هیبرید ملایم (Mild Hybrid – MHEV)، که با نام‌هایی مانند هیبرید خفیف یا مایلد هیبرید نیز شناخته می‌شود، نوعی از فناوری خودروهای برقی‌سازی شده است که در مقایسه با هیبریدهای معمولی (HEVs) و هیبریدهای پلاگین (PHEVs)، سطح الکتریکی‌سازی پایین‌تری دارد. این سیستم از یک موتور/ژنراتور الکتریکی کوچک (که اغلب با استارتر و دینام ادغام شده است) برای کمک به موتور احتراق داخلی (ICE) و بهبود راندمان در شرایط خاص استفاده می‌کند. MHEVs نمی‌توانند تنها با نیروی الکتریکی و برای مسافت‌های قابل توجهی حرکت کنند، اما نقش رو به رشدی در کمک به تولیدکنندگان برای کاهش مصرف سوخت و آلایندگی و رعایت استانداردها در سطح جهانی ایفا می‌کنند.
مفهوم، تعریف و تفاوت هیبرید ملایم با هیبرید معمولی (HEV)
مفهوم هیبرید ملایم (MHEV) در افزودن یک لایه کوچک از کمک الکتریکی به یک پیشرانه احتراق داخلی است، بدون اینکه کل سیستم پیشرانه به طور کامل برای رانندگی تمام الکتریکی بازطراحی شود. تعریف هیبرید ملایم به خودرویی اطلاق می‌شود که دارای یک موتور احتراق داخلی (ICE) و یک موتور/ژنراتور الکتریکی کوچک (معمولاً با ولتاژ پایین‌تر نسبت به هیبریدهای کامل، مانند سیستم‌های ۴۸ ولتی) و یک بسته باتری کوچک است که نمی‌تواند به تنهایی چرخ‌ها را برای به حرکت درآوردن خودرو هدایت کند.
تفاوت آن با هیبرید معمولی (HEV) اصلی‌ترین وجه تمایز MHEV است. در هیبریدهای معمولی (HEVs)، موتور/ژنراتور الکتریکی بزرگتر است، بسته باتری ظرفیت بیشتری دارد و سیستم کنترل توان پیچیده‌تر است؛ HEVs می‌توانند در سرعت‌های پایین و برای مسافت‌های بسیار کوتاه تنها با نیروی الکتریکی حرکت کنند و قابلیت ترمز احیاکننده قوی‌تری دارند. MHEVs این قابلیت‌ها را ندارند و موتور الکتریکی آن‌ها عمدتاً برای کمک به ICE طراحی شده است.
نحوه عملکرد خودروهای هیبرید ملایم: موتور/ژنراتور، باتری کوچک و کمک به موتور احتراق داخلی
نحوه عملکرد خودروهای هیبرید ملایم (MHEV) بر پایه همکاری موتور/ژنراتور الکتریکی با موتور احتراق داخلی (ICE) استوار است. اجزای کلیدی شامل:
- موتور احتراق داخلی (ICE): منبع اصلی تولید توان برای حرکت خودرو.
- موتور/ژنراتور الکتریکی (Motor/Generator – MG): معمولاً یک دستگاه واحد که هم به عنوان موتور الکتریکی (برای کمک به ICE یا راه‌اندازی مجدد موتور) و هم به عنوان ژنراتور (برای بازیابی انرژی در حین ترمزگیری) عمل می‌کند. این واحد اغلب به جای استارتر و دینام سنتی نصب می‌شود و به میل لنگ موتور متصل است (مانند ISG – Integrated Starter Generator) یا از طریق تسمه به موتور متصل است (مانند BSG – Belt Starter Generator).
- بسته باتری کوچک: یک بسته باتری لیتیوم-یون با ولتاژ پایین (مانند ۱۲ ولت پیشرفته یا ۴۸ ولت). ظرفیت این باتری‌ها بسیار کمتر از باتری هیبریدهای معمولی یا تمام برقی است و برای ذخیره انرژی بازیابی شده و تأمین انرژی موتور/ژنراتور در زمان نیاز استفاده می‌شود.
- مبدل توان (Power Converter): برای مدیریت جریان انرژی بین باتری، موتور/ژنراتور و شبکه برق خودرو.
نحوه عملکرد بدین صورت است که موتور/ژنراتور الکتریکی:
- در حین شتاب‌گیری: به موتور ICE کمک می‌کند و گشتاور اضافی فراهم می‌آورد (“Torque Assist”). این امر می‌تواند شتاب‌گیری را روان‌تر و پاسخگوتر کند و بار را از روی موتور ICE بردارد.
- در حین کاهش سرعت: انرژی جنبشی را از طریق ترمز احیاکننده جذب کرده و در باتری کوچک ذخیره می‌کند.
- در سیستم استارت-استاپ پیشرفته: موتور ICE را پس از توقف خودرو خاموش کرده و سپس به سرعت و نرمی آن را دوباره روشن می‌کند.
- شارژ باتری ۱۲ ولت: در سیستم‌های ۴۸ ولتی، مبدل DC-DC برای شارژ باتری ۱۲ ولت سنتی خودرو از باتری ۴۸ ولت استفاده می‌شود.
کمک به موتور احتراق داخلی هدف اصلی موتور/ژنراتور در سیستم MHEV است.
مزایای اصلی خودروهای هیبرید ملایم (راندمان، هزینه کم، راه‌اندازی نرم موتور) و محدودیت‌های آن‌ها
خودروهای هیبرید ملایم (MHEV) دارای مزایای اصلی خاصی هستند که آن‌ها را به گزینه‌ای جذاب (به‌خصوص برای تولیدکنندگان) تبدیل کرده است:
- راندمان سوخت اندک بهبود یافته: با کمک به موتور ICE در حین شتاب‌گیری و استفاده از سیستم استارت-استاپ پیشرفته و ترمز احیاکننده محدود، MHEVs می‌توانند مصرف سوخت را به میزان اندکی نسبت به خودروهای صرفاً با موتور احتراق داخلی مشابه کاهش دهند. این بهبود معمولاً چند درصد است.
