48 ولت و سکوتِ بی‌صدا: میلد هایبرید چگونه به همه جا راه پیدا کرد؟

میld هیبرید سیستمی هیبریدی است که از یک موتور الکتریکی کوچک و باتری تشکیل شده و موتور احتراق داخلی را کمک می‌کند اما به‌تنهایی خودرو را به حرکت درنمی‌آورد؛ امروزه چون معمولاً با باتری لیتیوم-یون ۴۸ ولت کار می‌کند، با نام سیستم ۴۸ ولت شناخته می‌شود. برخلاف هیبرید کامل، رانندگی صرفاً الکتریکی ارائه نمی‌دهد، بلکه با بازیابی انرژی ترمز، موتور را کمک کرده و مصرف را کاهش می‌دهد. با افول موتورهای دیزل، به رایج‌ترین فناوری برای رساندن خودروهای اروپایی به اهداف انتشار تبدیل شده است.

میld هیبرید دقیقاً چیست و چه تفاوتی با هیبرید کامل دارد؟

یک میلد هیبرید (MHEV) چیزی جز یک موتور الکتریکی کوچک و باتری است که به سیستم انتقال قدرت معمولی افزوده می‌شود. موتور الکتریکی معمولاً به‌صورت ژنراتور استارت یکپارچه (ISG) پیکربندی می‌شود: جای استارت‌ر سنتی را می‌گیرد و بین موتور و گیربکس یا در موقعیت ژنراتور قرار می‌گیرد. وظیفه آن کمک به موتور احتراق داخلی؛ تغذیه بدون وقفه سیستم‌ها هنگام استارت-استاپ و بازیابی انرژی هنگام ترمز کردن است. موتور الکتریکی هرگز به‌تنهایی خودرو را به حرکت درنمی‌آورد.

هیبریدهای کامل این‌گونه کار نمی‌کنند. در سیستم‌های تویوتا دو منبع قدرت به‌صورت جدا یا با هم گشتاور تولید می‌کنند؛ باتری نقش بافر موقت را برای موتور احتراق ایفا می‌کند و خودرو می‌تواند مسافت‌های کوتاه را کاملاً با برق طی کند. هیبرید تویوتا تا زمان سفر می‌تواند تا ۶۲ درصد در حالت انتشار صفر رانندگی کند. اما در میلد هیبرید رانندگی تمام‌الکتریکی اصلاً ممکن نیست یا بسیار محدود است؛ تفکیک فنی و تجاری اساسی بین این دو دقیقاً همین‌جاست.

چرا دقیقاً ۴۸ ولت؟

در یک میلد هیبرید مدرن ۴۸ ولت، خودرو دو سیستم الکتریکی جداگانه دارد. سیستم متداول ۱۲ ولت همچنان مصرف‌کننده‌های کم‌ولتاژ مانند رادیو، چراغ‌ها و بالابرهای شیشه را تغذیه می‌کند؛ مبدل DC/DC این دو سیستم را به هم متصل می‌کند. ۴۸ ولت نسبت به ۱۲ ولت ولتاژ چهار برابری ارائه می‌دهد و این به معنای بازیابی انرژی جنبشی به‌مراتب بیشتر است. در همان حال، چون ۴۸ ولت زیر آستانه خطرناک برای انسان باقی می‌ماند، بارهای ایمنی سیستم‌های ولتاژ بالا (مانند کابل‌های زرد، عایق‌بندی خاص و نیاز به تکنسین دارای گواهی) را ندارد.

اندازه باتری هم بخشی از داستان است. ظرفیت در میلد هیبرید معمولاً حدود ۰/۵ تا ۱ کیلووات‌ساعت است؛ هیبریدهای کامل باتری ۱/۳ تا ۲ کیلووات‌ساعت و هیبریدهای پلاگین باتری ۱۰ تا ۲۰ کیلووات‌ساعت دارند و ۴۰ تا ۸۰ کیلومتر برد الکتریکی ارائه می‌دهند. یعنی میلد هیبرید، سبک‌ترین و ارزان‌ترین عضو خانواده هیبرید است - این سبکی هم هزینه و هم انعطاف جایگاه‌گذاری در خودرو را تعیین می‌کند.

