خودروهای الکتریکی هیبریدی - ترجمه حسین رمضانی

خودروهاي الكتريكي هيبريدي (Hybrid Electric Vehicles)

خودروي الكتريكي هيبريدي (HEV) از يك يا چند موتور الكتريكي و يك موتور احتراق داخلي (ICE) براي به حركت درآوردن خودرو استفاده مي‌كند. با توجه به نوع طراحي سيستم، موتور احتراق داخلي ممكن است به تنهايي خودرو را به حركت درآورد، يا به كمك موتور الكتريكي اقدام به حركت خودرو نمايد، يا با به حركت درآوردن ژنراتور سبب شارژ شدن باتري‌هاي خودرو شود. موتور الكتريكي ممكن است به تنهايي خودرو را به حركت درآورد يا در زماني كه موتور احتراق داخلي خودرو را به حركت درآورده، به كمك موتور احتراق داخلي برود.

برخي هيبريدها در طول عملكرد سرعت پايين، به موتور(هاي) الكتريكي، در طول سرعت‌هاي بالا صرفاً به موتور احتراق داخلي و در طول برخي شرايط رانندگي به هر دوي آنها تكيه مي‌كنند.

يك موتور الكتريكي هيبريد از باتري‌هايي توان مي‌يابد كه بطور مداوم توسط ژنراتوري كه به وسيلة موتور احتراق داخلي به حركت درمي‌آيد، شارژ مي‌شوند. همچنان كه باتري در طول ترمزگيري احياءكننده نيز شارژ مي‌شود. كنترل‌هاي الكترونيكي پيچيده‌اي بر عملكرد خودرو نظارت مي‌كنند. بر اساس شرايط عملكرد جاري، سيستم‌هاي الكترونيكي، موتور احتراق داخلي، موتور الكتريكي و ژنراتور را كنترل مي‌كنند. سيستم، باتري‌ها را در طول رانندگي شارژ مي‌كند، بنابراين نيازي به شارژ اتصالي نمي‌باشد.

موتورهاي احتراق داخلي بكار رفته در هيبريدها، بطور ويژه براي خودرو و سيستم الكتريكي كمكي طراحي شده‌اند. بنابراين آنها مي‌توانند در نتيجة اقتصاد سوخت مناسب و آلاينده‌هاي كم لوله اگزوز، با بازدة بسيار بالايي كار كنند. هيبريدها به دليل استفاده از موتور احتراق داخلي هرگز خودروهايي با آلايندگي صفر نخواهند بود.

خودروهاي الكتريكي هيبريدي (HEV_S) محدودة پيمايش بيشتري دارند، و نسبت به خودروي الكتريكي عمل‌كننده با باتري (BEV)، كه فقط با شارژ باتري‌هايش حركت مي‌كند، مسافت بيشتري را مي‌پيمايند. آنها همچنين در مقايسه با خودروي مجهز به موتور احتراق داخلي، محدودة پيمايش طولاني‌تري دارند. همچنين خودروهاي الكتريكي هيبريدي در مقايسه با خودروهايي كه مجهز به موتور احتراق داخلي بزرگي شده باشند، اگر بهتر نباشند، عملكرد يكساني دارند. انتقال توان به چرخها نيز آرامتر و بسيار سريعتر است.

در اينجا دو نوع اصلي هيبريد قابل معرفي است: طرحهاي موازي و سري. يك خودروي الكتريكي هيبريد موازي (Parallel HEV) از موتور الكتريكي يا موتور احتراقي يا هر دو براي به حركت درآوردن خودرو استفاده مي‌كند. يك خودروي الكتريكي هيبريد سري (Series HEV) از موتور احتراق داخلي، فقط براي توان‌دهي به ژنراتور، به منظور شارژ كردن باتري‌ها، استفاده مي‌كند. خودرو تنها از موتور(هاي) الكتريكي توان مي‌يابد.

مدل‌هاي هيبريد امروزي بر اساس پيكربندي سري هستند. هرچند، بيشتر مي‌تواند پيكربندي سري/ موازي مطرح باشد؛ زيرا آنها آيندگان هر دو طرح محسوب مي‌شوند.

