ما هو نظام السيارة الهجين؟
محتوى
في الآونة الأخيرة ، اكتسبت المركبات التي تعمل بالطاقة الكهربائية شعبية كبيرة. ومع ذلك ، فإن السيارات الكهربائية الكاملة لها عيب كبير - احتياطي طاقة صغير دون إعادة الشحن. لهذا السبب ، يقوم العديد من صانعي السيارات الرائدين بتجهيز بعض نماذجهم بأنظمة هجينة.
في الواقع ، السيارة الهجينة هي السيارة التي تكون وحدتها الرئيسية محرك احتراق داخلي ، ولكنها معززة بنظام كهربائي مع محرك كهربائي واحد أو أكثر وبطارية إضافية.
حتى الآن ، يتم استخدام عدة فئات من الهجينة. بعضها يساعد ICE في البداية ، والبعض الآخر يسمح لك بالقيادة باستخدام الجر الكهربائي. ضع في اعتبارك ميزات محطات الطاقة هذه: ما هو الفرق بينها ، وكيف تعمل ، بالإضافة إلى إيجابيات وسلبيات الهجينة الرئيسية.
تاريخ المحرك الهجين
ترجع فكرة إنشاء سيارات هجينة (أو تقاطع بين سيارة كلاسيكية وسيارة كهربائية) إلى ارتفاع أسعار الوقود ، وتشديد معايير انبعاثات السيارات وتوفير قدر أكبر من الراحة عند القيادة.
تم تطوير محطة طاقة مختلطة لأول مرة من قبل الشركة الفرنسية Parisienne de voisions electriques. ومع ذلك ، كانت أول سيارة هجينة قابلة للتطبيق هي إنشاء فرديناند بورش. في محطة الطاقة Lohner Electric Chaise ، عمل محرك الاحتراق الداخلي كمولد للكهرباء ، حيث يعمل المحركان الكهربائيان الأماميان (مثبتان مباشرة على العجلات).
تم تقديم السيارة للجمهور في عام 1901. في المجموع ، تم بيع حوالي 300 نسخة من هذه السيارات. تبين أن النموذج عملي للغاية ، ولكنه مكلف التصنيع ، لذلك لا يستطيع سائق عادي أن يتحمل مثل هذه السيارة. علاوة على ذلك ، في ذلك الوقت ظهرت سيارة أرخص وأقل عملية ، طورها المصمم هنري فورد.
أجبرت وحدات طاقة البنزين الكلاسيكية المطورين لعدة عقود على التخلي عن فكرة إنشاء الهجينة. ازداد الاهتمام بالنقل الأخضر مع تمرير مشروع قانون تعزيز مواطني الولايات المتحدة. تم اعتماده في عام 1960.
بالصدفة ، اندلعت أزمة النفط العالمية في عام 1973. إذا لم تشجع القوانين الأمريكية الشركات المصنعة على التفكير في تطوير سيارات صديقة للبيئة بأسعار معقولة ، فإن الأزمة أجبرتهم على ذلك.
تم تطوير أول نظام هجين كامل ، والذي لا يزال يستخدم المبدأ الأساسي له ، من قبل TRW في عام 1968. وفقًا للمفهوم ، مع محرك كهربائي ، كان من الممكن استخدام ICE بحجم أصغر ، ولكن في نفس الوقت لم تضيع قوة الآلة ، وأصبح العمل أكثر سلاسة.
GM 512 Hybrid مثال على السيارة الهجينة الكاملة. كان يعمل من محرك كهربائي ، مما أدى إلى تسريع السيارة إلى 17 كم / ساعة. بهذه السرعة ، تم تنشيط محرك الاحتراق الداخلي ، مما أدى إلى تحسين أداء النظام ، بحيث زادت سرعة السيارة إلى 21 كم / ساعة. إذا كانت هناك حاجة للذهاب بشكل أسرع ، تم إيقاف تشغيل المحرك الكهربائي ، وكانت السيارة تتسارع بالفعل على محرك بنزين. كان الحد الأقصى للسرعة 65 كم / ساعة.
تم تقديم VW Taxi Hybrid - مثال ناجح آخر لسيارة هجينة ، للجمهور في عام 1973.
