دانلود مقاله خودروی هیبریدی

خودروی هیبریدی به طور کلی خودرویی است که همزمان از یک سیستم ذخیره انرژی قابل شارژ (RESS)ا1 و یک نیروی محرکه سوخت فسیلی استفاده می‌کند.

این نوع خودروها، مصرف سوخت بسیار کم و آلودگی پایینی دارند.
«خودروی هیبریدی» اصطلاحی است که معمولاً در مورد خودروهای با سوخت فسیلی - الکتریکی استفاده می‌شود.

همچنین این نوع خودروها خودروهای برقی هیبریدی (HEV)ا2 نیز نامیده می‌شوند که از یک موتور درونسوز و باطری‌های الکتریکی برای راه‌اندازی موتور الکتریکی استفاده می‌کنند.
خودروهای مدرن هیبریدی که به تولید انبوه رسیده‌اند نظیر «تویوتا پریوس»، انرژی سینتیکی ترمزگیری را در باطری‌ها ذخیره می‌کنند.

هنگامی که موتور توان کمتری مصرف می‌کند، موتور درونسوز، ژنراتوری را به حرکت در می‌آورد تا انرژی الکتریکی در باطری ذخیره شود و همزمان یک موتور الکتریکی را به حرکت در می‌آورد که باعث حرکت خودرو می‌شود.
تفاوت خودروهای هیبریدی با خودروهای برقی این است که در خودروهای هیبریدی، سیستم درونسوز انرژی الکتریکی را تأمین می‌کند، اما در خودروهای برقی، باطری‌ها از منابع بیرونی (برق خانگی) شارژ می‌شوند.
در حال حاضر، تقریباً تمام خودروهای هیبریدی از بنزین به عنوان سوخت موتور درونسوز استفاده می‌کنند.

البته تعدادی خودروی هیبریدی با سوخت هیدروژن و یا اتانول نیز تولید شده‌اند که به تولید انبوه نرسیده‌اند.
اصطلاح هیبرید در خودروها، کاربردهای دیگری هم دارد.

در امریکا از واژه هیبرید برای خودروهایی استفاده می‌شد که از تکنولوژی‌های مختلفی استفاده می‌کردند، مثلاً موتور امریکایی با سیستم تعلیق ژاپنی و یا خودروهایی که همزمان از سوخت‌های مختلف مثلاً بنزین و گاز یا بنزین و اتانول استفاده می‌کردند.

اصطلاح هیبرید در خودروها، کاربردهای دیگری هم دارد.

تاریخچه در 1898، فردیناند پورشه3 خودروی مدل Lohner Porche را طراحی کرد.

این خودرو، اولین خودروی هیبریدی از نوع سری4 بود که یک موتور درونسوز از طریق یک ژنراتور، چهار موتور الکتریکی را روی چهار چرخ به حرکت در می‌آورد.

این خودرو برای اولین بار در 1900 در نمایشگاه جهانی خودروی پاریس به نمایش گذاشته شد.

خودروی ابداعی پورشه، با سرعت 56 کیلومتر در ساعت، بسیاری از رکوردهای سرعت اتریش را شکست و در 1901، با رانندگی خود پورشه، قهرمان مسابقات رالی اکسلبرگ شد.

در آن زمان، بیش از 300 دستگاه از این مدل خودرو در اروپا فروخته شد.

در 1915، خودرویی با دو نیروی محرکه به وسیله شرکت Woods Motor Vehicle، سازنده خودروهای الکتریکی، ساخته شد که دارای یک موتور درونسوز چهار سیلندر و یک موتور الکتریکی بود.

این خودرو، در سرعت‌های زیر 25 کیلومتر در ساعت، از موتور الکتریکی استفاده می‌کرد و در سرعت‌های بالاتر، از موتور درونسوز که در این حالت، سرعت آن به 55 کیلومتر در ساعت می‌رسید.

در 1918، حدود 400 دستگاه از این نوع خودروها در امریکا فروخته شد.

