خودروی هیبریدی چه زمانی با برق حرکت می‌کند و چه زمانی با بنزین کار می‌کند؟

بوش راننده نیست، بلکه مغز سیستم مدیریت انرژی است که با نگاه کردن به تقاضای لحظه‌ای توان و وضعیت باتری، تصمیم بین برق و بنزین را می‌گیرد.
بوش راننده نیست، بلکه مغز سیستم مدیریت انرژی است که با نگاه کردن به تقاضای لحظه‌ای توان و وضعیت باتری، تصمیم بین برق و بنزین را می‌گیرد.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

خودروی هیبریدی در حرکت از جایگاه، سرعت پایین و ترمزگیری با برق کار می کند؛ در سرعت بالا، شتاب گیری و سربالایی با موتور بنزینی. این گذارها را نه راننده، بلکه سیستم مدیریت انرژی که مغز خودرو است صادر می کند: در لحظه تصمیم، به تقاضای توان، سطح شارژ باتری و دمای باتری نگاه می کند. سیستم در هر شرایطی موتوری را انتخاب می کند که بیشترین سوخت اقتصادی را تامین کند.

نکات برجسته

  • حالت EV در بیشتر هیبریدهای کامل تا سرعت حدود 40 کیلومتر بر ساعت رانندگی با برق را فراهم می کند؛ این آستانه مقدار ثابتی نیست، تقاضای توان و وضعیت باتری آن را تعیین می کند.
  • هیبریدهای متعارف به طور میانگین حدود 40 درصد مصرف سوخت کمتری نسبت به خودروهای بنزینی دارند.
  • بیشتر هیبریدهای پلاگین دار (Plug-in) 32 تا 80 کیلومتر برد تمام الکتریکی دارند؛ وقتی باتری تمام شود، مانند هیبرید متعارف رفتار می کنند.
  • دمای باتری بالای 25 درجه سانتیگراد به صورت مداوم می تواند سرعت تجزیه را دو برابر کند؛ هوای سرد نیز به طور موقت ظرفیت را کاهش می دهد.
  • ترمزگیری زودهنگام و ملایم، با ترمز بازیابی انرژی بیشتری جمع آوری کرده و مدت حالت EV را طولانی تر می کند.

مغزی که تصمیم گذار را می گیرد: سیستم مدیریت انرژی چگونه کار می کند؟

Fren yaparken kaybettiğiniz enerji hibrit sistemde kaybolmaz; sistem onu toplayıp bataryaya geri yükler.

در خودروی هیبریدی دو موتور وجود دارد: موتور احتراق داخلی و یک یا چند موتور برقی. نرم افزاری که این ها را همزمان مدیریت می کند و تصمیم می گیرد در چه لحظاتی از کدام یک و چقدر توان گرفته شود، سیستم مدیریت انرژی است. این سیستم در هر میلی ثانیه چند ورودی را محاسبه می کند: گشتاور درخواستی از چرخ ها، سرعت فعلی، موقعیت پدال گاز، سطح شارژ باتری و دمای باتری. خروجی ساده است: توان را از کجا تامین کند.

زنجیره منطقی به این شکل ساخته می شود. موتور برقی در دور پایین گشتاور خود را بلافاصله تحویل می دهد؛ به همین دلیل برای حرکت اولیه و سرعت پایین ایده آل است. موتور احتراق داخلی اما بیشتر توان خود را تنها در دورهای بالا به دست می آورد؛ ناحیه بازدهی آن هم همان جاست. سیستم، درخواست های توان کم را با برق و درخواست های توان بالا را با بنزینی پاسخ می دهد و در هر نقطه بین این دو، ترکیبی را می جوید که بیشترین بازدهی را دارد.

ساختار بسته به طراحی متفاوت است. در هیبریدهای موازی - رایج ترین طراحی همین است - موتور و موتور برقی با اتصال مکانیکی به چرخ ها متصل اند؛ هر دو می توانند همزمان یا جداگانه کشش ایجاد کنند. در هیبریدهای سری تنها موتور برقی چرخ ها را می گرداند؛ موتور بنزینی در واقع یک ژنراتور را به کار می اندازد. این ساختار بیشتر در هیبریدهای پلاگین دار دیده می شود. اما بیشتر هیبریدهای کامل به صورت سری-موازی کار می کنند: تقسیم توان بین دو منبع را به صورت پیوسته و پلکانی انجام می دهند و راننده این گذارها را نه به شکل یک لحظه، بلکه به صورت تحویلی روان احساس می کند.