حتى الآن ، يحاول صانعو السيارات جلب الأنظمة الهجينة والكهربائية بالكامل إلى مستوى يجعلها تنافسية بالمقارنة مع ICEs الكلاسيكية. على الرغم من أن هذا لم يحدث بعد ، فقد دفعت العديد من التطورات مليارات الدولارات التي أنفقت على تطويرها.
مع بداية الألفية الثالثة ، شهدت البشرية حداثة تسمى تويوتا بريوس. أصبحت فكرة الشركة المصنعة اليابانية مرادفة لمفهوم "السيارة الهجينة". تم استعارة العديد من التطورات الحديثة من هذا التطور. حتى الآن ، تم إنشاء عدد كبير من التعديلات على التركيبات المدمجة ، مما يسمح للمشتري باختيار الخيار الأفضل لنفسه.
مبدأ تشغيل السيارات الهجينة
لا تخلط بين المحرك الهجين وسيارة كهربائية كاملة. تشارك التركيبات الكهربائية في بعض الحالات. على سبيل المثال ، في الوضع الحضري ، عندما تكون السيارة في حركة المرور ، يؤدي استخدام محرك الاحتراق الداخلي إلى ارتفاع درجة حرارتها ، فضلاً عن زيادة تلوث الهواء. في مثل هذه الحالات ، يتم تنشيط التركيب الكهربائي.
يتألف الهجين حسب التصميم من:
- وحدة الطاقة الرئيسية. هذا محرك بنزين أو ديزل.
- محرك كهربائي. اعتمادًا على التعديل ، قد يكون هناك العديد. حسب مبدأ العمل ، يمكن أن تكون مختلفة أيضًا. على سبيل المثال ، يمكن استخدام بعضها كمحرك إضافي للعجلات ، بينما يمكن استخدام البعض الآخر كمساعد للمحرك عند بدء تشغيل الماكينة من مكان.
- بطارية اضافية. في بعض السيارات ، لديها سعة صغيرة ، احتياطي الطاقة يكفي للتنشيط لفترة قصيرة من التركيبات الكهربائية. في حالات أخرى ، تتمتع هذه البطارية بسعة كبيرة حتى تتمكن المركبات من التحرك بحرية من الكهرباء.
- نظام تحكم إلكتروني. تقوم المستشعرات المعقدة بمراقبة تشغيل محرك الاحتراق الداخلي وتحليل سلوك الماكينة ، والتي يتم على أساسها تنشيط / تعطيل المحرك الكهربائي.
- العاكس. هذا هو محول الطاقة اللازمة القادمة من البطارية إلى محرك كهربائي ثلاثي الطور. يقوم هذا العنصر أيضًا بتوزيع الحمل على العقد المختلفة اعتمادًا على تعديل التثبيت.
- مولد كهرباء. بدون هذه الآلية ، لا يمكن إعادة شحن البطارية الأساسية أو الثانوية. كما هو الحال في السيارات العادية ، يتم تشغيل المولد بواسطة محرك الاحتراق الداخلي.
- أنظمة الاسترداد. تم تجهيز معظم السيارات الهجينة الحديثة بمثل هذا النظام. إنها "تجمع" طاقة إضافية من مكونات السيارة مثل نظام المكابح والهيكل (عندما تكون السيارة متوجهة ، على سبيل المثال ، من تل ، يقوم المحول بتجميع الطاقة المحررة في البطارية).
يمكن أن تعمل وحدات الطاقة للتركيب الهجين بشكل فردي أو في أزواج.
مخططات العمل
هناك العديد من مخططات العمليات الهجينة الناجحة. هناك ثلاث نقاط رئيسية:
- تسلسلي؛
- موازى؛
- متوازي تسلسلي.
دارة تسلسلية
في هذه الحالة ، يتم استخدام محرك الاحتراق الداخلي كمولد للكهرباء لتشغيل المحركات الكهربائية. في الواقع ، ليس لمحرك البنزين أو الديزل اتصال مباشر بنقل السيارة.
يتيح لك هذا النظام تثبيت محركات منخفضة الطاقة بحجم صغير في حجرة المحرك. مهمتهم الرئيسية هي تشغيل مولد الجهد.
