتور الکتریکی به ژنراتور ، شارژ می گردد. از آنجائیکه این سیستم فقط یک موتور دارد ، موتور الکتریکی نمی تواند همزمان هم باطری را شارژ کند و هم باعث رانش چرخها گردد. این سیستم در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

 

3)    سیستم هیبریدی سری  موازی

این طرح بگونه ای است که می توان از آن در شرایط مختلف به صورت هیبرید سری یا موازی استفاده نمود . در این سیستم با بهره گیری از فن آوری پیشرفته ، امکان استفاده از سیستم احتراقی و سیستم الکتریکی بطور جداگانه و همزمان وجود دارد . به این ترتیب در مواقع رانندگی در شهر این خودروها کاملا ا لکتریکی و بدون آلودگی و در سرعتهای بالا و در محدودۀ برون شهری می تواند بطور مستقل، احتراقی و یا ترکیبی از دو سیستم باشد . در مواقعی چون شتابگیری سریع، هر دو سیستم با هم عمل می کنند . چنین ایده ای فقط بکمک یک فن آوری مدرن در یک خودرو سواری قابل اجراست . معمولاً چنین سیستمهایی از نوع ترکیبی هستند و با بهره گیری از یک استراتژی کنترلی مناسب عملا همراه با فراهم آوردن عملکرد مناسب، سطح شارژ باطریها نیز در حد خوبی نگهداری می شود. بدین ترتیب این خودرو می تواند چه در شهر و چه در جاده به یک خودروی متداول امروزی تبدیل گر دد. در این سیستم دو موتور الکتریکی وجود دارد که بسته به  شرایط می تواند ترکیبی از آنها به کار آیند و قابلیت تبدیل به ژنراتور را نیز دارند . این سیستم در خودرو Prius و Estima شرکت تویوتا استفاده شده است. اجزای این سیستم در شکل نشان داده شده است.

 

 

 

 

خودروهای هیبریدی

در دو شماره دانستنیهای آموزشی قبلی، تاریخچه، ویژگیها، تکنولوژی خودروهای هیبریدی و انواع خودروهای هیبریدی بررسی شده است .

 در این شماره با پایان دادن به بحث خودروهای هیبریدی، مزایا و معایب انواع این خودروها معرفی خواهد شد.

در دانستنیهای قبلی به این نتیجه رسیدیم که خودروهای سری - موازی بهترین آرایش خودروهای هیبریدی می باشند . در این شماره مقایسه ای بین انواع خودروهای هیبریدی انجام خواهد شد و خصوصیات و ویژگی های این خودروها بررسی می شود . خصوصیات زیر را می توان برای خودروهای هیبریدی سری- موازی که به عنوان آرایش برتر در شماره های قبلی انتخاب شدند برشمرد:

  1. کاهش اتلاف انرژ ی : در این خودروها سیستم بطور اتوماتیک در حالت idle  (درجا ) خاموش می شود و بدین ترتیب از به هدر رفتن انرژی در مکانهای دارای چراغ قرمز جلوگیری می شود . سیستم به محض فشردن کلاچ توسط راننده برای اقدام به حرکت  بطور اتوماتیک و بیصدا روشن می گردد .
  2. ذخیره سازی و برگرداندن انرژ ی : انرژیی که در هنگام شتاب منفی و ترمزگیری هدر می رود را به انرژی الکتریکی تبدیل نموده و از اتلاف آنها جلوگیری می کند. مقدار این انرژی

Ke = 1/2 mv²   می باشد که تمام آن طی ترمزگیری معمولی به هدرمی رود و بخش زیادی از آن می تواند در ترمزهای خودروهای هیبریدی بازیافت شود.

  1. کمک به کارکرد موتور احتراقی: موتور الکتریکی در زمان شتابگیری به کارکرد موتور احتراقی کمک می کند .
  2. کارکرد 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. در جدول زیر سه نوع آرایش خودروهای هیبریدی با یکدیگر مقایسه شده اند.

 

 

  

حالتهای عملکردی موتور هیبریدی سری- موازی

حالتهای عملکردی یک موتور هیبریدی سری- موازی را می توان به شش قسمت تقسیم نمود:

 

1)    حالت روشن شدن در دورهای پایین و متوس ط : در این حالت موتور احتراقی که بازدهی مناسبی ندارد کاملا خاموش است و فقط موتور الکتریکی توان مورد نیاز خودرو را تأمین می نماید.

2)    حرکت در حالتهای معمولی: قدرت ناشی از موتور احتراقی توسط تقسیم کنندۀ قدرت (Power split device) به دو بخش تقسیم می گردد قسمتی از قدرت آن به ژنراتور می رود که منجر به حرکت در آوردن موتور الکتریکی می گردد و مابقی چرخها را مستقیماً به حرکت درم یآورد: قدرت موتور احتراقی در این مرحله در حداکثر بازدهی است.

3)    شتابگیری سریع : در حالیکه قدرت یکنواختی از سیستم انتقال قدرت به چرخها منتقل می گردد ، توان اضافی توسط باطری نیز جهت افزایش توان موتور الکتریکی تامین می گردد.

4)    شتاب کندشونده و یا ترمزگیر ی : موتور با قدرت بالا به ژنراتور با قدرت بالایی تبدیل می گردد که توسط چرخها به حرکت درمی آید. در این حالت انرژی جنبشی به انرژی مکانیکی تبدیل شده و در باطری ذخیره می گردد.

5)    شارژ شدن باطر ی : برای اینکه باطریها همیشه در حد قابل قبولی انرژی داشته باشند ، در حالت ضروری که احتیاج باشد توسط موتور احتراقی شارژ می گردند.

6)    حالت استراحت: موتور به حالت اتوماتیک خاموش می گردد.

 

مقایسه بازده استفاده از انرژی در خودروهای معمولی و هیبریدی

در شکل های زی ر بازدهی دو خودروی هیبریدی و معمولی با یکدیگر مقایسه شده اند . در مربع های نشان داده شده در شکلها مقدار تلفات انرژی به درصد نشان داده شده است . همانگونه که مشاهده می شود در حالت خودروهای هیبریدی علاوه بر اینکه سوخت مصرفی تا 50 درصد کاهش یافته است، میزان تلفا ت نیز در سایر بخش ها کاهش یافته و حتی در هنگام ترمزگیری مقدار 4+ درصد انرژی به سیستم تزریق می گردد.

درصد تلفات خودروهای معمولی

درصد تلفات خودروهای هیبریدی