نحوه کار خودروهای هیبریدی: ترکیب موتورهای الکتریکی و موتورهای بنزینی

یک خودروی الکتریکی هیبریدی (HEV) یک موتور بنزینی با روشن‌سازی شراره را با یک یا چند موتور الکتریکی ترکیب می‌کند که انرژی خود را از یک بسته باتری می‌گیرند، طبق مرکز داده سوخت‌های جایگزین (AFDC) وزارت انرژی ایالات متحده. بر خلاف خودروهای هیبریدی قابل پلاگ، باتری یک خودروی هیبریدی معمولی نمی‌تواند از یک پریز الکتریکی شارژ شود؛ صرفاً از طریق موتور بنزینی و از طریق ترمز بازیابی انرژی شارژ می‌شود.

اجزای اصلی

مرکز AFDC اجزای اصلی سیستم نقل‌ونقل HEV را فهرست می‌کند: یک موتور احتراق داخلی، یک موتور جرثقیل الکتریکی، یک ژنراتور الکتریکی، یک بسته باتری جرثقیل، یک کنترلر الکترونیکی قدرت که جریان و سرعت موتور را تنظیم می‌کند، یک مبدل DC/DC که ولتاژ را برای تجهیزات متصل کاهش می‌دهد، و یک گیربکس که قدرت مکانیکی را از موتور و موتور به چرخ‌ها منتقل می‌کند.

نحوه تقسیم دو منبع انرژی برای کار

طبق fueleconomy.gov، موتور بنزینی و موتور الکتریکی به‌طور خودکار توسط سیستم کنترل خودرو مدیریت می‌شوند، که به‌طور مستمر تصمیم می‌گیرد که هر کدام چقدر باید سهم داشته باشند. در سرعت‌های کم و شتاب‌گیری خفیف، بسیاری از خودروهای هیبریدی می‌توانند صرفاً با موتور الکتریکی کار کنند. در سرعت عادی، موتور احتراق معمولاً بیشتر کار را انجام می‌دهد. تحت شتاب‌گیری شدید یا در شیب‌ها، موتور و موتور می‌توانند خروجی خود را ترکیب کنند، و وقتی خودرو متوقف شود، موتور خاموش می‌شود تا هیچ سوختی در حالت خاموش‌اندازی هدر نرود.

توضیح رسمی تویوتا برای سیستم Hybrid Synergy Drive خود، که در سراسر محدوده هیبریدی آن استفاده می‌شود، نمونه‌ای عملی از این منطق را می‌دهد: در حالت آرام یا توقف، تویوتا می‌گوید "هر دو موتور به‌طور خودکار خاموش می‌شوند تا هیچ انرژی هدر نرود"، در حالی که در شیب‌ها یا هنگام سبقت، شرکت بیان می‌کند که "هر دو موتور خودرو را تا حداکثر عملکرد راه‌اندازی می‌کنند". تویوتا همچنین می‌گوید سیستم آن به‌راننده‌ها اجازه می‌دهد تا با سرعت تا 50 کیلومتر بر ساعت تنها بر روی قدرت الکتریکی در حالت EV، بدون تولید انتشار باز شود، در طول آن فاز، شتاب بگیرند.

ترمز بازیابی انرژی: بازیابی انرژی‌ای که به‌غیر این صورت از دست می‌رود

ترمز بازیابی انرژی فناوری است که یک خودروی هیبریدی را قادر می‌سازد باتری خود را بدون وصل کردن به یک پریز شارژ کند. fueleconomy.gov توضیح می‌دهد که سیستم "از حرکت رو‌به‌جلوی چرخ‌ها برای چرخاندن موتور استفاده می‌کند"، که الکتریسیته تولید می‌کند در حالی که همچنین در کاهش سرعت خودرو کمک می‌کند، به‌جای تبدیل آن انرژی تماماً به گرما از طریق ترمزهای اصطکاکی معمولی. مرکز AFDC تأیید می‌کند که یک ژنراتور الکتریکی انرژی را از چرخ‌های ترمز گرفته و آن را به باتری جرثقیل منتقل می‌کند.

پیکربندی‌های سری، موازی و قابل پلاگ

خودروهای هیبریدی قابل پلاگ همه به یک شکل وصل نمی‌شوند. توصیف fueleconomy.gov از خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل پلاگ (PHEVs) بین PHEVهای موازی یا "مختلط"، که در آن هم موتور احتراق و هم موتور الکتریکی به‌طور مکانیکی به چرخ‌ها متصل هستند و می‌توانند آنها را مستقیماً راه‌اندازی کنند، تمایز قائل می‌شود و PHEVهای سری، که در آن تنها موتور الکتریکی چرخ‌ها را چرخاند در حالی که تنها شغل موتور بنزینی تولید الکتریسیته برای آن موتور است. fueleconomy.gov توجه می‌دهد که PHEVهای سری همچنین به‌عنوان خودروهای الکتریکی دارای محدوده گسترده‌شده (EREVs) شناخته می‌شوند.

خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل پلاگ (PHEVs) یک باتری بزرگ‌تر و قابل شارژ خارجی را به همان مفهوم اساسی اضافه می‌کنند. fueleconomy.gov اظهار می‌دارد که PHEVs "می‌توانند به اندازه‌ای الکتریسیته ذخیره کنند تا مصرف نفت خود را تحت شرایط رانندگی معمول به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهند"، و اینکه، بسته به مدل، تقریباً 30% تا 60% کمتر از خودروهای معمولی نفت استفاده می‌کنند. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) اظهار می‌دارد که PHEVs هم باتری و موتور الکتریکی و همچنین یک منبع نفت و موتور احتراق داخلی حمل می‌کنند، و اینکه آنها "انتشار خروجی را تولید می‌کنند هنگام استفاده از بنزین به‌عنوان منبع سوخت"، آنها را پاک‌تر از خودروهای بنزینی معمولی، اما بدون انتشار مانند خودروهای الکتریکی باتری‌ای ساخته.

چرا ترکیب دو منبع سوخت را ذخیره می‌کند

مرکز AFDC توضیح می‌دهد که سیستم نقل‌ونقل دوگانه به‌سازندگان خودروها اجازه می‌دهد موتور بنزینی کوچک‌تری نسبت به آن چه خودروی معمولی مشابه نیاز داشت را نصب کنند، زیرا موتور الکتریکی می‌تواند پیچش اضافی را هنگام نیاز، مثل حین شتاب‌گیری یا صعود تپه تأمین کند. مرکز AFDC اظهار می‌دارد که این "احتمالاً می‌تواند موتور کوچک‌تری را امکان‌پذیر سازد"، و ترکیبی از شارژ بازیابی انرژی، کمک موتور و خاموش‌اندازی کاهش‌یافته در مصرف سوخت بهتری بدون از دست دادن عملکرد منجر می‌شود. ارقام خودِ تویوتا این اثر را در سطح مدل نشان می‌دهند: شرکت مصرف سوخت مدل Auris Hybrid Synergy Drive خود را 3.8 لیتر در 100 کیلومتر در رانندگی معمول با انتشار CO2 87 گرم بر کیلومتر فهرست می‌کند.