غالبًا ما تكون هذه السيارات مجهزة بنظام استرداد ، والذي بفضله يتم تحويل الطاقة الميكانيكية والحركية إلى تيار كهربائي لإعادة شحن البطارية. اعتمادًا على حجم البطارية ، يمكن للسيارة أن تقطع مسافة معينة حصريًا على الجر الكهربائي دون استخدام محرك احتراق داخلي.
أشهر مثال على هذه الفئة من السيارات الهجينة هو شيفروليه فولت. يمكن شحنها مثل السيارة الكهربائية العادية ، ولكن بفضل محرك البنزين ، يزداد النطاق بشكل كبير.
التوصيل بالتوازي
في التركيبات المتوازية ، يتم إقران محرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي. تتمثل مهمة المحرك الكهربائي في تقليل الحمل على الوحدة الرئيسية ، مما يؤدي إلى توفير كبير في الوقود.
إذا قمت بفصل المحرك عن ناقل الحركة ، فإن الماكينة قادرة على تجاوز مسافة معينة من الجر الكهربائي. لكن المهمة الرئيسية للجزء الكهربائي هي ضمان التسارع السلس للسيارة. وحدة الطاقة الرئيسية في مثل هذه التعديلات هي محرك بنزين (أو ديزل).
عندما تبطئ السيارة أو تتحرك من محرك الاحتراق الداخلي ، يعمل المحرك الكهربائي كمولد لإعادة شحن البطارية. بفضل تشغيل محرك الاحتراق الداخلي في هذه السيارات ، لا يلزم وجود بطارية عالية الجهد.
على عكس الهجينة المتسلسلة ، تتمتع هذه الوحدات باستهلاك أعلى للوقود ، حيث لا يتم استخدام المحرك الكهربائي كوحدة طاقة منفصلة. في بعض الموديلات ، مثل BMW 350E iPerformance ، يكون المحرك الكهربائي مدمجًا في علبة التروس.
إحدى ميزات مخطط العمل هذا هي ارتفاع معدل عزم الدوران بسرعات منخفضة في العمود المرفقي.
دارة متوازية تسلسلية
تم تطوير هذا المخطط من قبل المهندسين اليابانيين. يطلق عليه HSD (محرك التآزر الهجين). في الواقع ، فهو يجمع بين وظائف النوعين الأولين من تشغيل محطات الطاقة.
عندما تحتاج السيارة إلى البدء أو التحرك ببطء في حلوى ، يتم تنشيط محرك كهربائي. لتوفير الطاقة بسرعة عالية ، تم توصيل محرك بنزين أو ديزل (حسب طراز السيارة).
إذا كنت بحاجة إلى التسارع بشكل حاد (على سبيل المثال ، عند التجاوز) أو عندما ترتفع السيارة ، فإن محطة الطاقة تعمل في وضع مواز - المحرك الكهربائي يساعد محرك الاحتراق الداخلي ، مما يقلل من الحمل عليه ، ونتيجة لذلك ، يوفر استهلاك الوقود.
ينقل الاتصال الكوكبي لمحرك الاحتراق الداخلي للسيارات جزءًا من الطاقة إلى ناقل الحركة الرئيسي ، وجزءًا إلى المولد لإعادة شحن البطارية أو محرك كهربائي. في مثل هذا المخطط ، يتم تثبيت الإلكترونيات المعقدة التي توزع الطاقة وفقًا للحالة.
المثال الأبرز للهجين مع مجموعة نقل الحركة المتوازية هو تويوتا بريوس. ومع ذلك ، فقد تلقت بالفعل بعض التعديلات على النماذج اليابانية الصنع المعروفة مثل هذه التركيبات. مثال على ذلك تويوتا كامري ، تويوتا هايلاندر هايبرد ، لكزس LS 600h. تم شراء هذه التكنولوجيا أيضًا من قبل بعض المخاوف الأمريكية. على سبيل المثال ، وجد التطوير طريقه إلى Ford Escape Hybrid.
أنواع الركام الهجين
تنقسم جميع المحركات المختلطة إلى ثلاثة أنواع:
- هجين لينة
- هجين متوسط
- الهجين الكامل.
كل واحد منهم له وظيفته الخاصة ، بالإضافة إلى الخصائص الفريدة.
