خودروهای هیبریدی

خودروهای هیبریدی

اسلاید 1: خودروهای هیبریدی (hybrid vehicles) زمستان 90

اسلاید 2: امروزه با توجه به آلودگي‌هاي ناشي از خودروها و محدوديت‌هاي سوخت فسيلي، كارخانه‌هاي خودروسازي گام مهمي در مقابله با اين امر برداشته‌اند كه از جمله آنها می توان به خودروهاي هيبریدي (Hybrid Vehicle)، تکنولوژی پيل سوختي (Fuel Cell)، موتورهای با پاشش مستقيم‌ بنزيني (GDI)، موتورهاي HCCI و خودروهاي دو گانه سوز (Bifuel) اشاره کرد. بازده بالا، آلايندگي كم، مسافت قابل پيمايش بالا، ايمني مطلوب و قيمت قابل رقابت با خودروهاي متداول از جمله ويژگيهاي حائز اهميت براي خودروهاي هيبريدي است. بسياري از خودروسازان بزرگ مبادرت به توليد اين خودروها در سطحی گسترده نموده‌اند. در اين قسمت به شماي كلي از نحوه عملکرد، حالتهاي كاركردي، مزايا، معايب و تقسيم‌بندي سيستم‌هاي مختلف خودروي هيبريدي خواهيم پرداخت. مقدمه

اسلاید 3: يك مهندس آمريكائي به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 يك ماشين هيبريدي ساخت كه قادر بود در طي 10 ثانيه تا 25 مايل شتاب بگيرد. موتور اين خودرو تركيبی از موتور بنزيني و موتور الكتريكي بود كه امروزه به عنوان موتور هيبريدي شناخته مي‌شود. Piper در سه سال و نيم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پيشرفت سريع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنين قابليت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پايين بودن قيمت سوختهای فسيلی و مطرح نبودن آلودگی محيط زيست، سبب عدم توجه به اين نوع خودروها شد. در پي بحرانهاي نفتي سالهاي 1970 دوباره اين خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولي تا سال 1990 که كار اصولي با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمريكا آغاز گرديد، این خودروها به طور جدی پيگيری نشدند تاریخچه خودروهای هیبریدی

اسلاید 4: تعداد زیادی از مردم خودروهای هیبریدی را در مکان هایی دیده اند. مثلا در لوکوموتیو ها . بیشتر لوکوموتیو ها از سیستم هیبریدی دیزل – الکتریکی بهره می برند.و یا در شهرهایی مانند سیاتل اتوبوس هایی با همین سیستم دیزل – الکتریک وجود دارند.این اتوبوس ها یا بهتر بگوییم تراموا وقتی که به سیم های بر ق بالای سقف خود دسترسی دارند از نیروی پیشرانه الکتریکی خود بهره می برند. و زمانی که به این کابلهای برق دسترسی ندارند با پیشرانه دیزل خود به حرکت ادامه می دهند. زیر دریایی ها نیز نوعی ماشین های هیبریدی هستند که معمولا با  یکی از سیستم های  هسته ای – الکتریکی و یا دیزل –الکتریکی کار می کنند.  به طور کلی تمامی وسایل نقلیه ای که  از ادغام  دو و یا چند پیشرانه انتقال نیرو که بطور مستقیم یا غیر مستقیم به سیستم انتقال قدرت وابسته هستند را ماشین های هیبیریدی گوییم  

اسلاید 5: خودروهاي هيبريدي، نوع تعميم يافته خودروهاي برقي خالص مي‌باشند كه معايب خودروهاي برقي خالص تا حدود زيادي در آنها برطرف گرديده است و مي توان گفت معايب خودروهاي احتراق داخلي نيز تا حدودي در آنها برطرف شده است. از مزاياي مهم اين خودروها نسبت به خودروهاي احتراق داخلي، كاركرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطه بهينه خود كار مي‌كنند كه اين امر باعث بالا رفتن بازده موتور و كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد و ديگر اينكه به هنگام ترمزگيري و يا شتاب منفي، انرژي به صورت الكتريكي در باطری ها ذخيره مي‌شود و همين امر باعث كاركرد كمتر موتور احتراقي خواهد شد و در نتيجه منجر به كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد. به عنوان مثال تويوتا پريوس (Toyota Prius) با موتور ۴ سيلندر ۱۵۰۰ سی سی مصرف سوختی معادل ۲/۴ ليتر در ۱۰۰ کيلومتر دارد. مزيت ديگر اين خودروها نسبت به خودروي برقي خالص، قابليت پيمودن مسيرهاي طولاني در هر بار شارژ كردن باطری مي‌باشد. ویژگی ها

اسلاید 6: یک خودروی هیبریدی بنزینی – الکتریکی ترکیبی از دو پیشرانه است ،که به نوعی می توانند مکمل همدیگر باشند.

