خودروهای برقی به عنوان سبزترین وسیله حمل ونقل جاده‌ای شناخته می‌شوند و خودروهای هیبریدی عنوان خودروهایی با کمترین میزان آلودگی در حمل و نقل جاده‌ای را در دنیا به خود اختصاص داده‌اند. لازم به ذکر است که موتورهای احتراق داخلی عامل بیش از 50 درصد آلودگی های مضر داخل شهرها هستند.
همانطور که در زمینه خودروهای با موتور احتراق داخلی تکنولوژی های مختلفی وجود دارد، در مورد خودروهای برقی هم فناوری ها متنوعی موجود است که هر کدام دارای قابلیت های مختلفی هستند که می‌توانند نیازهای رانندگان مختلف را برآورده کند.
خودروهای تمام الکتریک
خودروهای تمام الکتریک (All-Electric Vehicle) که فقط با الکتریسته کار می‌کنند. بُرد مفید این خودروها با یک بار شارژ حدود 130 تا 150 کیلومتر است. البته برخی از مدل‌های لوکس با یک بار شارژ تا بیش از 400 کیلومتر بُرد مفید دارند. این خودروها به لطف فناوری شارژ سریع می‌توانند در زمان 30 دقیقه تا 80 درصد باتری خود را شارژ کنند. البته برای شارژ 100 درصد تقریباً یک روز کامل زمان می‌برد. این مسئله به نوع شارژر و باتری نیز بستگی دارد. شماتیک خودروهای برقی تمام الکتریک در شکل 1 نشان داده شده است، این نوع خودروها دارای یک باتری الکتریکی برای ذخیره انرژی الکتریکی است. باتری از طریق شبکه سراسری برق شارژ می‌شود. همچنین در این نوع خودروها از سیستم بازیابی انرژی ترمز که هم برای ترمز گرفتن بدون اصطکاک کاربرد دارد و هم برای شارژ مجدد باتری مفید است، استفاده می‌شود.
شکل 1: چیدمان خودروی تمام الکتریک
خودروهای هیبریدی
خودروهای هیبریدی شامل دو یا تعداد بیشتری منبع تولید توان هستند. متداول ترین نوع خودروهای هیبریدی، ترکیبی از موتورهای احتراق داخلی، باتری و یک موتور الکتریکی و ژنراتور استفاده می‌کند.
در زمینه خودروهای هیبریدی دو چیدمان اساسی وجود دارد که خودروهای هیبردی سری شکل 2 و هیبرید موازی شکل 3 هستند. در خودروهای هیبریدی سری، خودرو توسط یک یا چند موتور الکتریکی به حرکت در می‌آیند که تغذیه آنها یا به طور مستقیم از باتری یا از ژنراتوری که متصل به یک موتور احتراق داخلی است تامین می‌شود. در خودروهای هیبریدی موازی که در شکل 3 نشان داده شده است خودرو هم می‌تواند با موتور الکتریکی و هم با موتور احتراق داخلی که هر دو به طور مستقیم در سیستم انتقال قدرت هستند، حرکت کنند. حالت دیگر خودروهای هیبریدی با چیدمان موازی این است که موتورها مستقیماً به چرخ‌ها کوپل شوند یا اینکه با هر دو موتور احتراق داخلی و الکتریکی به صورت همزمان کار کند. چیدمان‌های متنوعی برای سیستم‌های هیبریدی موازی وجود دارد. شکل 4 یک خودروی هیبریدی با چیدمان موازی را نشان می‌دهد که موتور الکتریکی چرخ‌های عقب را از طریق اکسل عقب و موتورهای احتراق داخلی چرخ‌های جلو را به حرکت در می‌آورند. همه خودروهای نشان داده شده در شکل 2، شکل 3 و شکل 4 خودروهای هیبریدی غیر قابل شارژ را نشان می‌دهند. به این معنی که خودرو برقی هیبریدی کاملاً به سوخت فسیلی برای حرکت نیاز دارد.
شکل 2: شماتیک یک خودروی هیبریدی با چیدمان سری
شکل 3: شماتیک یک خودروی هیبریدی با چیدمان موازی
شکل 4: خودروی هیبریدی با چیدمان موازی که موتور احتراق داخلی روی محور جلو و موتور الکتریکی روی محور عقب است.