توليد القوة الهجين الصغير
غالبًا ما يتم تجهيز محطات الطاقة هذه بنظام استرداد بحيث يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وإعادتها إلى البطارية.
آلية القيادة فيها بداية (يمكن أن تكون أيضًا بمثابة مولد). لا يوجد دفع بالعجلات الكهربائية في مثل هذه المنشآت. يتم استخدام المخطط لبدء تشغيل ICE بشكل متكرر.
منتصف توليد القوة الهجين
لا تتحرك هذه السيارات أيضًا بسبب المحرك الكهربائي. يعمل المحرك الكهربائي في هذه الحالة كمساعد لوحدة الطاقة الرئيسية مع زيادة الحمل.
تم تجهيز هذه الأنظمة أيضًا بنظام استرداد ، يجمع الطاقة المجانية مرة أخرى في البطارية. توفر الوحدات الهجينة المتوسطة كفاءة أكبر للمحرك الحراري.
مجموعة نقل الحركة الهجينة الكاملة
في مثل هذه التركيبات ، يوجد مولد عالي الطاقة ، مدفوع بمحرك الاحتراق الداخلي. يتم تنشيط النظام عند السرعات المنخفضة للمركبة.
تتجلى فعالية النظام في وجود وظيفة "بدء / إيقاف" ، عندما تتحرك السيارة ببطء في حركة المرور ، ولكن في إشارة المرور ، تحتاج إلى التسريع بشكل حاد. ميزة التثبيت الهجين الكامل هي القدرة على إيقاف تشغيل محرك الاحتراق الداخلي (يتم إيقاف تشغيل القابض) وقيادة محرك كهربائي.
تصنيف كهربة
قد تظهر المصطلحات التالية في الوثائق الفنية أو باسم طراز السيارة:
- الهجين.
- هجين لينة
- هجين كامل
- المكونات الهجينة.
الهجين
في مثل هذه السيارات ، يتم تثبيت محرك تقليدي. ليس لديهم محرك كهربائي. هذه الأنظمة إما مجهزة بوظيفة "بدء / إيقاف" ، أو مجهزة بنظام كبح متجدد (أثناء الكبح ، تحدث إعادة شحن إضافية للبطارية).
بعض الموديلات مجهزة بكلا النظامين. يعتقد بعض الخبراء أن مثل هذا النقل لا يعتبر نقلًا هجينًا ، لأنه يستخدم فقط وحدة طاقة تعمل بالبنزين أو الديزل دون الاندماج في نظام التشغيل الكهربائي.
هجين ناعم
كما أن هذه السيارات لا تتحرك بسبب الكهرباء. يستخدمون أيضًا محرك حراري ، كما هو الحال في الفئة السابقة. مع استثناء واحد ، يتم دعم محرك الاحتراق الداخلي بتركيب كهربائي.
في مثل هذه النماذج لا يوجد حذافة. يتم تنفيذ وظيفتها بواسطة مولد بداية كهربائي. يزيد النظام الكهربائي من عودة محرك منخفض الطاقة مع تسارع حاد.
الهجين الكامل
يقصد بهذه المركبات المركبات القادرة على تغطية مسافة معينة من الجر الكهربائي. في مثل هذه النماذج ، يمكن استخدام أي مخطط اتصال مذكور أعلاه.
لا يتم شحن هذه الهجينة من الشبكة. يتم تجديد البطارية بالطاقة بسبب عمل نظام الكبح التجديدي والمولد. تعتمد المسافة التي يمكن تغطيتها بشحنة واحدة على سعة البطارية.
الهجين المكونات
يمكن أن تعمل هذه السيارات كسيارة كهربائية أو تعمل من محرك الاحتراق الداخلي. بفضل الجمع بين محطتين لتوليد الطاقة يوفر الاقتصاد في استهلاك الوقود اللائق.
نظرًا لأنه من المستحيل ماديًا تركيب بطارية حجمية (في المركبات الكهربائية تحل محل خزان الغاز) ، يمكن لمثل هذا الهجين أن يغطي ما يصل إلى 50 كم على شحنة واحدة دون إعادة الشحن.