اسلاید 7: سیستم هیبریدی بنزینی – الکتریکی  شامل اجزا زیر است:● موتور بنزینی:موتور بنزینی که در این خودرو وجود دارد شباهت زیادی به موتورهای بنزینی  خودروهای بنزینی دارد. ولی این موتور کوچکتر و نیز دارای تکنولوژی  بالاتری نسبت به خودروهای معمولی است که باعث کاهش آلودگی و افزایش کارایی می شود.●باک بنزین : باک بنزین در این نوع خودروها محل ذخیره انرژی برای موتور بنزینی است.بنزین چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری دارد به عنوان مثال 1000 پوند باتری معادل 1 گالون (7 پوند) بنزین انرژی دارد. ● موتور الکتریکی : موتور الکتریکی در خودروهای هیبریدی خیلی پیشرفته هستند این موتور پیشرفته هم به عنوان یک موتور قادر به انجام کار است و هم به عنوان ژنراتور به عنوان مثال زمانی که به این موتور نیاز است موتور با استفاده از باتری ها قادر خواهد بود شتاب مورد نظر را ایجاد کند و زمانی که خودرو نیازی به موتور الکتریکی ندارد مثلا در یک سراشیبی در حال حرکت است این موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور نیرو را به باتری ها بر می گرداند(با استفاده از سرعت در سراشیبی ) ویا هنگام ترمز کردن ماشین از گرمای حاصله استفلده می شود.

اسلاید 8: ● باتری : باتری ها در خودروی هیبریدی یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند. برخلاف بنزین  موجود در باک بنزین  که میتواند فقط به موتور بنزینی  سوخت برساند(یک انتقال یک طرفه از باک بنزین به موتور بنزینی). موتورهای الکتریکی علاوه بر کار فوق می توانند انرژی را به باتری پس دهند. ولی موتور بنزینی  نمی تواند چنین کاری را انجام دهد.

اسلاید 9: ● ژنراتور : ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکترکی است با این تفاوت که ژنراتور فقط وظیفه تامین الکتریسیته مورد نیاز موتور را بر عهده دارد نه کار دیگر.ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی سری  به کار می رود. خودروهای هیبریدی سری در ادامه توضیح داده خواهد شد.

اسلاید 10: فراخازن های خودروها هیبریدیفراخازنها انرژی مخصوص بالاتری دارند و نوع قویتری از خازن های الکترولیتی هستند که انرژی را به عنوان شارژ الکتریسته ساکن ذخیره می کنند. فراخازنها سیسمتهای الکتروشیمیایی هستند که انرژی را در لایه ای از مایع قطبیده شده در سطح مشترک مابین یک الکترولیت رسانای یونی و یک الکترود رسانا ذخیره می کنند . ظرفیت ذخیره انرژی با افزایش مساحت سطح مشترک افزایش می یابد. فراخازنها به عنوان اولین ابزار برای کمک به توان موتور در شتاب گیری و سر بالایی رفتن هستند که به همان خوبی بازیافت انرژی ترمزگسترش پیداکرده اند فراخازنها به صورت بالقوه به عنوان دومین شیوه ذخیره انرژی در خودروهای هیبریدی ، برای تامین توان بار گذاری باتری های شیمیایی سودمندند. الکتریسیته اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در مواقعی که چگالی انرژی پایین است مورد نیاز است.