سیستم 48 ولت از کجا آمد: تاریخچه کوتاهی از هیبرید

ایده میلد هیبرید را نمی‌توان جدید دانست؛ ریشه‌های آن به قدمت خود خودروی هیبریدی بازمی‌گردد. Lohner-Porsche Elektromobil طراحی‌شده توسط فردیناند پورشه در نمایشگاه پاریس 1900 معرفی شد و در سال 1901، Lohner-Porsche Mixte Hybrid به اولین خودروی هیبریدی بنزینی-برقی جهان تبدیل شد. آن سیستم‌های اولیه از معماری هیبرید سریال بهره می‌بردند: موتور بنزینی چرخ‌ها را نمی‌راند و تنها ژنراتور را به کار می‌انداخت.

نقطه عطف دوران مدرن، تویوتا پریوس بود که در 1997 در ژاپن عرضه شد: اولین خودروی هیبریدی برقی تولید انبوه نبود، اما قطعاً موفق‌ترین آنها بود. موج کامل هیبریدهای پس از پریوس، باعث بلوغ این فناوری و کاهش هزینه‌ها شد. اما میلد هیبرید معمولاً حلقه جاافتاده این روایت است.

تلاش‌های اولیه میلد هیبرید

جنرال موتورز در سال مدل 2007 ، یک سیستم هیبرید آلترناتور-استارتر 36 ولت را در شورولت مالیبو، ساترن آورا و ساترن ویو عرضه کرد. این خودروها هیبرید کامل نبودند؛ نمی‌توانستند تنها با برق حرکت کنند - رویکردی که کاملاً با تعریف امروزی میلد هیبرید منطبق است. سیستم BAS (استارتر آلترناتور تسمه‌ای) جنرال موتورز، از یک موتور-ژنراتور به توان 14.5 کیلووات که از طریق تسمه موتور را می‌گرداند و یک باتری 36 ولت استفاده می‌کرد. بر اساس داده‌های EPA، Saturn Vue Greenline در مقایسه با نسخه غیرهیبریدی، 27٪ اقتصاد سوخت ترکیبی بهتری ارائه کرد.

تویوتا هم در این حوزه آزمایش کرد: بین سال‌های 2001 تا 2003 نسخه‌های میلد هیبرید کرون و سپس بین سال‌های 2002 تا 2008 نسخه‌های میلد هیبرید کراون سدان را در ژاپن به فروش رساند. در سال 2004، فولکس‌واگن دو کانسپت میلد هیبرید را به رویداد Challenge Bibendum در شانگهای برد. یعنی پیش از آغاز عصر 48 ولت، این ایده بارها و بارها هم در آمریکا و هم در آسیا محک زده شده بود.

نقطه عطف مرسدس-بنز در 2016 و تبدیل شدن به استاندارد در اروپا

برندی که معماری 48 ولت را از اوج بخش لوکس به بالا برد، مرسدس-بنز بود. در سال مدل 2016 ، سدان S550e به‌عنوان اولین پلاگین هیبرید به کلاس S اضافه شد؛ از همان نسل، در مدل‌های کلاس S استفاده از سیستم میلد هیبرید 48 ولت همراه با گیربکس اتوماتیک نه‌سرعته آغاز شد. در کلاس C، موتور برقی بین موتور و گیربکس قرار می‌گیرد و حدود 15 کیلووات (20 اسب بخار) توان اضافه به گیربکس می‌دهد. این سیستم امروز نیز در حال توسعه است: کلاس S500 سال 2027 از طریق موتور شش‌سیلندر خطی میلد هیبرید و ISG، 23 اسب بخار (17 کیلووات) توان اضافه ارائه می‌دهد و واحد میلد هیبرید نسخه‌های AMG می‌تواند تا 201 اسب بخار کمک کند.