در 1959 بهبودهای انجام شده در اولین خودروی الکتریکی پایه ترانزیستوری، در زمینه کنترل الکترونیکی سرعت خودروها، راه را برای طراحی خودروهای مدرن هیبریدی هموار کرد.

هنی کیلووات5 اولین خودروی مدرن هیبریدی از این نوع بود امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجه کمپانیهای بزرگ جهان قرار گرفته اند که از آن جمله می‌توان به شرکتهایی مانند: تویوتا، هندا، میتسوبیشی، فورد، فیات، جنرال موتورز، دایملر کرایسلر، نیسان و پژو و ...

اشاره نمود.

توفیق این محصولات به حدی چشمگیر بوده که از دسامبر سال 1997 تا ابتدای سال 2000 بیش از چهل هزار محصول پریوس کمپانی تویوتا به فروش رسیده است.

خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی – یک واحد تبدیل انرژی (همچون یک موتور احتراق یا پیل سوختی) و یک وسیله ذخیره انرژی (هم چون باتری هل یا فرا خازن ها)- توان می گیرند .

واحد تبدیل انرژی امکان قدرت گرفتن از بنزین ، متانول ، گاز طبیعی فشرده ، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد.

خودروهای هیبریدی این پتانسیل را دارنئ که 2 تا 3 برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند.

خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی طراحی سری یا ترکیبی از هر دو باشند.

در یک طراحی موازی ، واحد تبدیل انرژی و سیستم محرکه الکتریکی مستقیما به چرخ های خودرو مرتبط شده اند.

موتور اصلی برای رانندگی در بزرگراه ها استفاده می شود ، موتور الکتریکی توان اضافی را هنگام پیمودن سر بالایی ها ، شتاب گرفتن و مواقع دیگر که توان بالای خودرو نیاز باشد فراهم می آورد.در یک طراحی سری ، موتور اصلی به یک ژنراتور تولید کننده الکترسیته مرتبط است .

الکتریسیته باتری هایی را شارژ می کند که موتور الکتریکی را که به چرخ ها توان می دهد به کار می اندازد.

بر خلاف خودروهای الکتریکی ، خودروهای هیبریدی نیازی به اتصال به برق شهر ندارند.

در عوض آنها با ترمز واکنشی یا ژنراتور شارژ می شوند.

اجزاء خودروهای هیبریدی خودروهای هیبریدی یک ترکیب بهینه از اجزای مختلف هستند.یک نمونه خودرو هیبریدی را دیاگرام بالا می بینید.

کنترل کننده ها / موتور کشنده الکتریکی سیستم های ذخیره کننده انرژی الکتریکی ، همچون باتری ها و فراخازن ها واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای ، موتورهای انژکتور مستقیم احتراق تراکمی (دیزل) توربین های گازی و پیل های سوختی سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی جعبه دنده (گیربکس) برای کمک به گازهای خروجی و بهبود کارایی های خودرو ، اجزاء وسیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند : سیستم های کنترل گازهای خارجی مدیریت انرژی وکنترل سیستم ها مدیریت حرارتی اجزاء وزن پایین وایرو دینامیک بدنه / شاسی مقاومت غلطشی پایین (شامل طراحی بدنه وتایرها ) کاهش بار لوازم اضافی کنترل کننده ها / موتورهای هیبریدی موتورهای کارگران پر کار سیستمهای راننده خودروهای هیبریدی هستند ، یک موتور کشنده الکتریکی ، انرژی الکتریکی واحد ذخیره انرژی را به انرژی مکانیکی که چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.بر خلاف خودروهای معمول که برای بدست آوردن گشتاور کامل ، موتور باید سرعت بگیرد موتور الکتریکی گشتاور کامل رادر سرعت های پایین نیز فراهم می کند.

همین مشخصه شتاب غیر خطی عالی به خودرو می دهد .