اسلاید 11: چند نما از سیستم انتقال قدرت در این نوع خودروها

اسلاید 12:

اسلاید 13: دو سیستم پیشرانه در خودروهای هیبریدی را می توان با هم به رو شهای مختلفی ترکیب کرد از جمله : سری و موازی   در هیبرید موازی باک بنزین سوخت را به موتور بنزینی می رساند و باتری ها نیز الکتریسیته را به موتور الکتریکی می رساند و هر دو موتور بنزینی و الکتریکی  هم زمان و تواما به سیستم انتقال قدرت متصل می شوند و این قدرت به چرخها می رسد. توجه داشته باشید که باک بنزین و موتور بنزینی به سیستم انتقال قدرت متصل هستند و باتری ها و موتور الکتریکی نیز اغلب به طور مستقل و جداگانه به سیستم انتقال قدرت متصل هستند. در نتیجه در هیبریدهای موازی  هر دو موتور بنزینی و الکتریکی نیرو محرکه مورد نیاز را فراهم می کنند.در مقابل هیبریدهای موازی , هیبریدهای سری قرار دارند. در این نوع هیبریدها موتور بنزینی ژنراتور را به حرکت در می اورد و ژنراتور می تواند باتری ها را شارژ کند یا به موتور الکتریکی قدرت بدهد که این موتور نیز به سیستم انتقال قدرت متصل است.بنابراین موتور بنزینی در هیبریدهای سری هرگز به طور مستقیم به سیستم انتقال  قدرت نیرو نمی دهد.

اسلاید 14: عملكرد خودروﻯ هيبريدﻯ:  موتور بنزينى در خودروى هيبريدى معمولا كوچكتر از يك خودروى معمولى است و از اين رو بهره ورى بيشترى دارد.بيشتر خودروها براى توليد نيروى كافى براى ايجاد شتاب سريع نياز به يك موتور نسبتا بزرگ دارند.در موتورهاى كوچك بهره ورى و كارايى ميتواند توسط كوچك كردن , سبك كردن قطعات ونيز با كاهش تعداد سيلندرها  بهبود پيدا كند.

اسلاید 15: چندين دليل مبنى بر اينكه چرا موتورهاى كوچكتر كارايى بالاتر و بهره ورى بيشترى نسبت به موتورهاى بزرگتر دارند وجود دارد:  موتورهاى بزرگتر سنگينتر از موتورهاى سبكتر هستند و انرژى زيادترى در واحد زمان مصرف مى كنند (براى حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از يك سر بالايى) پيستون و ديگر اجزاى داخلي سنگين هستند و نيز انرژى زيادترى در واحد زمان نياز دارند تا در سيلندر بالا و پايين بروند.  تغيير مكان و جابه جايى در داخل سيلندرها بزرگتر است در نتيجه سوخت بيشترى براى هر سيلندر مورد نياز است. موتورهاى بزرگتر معمولا سيلندرهاى بيشترى دارند و هر سيلندر نيز سوخت زيادى مصرف ميكند. حتى اگر خودرو در حال حركت نباشد.

اسلاید 16:  دلايل فوق توضيح مى دهد كه چرا دو مدل خودروى مشابه با موتورهاى متفاوت در ازمون سنجش نتايج متفاوتي را بدست مى اورند.اگر هر دو خودرو در حال حركت در يك اتوبان باشند و در يك سرعت برابر و معين , خودرويى كه موتور كوچكترى دارد انرژى كمترى مصرف ميكند و هر دو موتور خروجى يكسانى از قدرت را توليد ميكنند.ولي موتور كوچكتر از سوخت كمترى استفده ميكند كه به ان سرعت برسد.اما چطور اين موتور كوچك ميتواند قدرت مورد نياز خودروى شما را در مقابل خودروهاى پر قدرت در جاده فراهم كند؟اجازه بدهيد مقايسه اى بين خودروى مانند چوى كامارو با يك موتور v-8 بزرگ با خودروى هيبريدى ما با يك موتور گاز سوز و يك موتور الكتريكى انجام دهيد.موتور گاز سوز در خودروى هيبريدى قدرت كافى براى حركت ماشين در يك بزرگراه دارد و موتور خودروى كامارو قدرتى بيشتر از قدرت مورد نياز براى وضعيتهاي مختلف دارد.اما زماني كه خودروى هيبريدى نياز به شتاب داشته باشد و يا نياز به قدرت بيشترى داشته باشد(بسته به شرايط) اين موتور نياز به كمك پيدا ميكند كه اين كمك از يك موتور الكتريكى و باترى تامين مي شود.اين سيستم در صورت نياز نيروى اضافى ضرورى را فراهم ميكند.