انواع هیبرید همان منطق را در مقیاس متفاوت به کار می برند

نوعحرکت با برقشارژسهم در اقتصاد سوخت
هیبرید ملایم (Mild)خیر، تنها کمک می کند؛ در توقف ها می تواند موتور را خاموش کندبازیابی انرژی و موتور بنزینیکم
هیبرید کامل (HEV)بله، در مسافت کوتاه و سرعت پایینبازیابی انرژی و موتور بنزینی، نه با دوشاخهزیاد
هیبرید پلاگین دار (PHEV)بله، معمولا با برد 32 تا 80 کیلومتردوشاخه + بازیابی انرژیاگر شارژ باشد بسیار زیاد، اگر تمام شده باشد در حد هیبرید متعارف

یادآوری این نکته مهم است که هیبرید ملایم به تنهایی نمی‌تواند خودرو را به حرکت درآورد: در آن پرسش «برق یا بنزین» وجود ندارد؛ موتور بنزینی همیشه کار می‌کند و برق فقط نقش کمکی دارد. منطق واقعی گذار در هیبریدهای کامل و PHEVها رخ می‌دهد.

در حرکت اولیه، در سربالایی، در بزرگراه: سیستم در چه لحظاتی به کدام موتور سوئیچ می‌کند؟

تقسیم رانندگی روزمره به بخش‌ها و رصد تصمیم سیستم در هر بخش، ساده‌ترین راه روشن شدن منطق است.

حرکت اولیه و سرعت کم: قلمرو برق

در ترافیک توقف‌وحرکت، مانورهای پارک و داخل محله، سیستم اغلب فقط به موتور برقی تکیه می‌کند. اگر باتری پر باشد و توان درخواستی در حد معمول، خودرو بی‌صدا می‌غلتد؛ موتور بنزینی یا خاموش است یا در دور آرام نیست - زیرا هیبرید می‌تواند روشن نگه داشتن موتور در دور آرام هنگام توقف خودرو را مسدود کند. این یکی از بزرگ‌ترین عوامل کاهش مصرف سوخت درون‌شهری است.

در هیبریدهای کامل، نام حالت EV دقیقاً همین رژیم است: سیستم فقط از باتری توان می‌گیرد. این حالت معمولاً برای سفرهای کوتاه و کم‌سرعت است و در بیشتر سیستم‌های تیپ تویوتا تا حدود 40 کیلومتر بر ساعت کار می‌کند. این مرز یک خط ممنوع ثابت نیست؛ اگر گاز بدهید، سیستم درخواستی بیش از حداکثر توانی که می‌تواند از باتری بگیرد می‌بیند و موتور بنزینی را وارد مدار می‌کند.

گاز دادن و سربالایی: لحظه‌ای که موتور بنزینی فرمان را می‌گیرد

شتاب‌گیری سریع و بالا رفتن از سربالایی، تقاضای توان را به سطحی می‌رساند که باتری به تنهایی نمی‌تواند پاسخ دهد. سیستم در اینجا موتور احتراق داخلی را روشن می‌کند؛ در این لحظه که راه‌اندازی مجدد با تأخیر می‌نامیم، موتور بنزینی ابتدا به موتور برقی می‌پیوندد و وقتی سرعت بالا رفت و به سرعت پیمایش رسید، وظیفه را به تنهایی بر عهده می‌گیرد. راننده معمولاً این را از طریق یک لرزش کوچک و نمودار جریان توان روی صفحه instrument می‌فهمد: پیکان یک‌باره از باتری به موتور برمی‌گردد.

منطق مهندسی اینجا این است: کار کردن موتور بنزینی در بازه دور اتلاف‌ساز و زیر بار. موتور برقی شکاف لحظه گذار را پر می‌کند، به‌گونه‌ای که موتور بنزینی هرگز در ناحیه ناکارآمد و کم‌بار به زحمت نیفتد.

پیمایش بزرگراه: راحت‌ترین ناحیه برای موتور بنزینی

در سرعت ثابت بزرگراه، موتور احتراق داخلی از قبل در ناحیه بازده خود است؛ سیستم اغلب موتور بنزینی را مبنای کار قرار می‌دهد و موتور برقی را برای لحظه نیاز در حالت پشتیبانی نگه می‌دارد. بزرگ‌ترین مزیت هیبرید اینجا نیست: در ترافیک توقف‌وحرکت بیشترین بازده را دارد و در سرعت ثابت بزرگراه تفاوت اقتصاد سوخت به‌وضوح کاهش می‌یابد. به همین دلیل این پرسش رایج است که «آیا هیبریدها بالای 80 کیلومتر بر ساعت به بنزین برمی‌گردند؟» - اما سرعت سوئیچ ثابت نیست. آستانه به سرعت بلکه به تقاضای توان لحظه‌ای و وضعیت باتری بستگی دارد؛ برخی هیبریدها از قبل در سرعت‌های بسیار پایین‌تر به بنزین برمی‌گردند.