- هزینه و پیچیدگی کمتر: در مقایسه با هیبریدهای معمولی یا پلاگین، سیستم MHEV هزینه تولید و پیچیدگی فنی کمتری دارد.
- راه‌اندازی نرم موتور: سیستم استارت-استاپ با استفاده از موتور/ژنراتور بسیار نرم‌تر و سریع‌تر از استارتر سنتی عمل می‌کند.
- گشتاور اضافی در لحظه: کمک موتور الکتریکی در حین شتاب‌گیری می‌تواند حس پاسخگویی خودرو را بهبود بخشد.
- کمک به رعایت استانداردها: این بهبود اندک در راندمان و آلایندگی می‌تواند به تولیدکنندگان در رعایت استانداردهای سخت‌گیرانه‌تر انتشار CO2 در سطح جهانی کمک کند.
با این حال، MHEVs دارای محدودیت‌هایی نیز هستند:
- عدم رانندگی تمام الکتریکی: MHEVs نمی‌توانند تنها با نیروی الکتریکی چرخ‌ها را به حرکت درآورند یا در حالت تمام الکتریکی حرکت کنند.
- راندمان سوخت کمتر: بهبود راندمان سوخت آن‌ها به مراتب کمتر از هیبریدهای معمولی یا پلاگین است.
- قابلیت احیاکننده محدود: توانایی آن‌ها در بازیابی انرژی در حین ترمزگیری محدود است.
تفاوت خودروهای هیبرید ملایم با هیبرید معمولی (HEV) و هیبرید پلاگین (PHEV) و تمام برقی (BEV)
خودروهای هیبرید ملایم (MHEV) از نظر سطح الکتریکی‌سازی با سایر خودروهای برقی‌سازی شده تفاوت دارند:
- در مقایسه با هیبرید معمولی (HEV): MHEVs سطح الکتریکی‌سازی پایین‌تری دارند (موتور الکتریکی و باتری کوچکتر). HEVs می‌توانند در سرعت پایین تمام الکتریکی حرکت کنند، MHEVs نمی‌توانند. HEVs ترمز احیاکننده قوی‌تری دارند.
- در مقایسه با هیبرید پلاگین (PHEV): PHEVs باتری بزرگتری دارند، می‌توانند از برق شبکه شارژ شوند و برد تمام الکتریکی قابل توجهی دارند. MHEVs این قابلیت‌ها را ندارند.
- در مقایسه با تمام برقی (BEV): BEVs کاملاً با برق کار می‌کنند، فاقد موتور بنزینی هستند و از باتری بسیار بزرگتری استفاده می‌کنند و از برق شبکه شارژ می‌شوند.
MHEVs در پایین‌ترین سطح هرم الکتریکی‌سازی قرار دارند.
نقش هیبرید ملایم در بازار خودروی جهانی و آینده حمل و نقل الکتریکی
هیبرید ملایم (MHEV) نقشی فزاینده در بازار خودروی جهانی ایفا می‌کند، به‌ویژه در مناطقی با استانداردهای سخت‌گیرانه انتشار آلایندگی (مانند اروپا). آن‌ها به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا با هزینه و پیچیدگی نسبتاً کم، راندمان مصرف سوخت و آلایندگی را به میزان اندکی بهبود بخشیده و به رعایت استانداردها کمک کنند.
آینده حمل و نقل الکتریکی به طور کلی به سمت خودروهای تمام برقی پیش می‌رود. با این حال، MHEVs به دلیل هزینه کمتر نسبت به هیبریدهای کامل و تمام برقی، می‌توانند به عنوان یک فناوری گذار برای کاهش مصرف سوخت و آلایندگی در خودروهایی که هنوز موتور احتراق داخلی دارند، عمل کنند. آن‌ها به آشنایی بیشتر مصرف‌کنندگان با برخی جنبه‌های الکتریکی‌سازی (مانند سیستم استارت-استاپ پیشرفته و ترمز احیاکننده) کمک می‌کنند، هرچند تجربه رانندگی تمام الکتریکی را فراهم نمی‌کنند.
نتیجه‌گیری
هیبرید ملایم (Mild Hybrid – MHEV) نوعی از خودروهای هیبریدی است که با افزودن یک موتور/ژنراتور الکتریکی کوچک و باتری، به موتور احتراق داخلی کمک می‌کند. مفهوم، تعریف و تفاوت آن با هیبرید معمولی (HEV) در سطح پایین‌تر الکتریکی‌سازی و عدم توانایی رانندگی تمام الکتریکی است. نحوه عملکرد خودروهای هیبرید ملایم بر پایه کمک به موتور احتراق داخلی در شتاب‌گیری و استفاده از سیستم استارت-استاپ پیشرفته است. مزایای اصلی خودروهای هیبرید ملایم (راندمان، هزینه کم، راه‌اندازی نرم موتور) و محدودیت‌های آن‌ها (عدم رانندگی تمام الکتریکی، راندمان اندک بهتر) آن‌ها را به گزینه‌ای برای بهبودهای کوچک تبدیل کرده است. تفاوت خودروهای هیبرید ملایم با هیبرید معمولی (HEV) و هیبرید پلاگین (PHEV) و تمام برقی (BEV) در سطح الکتریکی‌سازی و قابلیت‌هاست. نقش هیبرید ملایم در بازار خودروی جهانی به عنوان یک فناوری گذار برای بهبود راندمان خودروهای با موتور احتراق داخلی است.