امروزه خودروهاي هيبريدي مختلفي در فروشگاه‌ها موجود است، با طرحهاي بيشتري براي آينده‌اي نزديك. عموم مردم اين خودروها را پذيرفته‌اند و مالكانِ بالقوه در ليست انتظار قرار دارند؛ زيرا تقاضا بيشتر از توليد است. هرچند بيشتر هيبريدهاي حاضر بر روي اقتصاد سوخت تمركز كرده‌اند، همان ساختار براي فراهم كردن خودروهايي با كارآيي بالا استفاده شده‌ است. تكنولوژي هيبريد همچنين مي‌تواند در خارج جاده نيز تاثير برجسته‌اي داشته باشد. با استفاده از موتورهاي اختصاصي در اكسل‌هاي محرك جلو و عقب، توان اضافي مي‌تواند به هنگام نياز، به چرخهاي محرك معين، اعمال گردد.

جنبه‌هاي اقتصادي

 خودروهاي الكتريكي هيبريدي در مقايسه با مدلهاي مجهز به موتور احتراق داخلي كمي گرانتر هستند؛ اما تفاوت در قيمت مي‌تواند با صرفه‌جويي سوخت، در طول زمان جبران شود. علاوه بر اين، مشوق‌هاي مالياتي براي ترغيب مصرف‌كنندگان به خريداري خودروهايي با سوخت جايگزين يا با تكنولوژي پيشرفته در نظر گرفته شده است. هرچند، انگيزة بيشتر خريداران خودروهاي هيبريدي كاهش سطح آلايندگي و توقع كاهش هزينة ساليانة سوخت بوده است.

سوخت های جایگزین - ترجمه حسین رمضانی

سوخت‌هاي جايگزين

مهم است بدانيم كه سوخت‌هاي جايگزين در كنار استفاده از محرك الكتريكي، راهكاري براي كاهش وابستگي به نفت هستند. تحقيقات بسياري در زمينة استفاده از سوخت‌هاي جايگزين در موتورهاي احتراق داخلي انجام شده است. بسياري از اين سوخت‌ها به عنوان گزينه‌اي براي استفاده در خودروهاي الكتريكي پيل سوختي مطرح مي‌باشند. انواع مختلفي از سوخت‌هاي جايگزين آزمايش شده‌اند، و برخي از آنها در حال حاضر در خودروها بكار گرفته مي‌شوند. با استفاده از سوخت‌هاي جايگزين، نه تنها وابستگي خود را به نفت كاهش مي‌دهيم، بلكه آلاينده‌ها را نيز كاهش داده، و از تاثيرات خروجي خودروها بر گرم شدن زمين نيز مي‌كاهيم.

خودروهايي با سوخت پروپان / LPG

پروپان، همچنان كه اشاره به گاز نفتي مايع (LPG) دارد، سومين سوخت بسيار معمول در موتورهاي احتراق داخلي محسوب مي‌گردد. بديهي است كه معمول‌ترينِ سوخت‌ها، بنزين و سوخت ديزل (گازوئيل) است. پروپان در سرتاسر جهان به وسيلة ناوگان‌هاي تاكسي، خودروهاي پليس، اتوبوس‌هاي مدارس و كاميون‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

پروپان سوخت پاكي است كه دامنة پيمايش آن، نسبت به ساير سوخت‌هاي جايگزين، به بنزين نزديكتر است. پروپان از گاز طبيعي و پروسة پالايش نفت قابل استحصال است. در حالت طبيعي، پروپان به حالت گاز است. خودروهاي محرك با LPG مخزن يا سيلندر مخصوصي براي ذخيرة گاز دارند. اگرچه، گاز بايد در فشار 200 پوند بر اينچ مربع ذخيره گردد. تحت اين فشار، گاز تبديل به مايع مي‌شود و بصورت مايع ذخيره مي‌گردد. زماني كه پروپان مايع از مخزن كشيده مي‌شود، حرارتش افزايش مي‌يابد، و قبل از احتراق در موتور، تبديل به گاز مي‌شود.

خودروهايي با سوخت اتانول / متانول

سوخت الكل براي توان‌دهي به خودروي فورد مدل T استفاده شده، و از آن زمان در مصارف گوناگوني بكارگيري شده است. دو نوع الكلي كه در موتورهاي احتراق داخلي استفاده مي‌شوند، عبارتند از: متيل الكل (متانول) و اتيل الكل (اتانول)؛ كه اتانول در فورد مدل ‌T استفاده مي‌شده است. هرچند اين سوخت‌ها شبيه هستند، اما تفاوت‌هايي در ساختار شيميايي دارند.