آنچه پس از مرسدس، گسترش این سیستم به سراسر اروپا را واقعاً تعیین کرد، نه کنجکاوی فنی بلکه فشار مقررات بود. با افول دیزل، میلد هیبریدهای 48 ولتی به‌عنوان راهی برای پاسخگویی به استانداردهای سخت‌گیرانه‌تر انتشار اتحادیه اروپا دیده شدند. در اروپا هدف ابتدا 117 گرم CO2 بر کیلومتر تا سال 2020 و سپس 95 گرم CO2 بر کیلومتر تعیین شد. یک موتور 48 ولتی معمول با توان حدود 15 کیلووات، بین 13 تا 22 درصد صرفه‌جویی CO2 ایجاد می‌کند - که حاشیه‌ای کافی برای زیر هدف 95 گرم بر کیلومتر پایین رفتن یک خودروی کوچک است.

موج پذیرش برندها

گزارش‌های صنعتی منتشرشده در سپتامبر سال 2017 نشان می‌داد که برندهایی مانند فولکس‌واگن، PSA و ولوو در پاسخ به عقب‌ماندگی دیزل به هایبرید ملایم 48 ولت روی آورده‌اند؛ رنو با Scenic جدید در میان پذیرندگان اولیه بود. ولوو متعهد شد که از سال 2019 همه مدل‌های خود را برقی کند و امروزه در خودروهای ولوو، باتری کوچک 48 ولتی موتور بنزینی را پشتیبانی می‌کند اما خودرو را حرکت نمی‌دهد. داده‌های ICCT نشان می‌دهد سهم هایبرید ملایم در اروپا در سال 2020 حدود 8 درصد و در سال 2021 حدود 14 درصد بوده است - سهمی که در دو سال تقریباً دو برابر شده است. این سیستم به تحقق استاندارد Euro7 نیز کمک می‌کند: با پیش‌گرم کردن کاتالیزور در استارت سرد، اوج‌های انتشار را کاهش می‌دهد.

مقیاس امروزه مشخص است: صرفه‌جویی 10 گرم CO2 بر کیلومتر حاصل از هایبرید ملایم در اتحادیه اروپا، جریمه انتشار حدوداً 950 یورو را از بین می‌برد - که در واقع هزینه سیستم راه‌حل P0 را پوشش می‌دهد. تاکنون بیش از 4.5 میلیون خودرو به ماشین 48 ولتی مجهز شده و انتظار می‌رفت تولید سالانه تا سال 2025 از مرز 10 میلیون فراتر رود.

معماری سیستم: توپولوژی‌ها از P0 تا P4

سیستم‌های هایبرید ملایم بر اساس موقعیت موتور الکتریکی در مجموعه انتقال قدرت طبقه‌بندی می‌شوند. موقعیت، هم هزینه و هم سقف صرفه‌جویی قابل حصول را تعیین می‌کند.

مقایسه با هایبرید کامل تیپ تویوتا: چه اندازه تفاوت وجود دارد؟

قرار دادن دو سیستم در کنار هم، بهترین توضیح برای اینکه هایبرید ملایم واقعاً چیست است. هایبرید کامل ساختاری است که باتری را به‌عنوان بافر موقت موتور به کار می‌گیرد و می‌تواند مسافت‌های کوتاه را با برق طی کند؛ اما هایبرید ملایم صرفاً یک لایه قدرت پشتیبان است.

در بعد تجاری، مزیت هایبرید ملایم قیمت است: در بیشتر موارد ارزان‌تر از هایبرید کامل خریداری می‌شود. با این حال، آیا این قیمت را جبران صرفه‌جویی سوخت می‌کند یا نه، در هر خودرویی روشن نیست؛ در مقایسه با مدل‌های غیرهیبریدی، ریاضی همیشه جواب نمی‌دهد و نوسانات قیمت سوخت نتیجه را به‌طور مستقیم تحت تأثیر قرار می‌دهد.