ترمز و سرپایینی: بخشی که شارژ می‌شود

هنگامی که ترمز می‌گیرید، موتور الکتریکی به‌عنوان ژنراتور عمل می‌کند و انرژی جنبشی‌ای که در ترمزگیری از دست می‌رفت را دوباره در باتری ذخیره می‌کند؛ به این ترمز بازیاب (رجنراتیو) می‌گویند. همین سازوکار در سراشیبی‌ها هم کار می‌کند: در برخی خودروها موقعیت دنده «B» ترمز بازیاب را افزایش می‌دهد. در رانندگی شهری، هر توقف در واقع یک عمل شارژ کوچک است - و همین شارژ، حرکت بعدی با برق را ممکن می‌سازد. خودروی هیبریدی با دوشارژ نمی‌شود؛ باتری خود را کاملاً از طریق همین بازیابی انرژی و موتور بنزینی پر می‌کند.

سطح شارژ باتری و دما چگونه بر تغییر حالت‌ها اثر می‌گذارند؟

در جدول تصمیم‌گیری سیستم مدیریت انرژی، دو متغیر تقریباً همه چیز را تعیین می‌کنند: میزان انرژی باقی‌مانده در باتری و دمای باتری.

وقتی سطح شارژ پایین می‌آید، سیستم محافظه‌کارتر می‌شود: حالت EV کوتاه‌تر می‌شود، موتور بنزینی زودتر و بیشتر درگیر می‌شود و حتی ممکن است برای شارژ باتری در حین کار، توان اضافی تولید کند. این وضعیت در PHEVها واضح‌ترین نمود را دارد: با تمام شدن انرژی باتری، موتور احتراق داخلی وارد عمل می‌شود و خودرو تا زمانی که به برق وصل نشود، مانند یک هیبرید معمولی رفتار می‌کند. مشکل عملی دارندگان PHEV همین است - تصمیم‌گیری درباره اینکه در هر لحظه کدام منبع بهترین بهره‌وری را بین دو منبع انرژی دارد، کار استراتژی مدیریت انرژی است و تولیدکنندگان این بهینه‌سازی را یک مسئله کنترلی در حال بهبود مداوم در نظر می‌گیرند.

دما اما در دو جهت اثر می‌گذارد. در سرما، ظرفیت باتری کاهش می‌یابد و مقاومت داخلی آن افزایش می‌یابد؛ سیستم خروجی و ورودی را محدود می‌کند و در نتیجه هیبرید در زمستان بنزین بیشتری مصرف می‌کند. این محدودیت موقتی است و به باتری آسیب دائمی نمی‌زند - رایانه خودرو در سرما از باتری محافظت می‌کند. باتری گرم‌شده به حالت عادی بازمی‌گردد. در گرمای زیاد، سناریوی معکوس اتفاق می‌افتد: وقتی دمای باتری بالا می‌رود، سیستم برای جلوگیری از گرمای بیش از حد ممکن است سرعت شارژ را کاهش دهد. کار 25 درجه سانتی‌گراد مداوم بالای این دما می‌تواند سرعت تخریب باتری را دو برابر کند؛ رانندگی‌های طولانی تابستانی با انباشت گرمای زیاد، به دلیل عدم خنک‌سازی کافی بین آن‌ها، عمر باتری را کوتاه می‌کند. رانندگی‌های کوتاه و بازه‌های استراحت از باتری محافظت می‌کنند. نتیجه: حتی در یک مسیر ثابت، رفتار تغییر حالت‌ها بسته به فصل تغییر می‌کند؛ صبح زمستانی، حالت EV کوتاه‌تر از بعدازظهر تابستانی طول می‌کشد.

آیا راننده می‌تواند تغییر حالت‌ها را به‌صرفه‌تر مدیریت کند؟ سناریوهای نمونه

شما نمی‌توانید تصمیم سیستم را تغییر دهید اما می‌توانید بر ورودی‌های آن اثر بگذارید. پر نگه داشتن باتری تا حد امکان و ملایم نگه داشتن تقاضای توان، خلاصه‌ای کافی است؛ در عمل، سناریوهای زیر پاسخ می‌دهند.