اتانول (CH₃CH₂OH)، كه الكل غلات نيز ناميده مي‌شود، سوختي است كه از ذرت، ساير حبوبات و زيست توده‌ها بدست مي‌آيد. اتانول سوخت تجديدپذيري است كه مي‌تواند تقريباً از هر چيزي كه شامل كربن باشد، بدست آيد. اتانول مي‌تواند به عنوان سوختي اكتان بالا در وسايل نقليه مورد استفاده قرار گيرد؛ و اغلب به منظور بالا بردن درجة اكتان با بنزين مخلوط مي‌شود.

متانول (CH₃OH) سوخت پاك‌سوزي است كه معمولاً از گاز طبيعي بدست مي‌آيد؛ اما از زغال سنگ و زيست توده‌ها نيز قابل استحصال است. از آنجايي كه در آمريكاي شمالي اين مواد به وفور يافت مي‌شوند، استفاده از متانول مي‌تواند وابستگي به نفت وارداتي را كاهش دهد.  در اين سالها استفاده از متانول به عنوان سوخت در حال كاهش است؛ اما ممكن است به زودي در خودروهاي پيل سوختي استفاده شود. آن سوختي است كه از سال 1965 براي خودروهاي مسابقه‌اي ايندياناپوليس انتخاب شده است.

هرچند، از آغاز سال 2007، خودروهاي مسابقه‌اي ليگ ايندياناپوليس به استفاده از اتانول خالص در تمامي خودروهايشان روي آورده‌اند. امروزه اين الكل‌ها با 15 درصد بنزين مخلوط مي‌شوند و M85 و E85 را بوجود مي‌آورند. مقدار كمي بنزين، توانايي استارت سرد الكل‌ها را بهبود مي‌بخشد.

خودروهايي با سوخت انعطاف‌پذير مي‌توانند از اتانول و/يا بنزين، يا متانول و/يا بنزين استفاده كنند. سوخت الكل و بنزين را مي‌توان در يك مخزن ذخيره كرد. اين امر ما را قادر مي‌سازد تا در زماني كه الكل مهياست از الكل استفاده نماييم، و يا در زماني كه الكل وجود ندارد، از بنزين استفاده نماييم؛ و يا از تركيب هر دوي آنها بهره ببريم.

خودروهايي با سوخت گاز طبيعي

گاز طبيعي، گاز طبيعي فشرده (CNG) و گاز طبيعي مايع (LNG)، سوخت‌هاي بسيار پاك‌سوزي هستند. منابع فراواني از گاز طبيعي وجود دارد، و بسيار ارزانتر از بنزين مي‌باشد.

منابع فراوان و ارزان قيمت، استفاده از گاز طبيعي را به عنوان سوخت جايگزين مناسبي مطرح مي‌سازند؛ مخصوصاً براي شركت‌هايي كه با ناوگاني از خودروها ارتباط دارند. در حقيقت، بيشترين خودروهاي گاز طبيعي به ناوگان‌ها فروخته مي‌شوند. نوعاً CNG در خودروهاي سبك و متوسط استفاده مي‌شود؛ در حاليكه LNG در اتوبوس‌، لوكوموتيوها و كاميون‌هاي يدك‌كش استفاده مي‌شود.

CNG بايد به نحوي ايمن، با فشار 2400 تا 3000 يا 3600 پوند بر اينچ مربع، در سيلندرها ذخيره گردد، كه بزرگترين عيب CNG به عنوان سوخت است. فضاي مورد نياز اين سيلندرها از صندوق عقب، و بعضي مواقع از فضاي سرنشينان تأمين مي‌شود. در نتيجه، خودروهاي CNG مسافت پيمايش كمتري در مقايسه با خودروهاي بنزيني دارند. خودروهاي دوسوخته، به مخازن CNG و بنزين مجهز مي‌باشند، كه با هر دوي آنها مي‌توانند حركت كنند.

گاز طبيعي  زماني كه تا منفي 2/263 درجه فارنهايت (164- درجه سلسيوس) سرد شود، به مايع تبديل مي‌شود. به دليل مايع بودن، ذخيرة LNG فضاي كمتري از خودرو را نسبت به CNG اشغال مي‌كند. هرچند، سوخت بايد در دماي بسيار سردي ذخيره شود، كه نيازمند واحد سردكننده‌اي است كه فضا اشغال مي‌كند، و استفاده از LNG را براي مصارف شخصي غيرعملي مي‌نمايد.