خودروهای هیبرید الکتریک پلاگین
نوع دیگری از خودروهای هیبریدی وجود دارد که قابلیت شارژ شدن هم دارند. این خودروها هیبرید الکتریک پلاگین (Plug in Hybrid Electric Vehicle) نام دارند این گزینه می‌تواند کاربری گسترده‌تری داشته باشد. به طور معمول این خودروها باتری‌های بزرگتری دارند تا وقتی خودرو منحصراً از باتری استفاده می‌کند، برد موثر بیشتری داشته باشد. باتری این خودرو با برق شارژ می‌شود. سپس با توجه به اینکه یه یک موتور احتراق داخلی مجهز است در صورت تخلیه شدن شارژ باتری به موتور احتراق داخلی سویچ می‌کنند. از جنبه انتخاب منبع انرژی خودروهای هیبرید الکتریک پلاگین، بسیار انعطاف‌پذیر هستند به نحوی که تا زمانی که امکان‌پذیر باشد به رانندگان امکان استفاده از نیروی الکتریسیته را می‌دهد. همچنین در مواقع مورد نیاز می‌توانند از بنزین هم استفاده کنند. تامین نیروی خودرو از الکتریسیته در کاربری‌های درون شهری که برق آن از شبکه برق سراسری تامین می‌شود، هزینه سوخت را کاهش و مصرف مواد نفتی را قطع و آلودگی‌های ناشی از احتراق در موتور خودرو را نسبت به خودروهای درونسوز کاهش می‌دهد. وقتی در مسافت‌هایی که بیش از بازه شارژدهی باتری است رانندگی کنیم، خودروهای هیبرید الکتریک پلاگین، مانند خودروهای هیبرید ذکر شده کار می‌کنند. این کار باعث مصرف سوخت کمتر و نشر آلودگی کمتر نسبت به خودروهای متداول می‌شود. بسته به مدل موتورهای احتراق داخلی ممکن است از موتورهای احتراف داخلی در زمان شتاب‌گیری سریع هم استفاده شود یا وقتی که از سیستم گرمایشی یا سرمایش استفاده می‌شود. خودروهای هیبرید الکتریک پلاگین همچنان می‌توانند از هیدروژن در سلول سوختی، سوخت زیستی یا دیگر سوخت‌ها به عنوان جایگزین بنزین استفاده کنند.
مقایسه خودروهای هیبریدی با چیدمان موازی و سری
خودروهای هیبریدی سری معمولاً در کاربری‌های خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال، موتورهای لوکوموتیو دیزلی همیشه سری هستند. مهمترین عیب خودروهای هیبریدی سری این است که انتقال قدرت موتور به چرخ‌ها نمی‌تواند توسط موتور احتراق داخلی به صورت مکانیکی و مستقیماً به چرخ‌ها منتقل شود و باید ابتدا توسط ژنراتور، انرژی مکانیکی موتور احتراق داخلی به برق تبدیل شود و سپس این انرژی الکتریکی از موتورهای الکتریکی عبور و به چرخ‌ها منتقل شود.
از طرف دیگر، خودروهای هیبریدی موازی که در کاربردهای گسترده‌ای به کار می‌روند، می‌توانند بسیار کوچکتر و ارزان‌تر باشند؛ زیرا مجبور نیستند که کل انرژی را تبدیل کنند. روش‌های مختلفی برای استفاده از خودروهای هیبریدی موازی وجود دارد. برای مثال در ساده‌ترین حالت خودروهای هیبریدی پلاگین در شهری که آلودگی‌های حاصل اگزوز خودروها نامطلوب است می‌توانند از طریق برق به حرکت در آید، یا اینکه وقتی به خارج از شهر سفر می‌کنیم می‌تواند به صورت مستقل با موتورهای احتراق داخلی کار کند. روش دیگر و مفیدتر این است که موتور هیبریدی الکتریکی می‌تواند از موتور احتراق داخلی و باتری به صورت ترکیبی استفاده کند، و به صورت متناوب بازده خودروهای احتراق داخلی را بهینه کند. برای مثال یکی از روش‌ها در زمان پیک این است که 50 درصد توان مورد نیاز از موتور احتراق داخلی کسب شود و بقیه از موتور الکتریکی و باتری تامین گردد. شارژ باتری در زمانی که باتری مورد نیاز نیست از طریق ژنراتور انجام می‌شود.
در چیدمان خودروهای هیبریدی سری نیازی به جعبه دنده و سیستم انتقال قدرت نیست و همچنین دیفرانسیل می‌تواند با استفاده از دو موتور که روی چرخ‌های مقابل هستند حذف شود. همچنین در هر دو چیدمان‌های سری و موازی، سیستم استارت خودرو که در خودروهای متداول وجود دارد می‌تواند حذف شود.
برداشت مطلب با ذکر منبع مجاز است.