مزايا وعيوب السيارات الهجينة
في الوقت الحالي ، يمكن اعتبار الهجين رابطًا انتقاليًا من محرك حراري إلى تناظرية كهربائية صديقة للبيئة. على الرغم من أن الهدف النهائي لم يتحقق بعد ، وذلك بفضل إدخال التطورات المبتكرة الحديثة ، هناك اتجاه إيجابي في تطوير السيارات الكهربائية.
نظرًا لأن الهجينة هي خيار انتقالي ، فلديها نقاط إيجابية وسلبية. يشمل المحترفون:
- اقتصاد الوقود. اعتمادًا على مخطط تشغيل زوج الطاقة ، قد يزيد هذا المؤشر إلى 30٪ أو أكثر.
- إعادة الشحن بدون استخدام مأخذ كهربائي. وقد تحقق ذلك بفضل نظام استعادة الطاقة الحركية. على الرغم من عدم وجود شحن كامل ، إذا كان بإمكان المهندسين تحسين التحويل ، فسوف تتوقف السيارات الكهربائية عن الحاجة إلى منفذ على الإطلاق.
- القدرة على تثبيت محرك أقل حجمًا وقوة.
- الإلكترونيات أكثر اقتصادا بكثير من الميكانيكا لتوزيع الوقود.
- يسخن المحرك بشكل أقل ويستهلك الوقود عند القيادة في الاختناقات المرورية.
- يسمح لك مزيج البنزين / الديزل والمحركات الكهربائية بمواصلة القيادة في حالة نفاد طاقة البطارية العالية.
- بفضل تشغيل المحرك الكهربائي ، يمكن أن يعمل محرك الاحتراق الداخلي بشكل أكثر استقرارًا وأقل ضوضاء.
تحتوي النباتات الهجينة أيضًا على قائمة لائقة من العيوب:
- تصبح البطارية غير قابلة للاستخدام بشكل أسرع بسبب العدد الكبير من دورات الشحن / التفريغ (حتى في الأنظمة الهجينة اللينة) ؛
- غالباً ما يتم تفريغ البطارية بالكامل ؛
- قطع غيار هذه السيارات باهظة الثمن.
- يكاد يكون من المستحيل الإصلاح الذاتي ، لأن هذا يتطلب معدات إلكترونية معقدة ؛
- بالمقارنة مع نماذج الغاز أو الديزل ، تكلف الهجينة عدة آلاف من الدولارات ؛
- الصيانة المنتظمة أكثر تكلفة.
- تتطلب الإلكترونيات المتطورة معالجة دقيقة ، ويمكن أن تؤدي الأخطاء التي تحدث في بعض الأحيان إلى مقاطعة رحلة طويلة ؛
- من الصعب العثور على متخصص يمكنه تكوين تشغيل محطات الطاقة بشكل صحيح. وبسبب هذا ، عليك اللجوء إلى خدمات المحترفين المحترفين باهظة الثمن ؛
- لا تتحمل البطاريات تقلبات كبيرة في درجات الحرارة وتفريغ نفسها.
- على الرغم من الصداقة البيئية أثناء تشغيل المحرك الكهربائي ، فإن إنتاج البطاريات والتخلص منها يلوث البيئة بشدة.
من أجل أن تتنافس السيارات الهجينة والسيارات الكهربائية مع محركات الاحتراق الداخلي ، يلزم تحسين مصادر الطاقة (بحيث تتراكم المزيد من الطاقة ، ولكنها في الوقت نفسه ليست ضخمة جدًا) ، بالإضافة إلى أنظمة الشحن السريع دون الإضرار بالبطارية.
أسئلة وأجوبة:
ما هي السيارة الهجينة؟ هذه هي السيارة التي تشارك فيها أكثر من وحدة طاقة في حركتها. إنها في الأساس مزيج من سيارة كهربائية وسيارة بمحرك احتراق داخلي كلاسيكي.
ما الفرق بين السيارة الهجينة والسيارة التقليدية؟ تتميز السيارة الهجينة بمزايا السيارة الكهربائية (التشغيل الصامت للمحرك والقيادة بدون استخدام الوقود) ، ولكن عند انخفاض شحن البطارية ، يتم تنشيط وحدة الطاقة الرئيسية (البنزين).