اسلاید 17:  يك خودروى هيبريدى ميتواند:●انرژى را بازيابى ودر باترى ذخيره نمايد:      هنگاميكه شما پدال ترمز را فشار ميدهيد, شما در حال تلف  كردن انرژى در خودرو هستيد.هر چه خودرو سريعتر رود انرژى جنبشى بيشترى دارد.ترمز كردن اين انرژى را هدر ميدهد و به شكل گرما در مى آورد.در خودروهاى هيبريدى مى توان مقدارى از اين انرژى را بازگرداند و در باترى براى استفاده مجدد ذخيره كرد.اين كار با سيستم" ترمز احياء كننده" انجام ميگيرد.در اين حالت موتور الكتريكى به مانند يك ژنراتور رفتار ميكند و ضمن كند شدن حركت ماشين اين انرژى جنبشي را صرف شارژ كردن باترى مى كند.

اسلاید 18:   بعضى وقتها موتور بنزينى خاموش ميشود: يك خودروى هيبريدى هميشه نياز به روشن بودن موتور بنزينى ندارد.زيرا يك موتور الكتريكى و باترى نيز دارد.بنابراين بعضى وقتها مى توان موتور بنزينى خودروى هيبريدى را خاموش كرد.براى مثال زمانى كه خودرو در مقابل چراغ قرمز توقف كرده است.

اسلاید 19:   به كار بردن اصول ايروديناميك براى كاهش نيروى درگ:  وقتى كه شما در يك اتوبان رانندگى  ميكنيد بيشترين نيروى موتور شما صرف مقابله با نيروى فشارى هوا ميشود.كه اين نيرو به نيروى درگ ايروديناميك موسوم است.اين نيروى درگ ميتواند به چندين روش كاهش يابد.يك راه مطمئن براى كاهش اين نيرو, كاهش ناحيه جلوى اتومبيل وبه كار بردن اصول ايروديناميك در ان است. 

اسلاید 20: به كار بردن تايرهاى خاص :  تايرهاي اكثر خودروها بهينه سازى شده اند براى سطوح صاف با كمترين نويز و چسبندگى خوبى نيز در اكثر شرايط محيطى دارند.ولى اين تايرها موجب به وجود آمدن نيروى درگ مى شوند.خودروهاى هيبريدى از يك تاير مخصوص استفاده مى كنند كه سفت تر و پربادتر و نيز فشار زيادترى نسبت به تايرهاى معمولي دارد.نتيجه اين كار باعث كاهش نيروى درگ به نصف نسبت به تايرهاى معمولى ميشود.

اسلاید 21:   ●  به كار بردن مواد سبك وزن:  كاهش وزن كل خودرو يكي از راه هاى ساده براى افزايش راندمان و كارايى خودرو است.خودروهاى سبكترزمانى كه در حال شتاب گيرى هستند يا در حال بالا رفتن از يك سر بالايى انرژى كمترى نسبت به خودروهاى سنگينترمصرف مى كنند.مواد كامپوزيت مانند فيبر كربن يا فلزات سبك وزن مانند الومينيوم  و منيزيم مى توانند در كاهش وزن خودرو به كار روند.

اسلاید 22: مقايسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هیبریدیخودروهاي برقي گرچه به عنوان اولين راهکار براي کاهش ميزان آلودگي معرفي گرديده اند اما به علت آنکه در سيکلهاي رانشي طولاني با مشکل ر وبرو مي شوند از اينرو حضور موفقي نداشته اند و در حقيقت با شکست مواجه گرديده اند .ايده خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محرکه رانشي نه تنها مشکل آلودگ ي و مصرف خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محرکه رانشي نه تنها مشکل آلودگ ي و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلکه مشکلات ناشي از خودروهاي برقي خالص را حل نموده است واين مزيت خودروهاي هايبريد برقي نسبت به خودروهاي برقي خالص مي باشد.

اسلاید 23: مزاياى يك خودروى هيبريدى : 1-     كاهش الايندگى2-     بهبود بهره ورى و كارايى