مشخصه های مهم موتور خودروی هیبریدی شامل کنترل خوب رانندگی با خطای مجاز صدای کم وراندمان بالا می باشد.

مشخصه های دیگر شامل انعطاف پذیری مربوط به نوسان ولتاژ و البته قابل قبول بودن قیمت تولید انبوه می شود.

تکنولوژی موتور جلو برنده برای کاربردهای خودروی هیبریدی شامل آهنربای دائمی ، القای جریان متناوب و موتورهای مقاومت مغناطیسی متغییر می باشد.

باتری خودرو هیبریدی باتری ها یک از اجزای ضروری خودروخهای هیبریدی هستند .

گر چه تعداد کمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند اما هیچ کدام از باتری های رایج یک ترکیب قابل قبول اقتصادی از توان ، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند.

ویژگیهای مطلوب باتریهای با توان بالا برای کاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است : پیک و توان مخصوص تکانه بالا، انرژی مخصوص بالای توان تکانه ، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه کردن بهره بری ترمز واکنشی و طول عمر طولانی .

روش ها و طراحی های در حال توسعه برای هماهنگی مجموعه به صورت الکتریکی و حرارتی ، روشهای دقیق در حال پیشرفت برای تعیین وضع شارژ باتری ، باتریهای بادوام در حال پیشرفت و قابلیت بازاریابی ، چالش های تکنیکی دیگر هستند.

فراخازن های خودروهای هیبریدی فراخازنها 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 هملن 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.

پیل های سوختی خودروهای هیبریدی پیل های سوختی به واسطه یک واکنش الکتروشیمیایی که هیدروژن را با اکسیژن در هوای محیط ترکیب می کند ، الکتریسیته تولید می کنند.هیدروژن خالص یا هر سوخت فسیلی دیگری که اصلاح شده باشد می تواند برای تولید گاز هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.

متانول یک انتخاب معمول برای سوخت است.

تنها گاز خروجی پیل سوختی بخار آب است که توان بالقوه آن را به عنوان تمیزترین واحد توان هیبریدی می رساند.

راندمان، صدای کم ، قابلیت اطمینان و راندمان تبدیل انرژی تا 50% پیش بینی شده پیلل های سوختی ، نشان می دهد که به طور نسبه مشخصه های خودروی هیبریدی در قیاس با راندمان 20-25 درصد موتورهای بنزینی احتراق داخلی مناسب تر هستند.

انتشارات پایین و راندمان بالا تفاوت در گازهای خروجی خودروهای الکتریکی هیبریدی بستگی به خودرو و پیکر بندی اجزا آن دارد.

ولی به طور کلی خودروهای هیبریدی گازهای خروجی کمتری نسبت به خودروهای معمولی دارند چرا که در موتور این خودروها یک موتور الکتریکی به همراه یک موتور احتراق داخلی دارد و موتور الکتریکی در بسیاری از مواقع جبران کننده موتور احتراق داخلی است بنابراین مصرف سوخت و گازهای خروجی کاهش می یابد ، در ضمن این خودروها قادرند فقط با موتورالکتریکی کار کنند که باعث کاهش آلودگی می شود.هیبریدهابه سادگی کار کرد موتور را کنترل می کنند و این عمل خورو را دارای راندمان بیشتر و آلودگی کمتر می کند.

مقایسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هایبرید خودروهای برقی گرچه به عنوان اولین راهکار برای کاهش میزان آلودگی معرفی گردیده اند اما به علت آنکه در سیکلهای رانشی طولانی با مشکل ر وبرو می شوند از اینرو حضور موفقی نداشته اند و در حقیقت با شکست مواجه گردیده اند .ایده خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محرکه رانشی نه تنها مشکل آلودگ ی و مصرف خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محرکه رانشی نه تنها مشکل آلودگ ی و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلکه مشکلات ناشی از خودروهای برقی خالص را حل نموده است .واین مزیت خودروهای هایبرید برقی نسبت به خودروهای برقی خالص می باشد.