  1. توقف و حرکت شهری: چراغ‌های راهنمایی را از فاصله دور بخوانید و با کاهش سرعت، سُر بخورید. ترمزگیری زودهنگام و ملایم، انرژی بیشتری نسبت به توقف ناگهانی جمع‌آوری می‌کند و مدت حالت EV را طولانی‌تر می‌سازد. وقتی شرایط امن است، پیش از ترمزگیری سرعت خود را کم کنید؛ در سراشیبی‌ها در صورت وجود، از دنده «B» استفاده کنید.
  2. شتاب‌گیری: پدال گاز را به‌صورت تدریجی فشار دهید، نه ناگهانی. شتاب‌گیری شدید، باتری را لحظه‌ای به توانی بالاتر از خط ECO می‌خواهد و موتور بنزینی بلافاصله وارد می‌شود؛ درخواست ملایم، حرکت با برق را ممکن می‌سازد.
  3. بزرگراه: در صورت امکان از سرعت ثابت (کروز) استفاده کنید؛ سرعت متغیر به معنای جابه‌جایی دائمی بین بنزین و برق است. رویه رایج میان کاربران PHEV این است که در بزرگراه ابتدا در حالت EV به سرعت پیمایش برسند و سپس به حالت هیبریدی بروند - برخی رانندگان این را کارآمدترین ترکیب گزارش کرده‌اند، اما توصیه کلی این است که کار را به منطق طبیعی هیبرید سپرد تا اینکه حالت EV را با دکمه‌ای جداگانه اجباری کرد.
  4. سربالایی طولانی: به جای فشردن پدال ترمز، رها و سُرخورده حرکت کنید؛ بازیابی انرژی، باتری را در تمام طول مسیر پایین‌روی شارژ می‌کند و به شما امکان می‌دهد در تقاطع انتهای سراشیبی با برق توقف کنید.

مشترکۀ ماجرا این است: هر ترمز نرم و هر رهاشدگی، کیلومتر برقی بعدی را می‌خرد. آنچه باتری را پر می‌کند نه موتور بنزینی، بلکه عمدتاً انرژی جنبشی است که خود شما هنگام ترمز کردن بازیابی می‌کنید.

سوالات متداول

چرا خودروی هیبریدی در حرکت‌گیری از برق و در بزرگراه از بنزین استفاده می‌کند؟

زیرا هر موتور در محدوده‌ای متفاوت کارآمد است. موتور الکتریکی در دور پایین گشتاور آنی می‌دهد و کارآمد است؛ اما موتور احتراق داخلی بیشتر قدرت خود را تنها در سرعت‌ها و دورهای بالا به دست می‌آورد. سیستم هر موتور را در کاری که برای آن کارآمدتر است به کار می‌گیرد؛ این یعنی با یک موتور بنزینی کوچک‌تر نسبت به تک‌موتور، اقتصادی بهتری حاصل می‌شود.

دکمۀ حالت EV چه کارکردی دارد؟

در صورت وجود، رانندگی صرفاً با برق را فراهم می‌کند و برای سرعت پایین و مسیرهای کوتاه طراحی شده است. حد معمول در بیشتر سیستم‌ها حدود 40 کیلومتر بر ساعت است و تنها زمانی کار می‌کند که باتری به اندازۀ کافی پر باشد. برای مانورهای پارک و رانندگی آرام و کم‌آلاینده ایده‌آل است.

در PHEV موتور بنزینی چه زمانی وارد عمل می‌شود؟

معمولاً وقتی انرژی باتری تمام می‌شود؛ از آن پس خودرو تا زمانی که به برق وصل نشده، مانند یک هیبرید متعارف عمل می‌کند. برخی PHEVها همچنین می‌توانند تمام‌وقت در حالت ترکیبی بنزین-برق کار کنند. مدل‌هایی وجود دارند که در حالت هیبریدی ظرفیت برد کل آن‌ها از 960 کیلومتر فراتر می‌رود.

نتیجه: تصمیم را به سیستم بسپارید، ورودی‌ها را شما در دست بگیرید

جابه‌جایی برق-بنزین در خودروی هیبریدی، معماییری نیست که راننده باید حدس بزند، بلکه یک مسئلۀ کنترل با ورودی‌های قابل اندازه‌گیری است: با افزایش تقاضای قدرت، موتور بنزینی؛ با کاهش آن، برق؛ با خالی یا سرد شدن باتری، بنزین؛ و با ترمز و سراشیبی، کسب برق. سهم راننده، هدایت صحیح این ورودی‌هاست - گاز نرم، ترمز زودهنگام، نزدیک شدن با رها کردن گاز. بقیه را سیستم محاسبه می‌کند تا در هر شرایطی، اقتصاد سوخت به بالاترین سطح برسد.

منابع