نقد: هیبرید واقعی یا سبزشویی؟

ظهور مایلدهیبرید بدون مناقشه هم نیست. بعضی از روزنامه‌نگاران حوزه خودروسازی از این سؤال می‌پرسند که آیا باید MHEVها را هیبرید یا خودروی برقی طبقه‌بندی کرد؛ آن‌ها استدلال می‌کنند که کاهش آلایندگی حداقلی است و بازاریابی می‌تواند ماهیتی سبزشویانه داشته باشد. جوهره نقد ساده است: استفاده از برچسب هیبرید برای سیستمی که به‌تنهایی قادر به حرکت دادن خودرو نیست، ممکن است در ذهن خریدار انتظار هیبرید کامل ایجاد کند. با اینکه صرفه‌جویی در مصرف سوخت بسته به روش اندازه‌گیری و تعریف متفاوت است، ممکن است نسبت به مدل‌های قابل‌مقایسه در بازه 0.4-1.7 کیلومتر بر لیتر یعنی 2-8 درصد باقی بماند؛ فقط توپولوژی‌های پیشرفته (P2، P4) به سقف بازه 15-25 درصدی ادعای تولیدکنندگان قطعات نزدیک می‌شوند و بخشی از این ارقام از اندازه‌گیری‌های خود تولیدکننده به دست می‌آید.

استدلال طرف مقابل نیز قابل اندازه‌گیری است. در طول عمر حدوداً 150.000 کیلومتر ، سیستم 48V بیش از 1.500 لیتر سوخت، حدوداً 4 تن CO2 و حداقل 2.000 یورو صرفه‌جویی ایجاد می‌کند. در چارچوب گسترده‌تر، محاسبه شده است که اگر به 1 میلیارد خودروی احتراقی که تا سال 2040 تولید خواهد شد، سیستم 48V اضافه شود، حداقل از انتشار 2 میلیارد تن CO2 جلوگیری می‌شود. پاسخ درست احتمالاً چیزی میان این دو است: مایلدهیبرید یک انقلاب نیست، اما در نردبان تند مقررات، پله‌ای با هزینه معقول و کارآمد است.

جایگاه مایلدهیبرید در 2026

این فناوری بسیار فراتر از سطح ورودی رفته است. کلاس S مدل 2027 مدل S500 با مایلدهیبرید شش‌سیلندر خطی، توان 442 اسب بخار و عملکرد 4.3 ثانیه در 0-60 مایل بر ساعت ارائه می‌دهد. پورشه با 911 Carrera GTS T-Hybrid کاربرد توربوی الکتریکی را به دنیای عملکرد آورد؛ مایلدهیبریدهای دیزلی مانند دیزل 1.6 هیوندای نیز موجودند و Range Rover Sport D350 مدل 2021 نمونه‌ای از این مسیر است. پیش‌بینی‌های بازار نشان می‌دهد بازار مایلدهیبرید اروپا در 2026 در سطح 102 میلیارد دلار است و تا 2031 به رشد خود ادامه خواهد داد - هرچند ارقام میان مؤسسات پژوهشی متفاوت است، اما جهت یکی است: مایلدهیبرید به‌عنوان کمتر روایت‌شده اما گسترده‌ترین حلقه تاریخ هیبرید، راه خود را ادامه می‌دهد.

منابع

• All about 48V / Mild Hybrid technology
• Mild hybrid
• 48-Volt Mild-Hybrid System Explained
• Here's How a "Mild Hybrid" System Works
• BAS hybrid
• Mild-hybrid vehicles: A near term technology trend for CO2
• 48-volt mild hybrids heading toward ubiquity in Europe as diesel declines
• VW, PSA, Volvo, others adopt 48-volt mild hybrids
• Mercedes-Benz S-Class Model Year History
• 2016 Mercedes-Benz S-Class Reviews
• 2027 Mercedes-Benz S-Class Sedan
• First Drive: 2027 Mercedes-Benz S-Class
• Toyota Self-charging Hybrid Vs. Mild Hybrid
• Hybrid, plug-in hybrid and mild hybrid: What's the difference?
• Lohner–Porsche
• تویوتا پریوس اولین خودروی هیبریدی نبود
• پریوس چگونه شجره‌نامه خود را به خودرویی از سال 1900 می‌رساند
• هیبریدی در مقابل بنزینی در سال 2026
• فقط یک راه‌حل موقتی نیست: سیستم‌های هیبرید ملایم 48 ولت
• آیا هیبرید ملایم 48 ولت ناجی CO2 است؟