اولین خودروی هیبریدی طراحی و ساخته شده توسط فردیناند پورشه اولین خودروی هیبریدی با نیروی محرکه روی چهار چرخ ساخته شده توسط Woods Motor Vehicle که با همکاری شرکت‌های برق ملی امریکا، شرکت رنو، شرکت یوریکا ویلیامز و شرکت هنی کاچ‌ورک6 ساخته شد.

گرچه این خودرو فروش خوبی نداشت، ولی تولید آن نقطه عطفی در طراحی خودروهای الکتریکی مدرن تلقی می‌شود.

هنی کیلووات 1960 بیوک اسکای‌لارک 1972 کارهای جدید انجام شده توسط ویکتور واک7 یکی از دانشمندان همکار پروژه هنی کیلووات و برادر آقای هرمان واک8 نویسنده معروف امریکایی، لقب پدرخوانده هیبرید را بین سال‌های 1960 تا 1970 برای وی به ارمغان آورد.

در 1972، واک در پروژه FCCIPا9، یک سیستم هیبریدی برقی را روی یک بیوک اسکای لارک10 ساخت اما این پروژه در 1976 شکست خورد و خودروی یاد شده به تولید انبوه نرسید.

تا اواسط دهه 70، هابی‌ها11 خودروهای هیبریدی متنوعی ساختند، ولی هیچ‌کدام از آنها به تولید انبوه نرسید.

در اواخر دهه 70، سیستم هیبریدی احیای انرژی سینتیکی ترمز که هدف اصلی بسیاری از سیستم‌های امروزی است، طراحی و ساخته شد، این سیستم را دیوید آرتور12 در 1978 روی یک خودروی اوپل GT نصب کرد.

سیستم کنترل ولتاژ برای ارتباط باطری‌ها، موتور (از موتور استارتر جت استفاده شده بود) و ژنراتور DC، توسط خود آرتور طراحی و ساخته شده بود.

در این خودرو، بازده سوخت حدود 75 مایل در هر گالن بود.

این خودرو، هنوز در سایت مجله Mother Earth News وجود دارد.

در 1980، این مجله مدعی شد که در مدل جدید این خودرو، بازده سوخت را تا 84 مایل در هر گالن افزایش داده است.

اوپل GT هیبرید رنو کانگوو در 29 سپتامبر 1993 پروژه‌ای برای طراحی و تولید خودروهای قرن 21، توسط دولت بیل کلینتون آغاز شد.

این پروژه با همکاری شرکت‌های کرایسلر، فورد، جنرال‌موتورز، USCAR، DOE و دیگر آژانس‌های دولتی، به منظور طراحی خودروهای آینده تمیز و دارای بازده بالای سوخت، راه‌اندازی شد.

براساس گزارش این پروژه از طرف NRCا13 به شرکت‌های خودروساز تأکید شد که به سمت تولید خودروهای هیبریدی بروند زیرا از نظر تکنولوژی براحتی قابلیت تطبیق با خطوط تولید فعلی را دارند.

با به نتیجه رسیدن این پروژه، پروژه جایگزینی خودروهای سوخت فسیلی با خودروهای هیدروژنی در سال 2001 در اولویت کاری دولت امریکا قرار گرفت.

هدف این پروژه، حذف کامل سوخت‌های فسیلی و آلودگی ناشی از آن در خودروها بود.

بالاخره تکنولوژی خودروهای هیبریدی در اواخر دهه 1990 به موفقیت بزرگی دست یافت.

دراین دوره، تولید انبوه خودروهای هوندا اینسایت و تویوتا پریوس آغاز شد.

در این نوع خودروها، موتور درونسوز مستقیماً به چرخ ها متصل شده و نیروی لازم برای شتاب خودرو را تأمین می‌کرد.

در سال‌های اول دهه 2000، خودروهای برقی هیبریدی Plug- In نیز