ما أبرز أنظمة الدفع الهجين بالسيارات وكيف تعمل؟.. نظرة عن قرب

يتزايد الاتجاه نحو الموديلات الهجين حاليا لما تمتاز به هذه السيارات من التوفير في استهلاك الوقود والحد من الانبعاثات الضارة.
وأوضح أندرياس ريشتر، من مركز الكفاءة في الحركية الكهربائية التابع لمنظمة الخبراء Dekra، أنه يتم التمييز بشكل أساسي بين السيارات الهجين حسب البنية الأساسية المرتبطة بالنظام الهجين؛ حيث يتعلق الأمر بكيفية الربط بين محرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي والمولد الكهربائي والبطارية وصندوق التروس، وكيفية تشغيل هذه المكونات مع بعضها البعض.
درجة التهجين
وتبعا لذلك فإنه يتم الحديث عن محركات الهجين التسلسلية أو المتوازية أو مقسمة الكفاءة. وعندما يتم تصنيف أنظمة الدفع حسب درجة التهجين، فهناك نظام الهجين المعتدل أو الهجين الكامل أو الهجين Plug-in.
وفي هذا الحالة يقوم المحرك الكهربائي بدعم محرك الاحتراق الداخلي أثناء عملية الدفع ويعمل على تحسين خصائص الأداء، وخاصة أثناء بدء السير وتجاوز المركبات الأخرى، وتتوافر قدرة المحرك الكهربائي في المواقف، التي يتعين على محرك الاحتراق الداخلي إنشاء عزم الدوران.
وأضاف أندرياس ريشتر أن الفكرة الأساسية في جميع أنظمة الدفع الهجين تعتمد على السماح لمحرك الاحتراق الداخلي بالوصول إلى نقطة التشغيل المثالية والأكثر فعالية.
وأوضح ماتياس فوجت، المتخصص في الحركية الكهربائية بالمركز التقني ADAC بمدنية لاندسبيرج: "يمكن التحكم في إمكانيات التوفير بشكل عام". وحسب موقف القيادة يعمل محرك البنزين والمحرك الكهربائي بشكل إضافي لشحن البطارية عند الحاجة. ونظرا لإمكانية عمل المحركين في نفس الوقت، فإن نظام الهجين المعتدل يعتبر من أنظمة الهجين المتوازية.
تقنية 48 فولت
ومن خلال الاعتماد عل تقنية 48 فولت الناشئة يمكن استخدام أربعة أضعاف الطاقة من نفس التيار مقارنة بتقنية 12 فولت التقليدية، ويمكن الاعتماد على الطاقة الكهربائية الخالصة في أنظمة الهجين المعتدلة 48 فولت أثناء السير في حركة المرور أو الخروج من صف السيارة للانتظار أو المناورة، ومع ذلك لا يمكن القيام بمهام القيادة الكاملة.
وأضاف أندرياس ريشتر أن نظام الدفع الهجين يتشابه مع نظام الهجين المعتدل، إلا أن المحرك الكهربائي يكون أقوى والجهد الكهربائي أعلى، كما تتوافر هنا إمكانية القيادة الكهربائية التقليدية أو المشتركة، وفيما يتعلق بالتوفير في استهلاك الوقود فإن فائدة النظام الهجين الكامل تظهر عند السير داخل المدن، ولكن البطارية تكون صغيرة ومدى السير يكون عدة كيلومترات.
ومن أشهر السيارات التي اتبعت هذه الطريقة في التصميم موديل تويوتا Prius عام 1997، وأوضح المركز التقني ADAC أنه تم تصميم هذه السيارة لتحسين الأداء والكفاءة في نفس الوقت من خلال اختيار وضع التشغيل الأمثل تلقائيا، ويعمل كلا المحركين معا ويعملان على ناقل حركة واحد.
واعتمادا على تصميم النظام الدفع فإنه يمكن تسمية سيارة تويوتا Prius وغيرها من موديلات الهجين الكامل مثل هيونداي Ioniq أو كيا Niro باسم نظام الهجين المختلط؛ نظرا لأنها تعمل بشكل تسلسلي حسب حالة القيادة، ويقوم محرك الاحتراق الداخلي بشحن البطارية، لكي تتمكن السيارة من السير بشكل كهربائي خالص، ويمكن تسمية هذا المبدأ أيضا "تقسيم الكفاءة"؛ لأنه يتضمن خصائص نظام الهجين التسلسلي والمتوازي.
موسع مدى السير
وتشتمل السيارات الهجين التسلسلية، التي لا يعمل فيها المحركان بشكل متوازي ولكن يتم العمل بشكل تسلسلي، على ما يعرف باسم "موسع مدى السير" (Range Extender). وأضاف ماتياس فوجت قائلا: "عادة ما يكون الدفع المباشر عن طريق المحرك الكهربائي فقط". ويعمل محرك الاحتراق الداخلي، الذي غالبا ما يكون ثلاثي الأسطوانات وبسعة حجمية صغيرة، في الخلفية كوحدة طاقة كهربائية صغيرة؛ لأن مهمته تتمثل في تشغيل المولد، الذي يقوم بإعادة شحن البطارية بمجرد أن تصبح فارغة الشحنة، ولا يتطلب الأمر توصيل السيارة بالمقبس الكهربائي على الفور.
وفي جميع الحالات لا يعمل موسع مدى السير على عمود المرفق، وبالتالي فإنه يتم فصله عن المحرك، وبالتالي فإنه يعمل بطريقة موفرة في استهلاك الوقود وفي النطاق المثالي لعدد اللفات.
وإلى جانب سيارة بي إم دبليو i3 هناك العديد من الموديلات المزودة بموسع مدى السير مثل فيسكر Karma وكذلك أول سيارة أوبل Ampera عام 2012، ويمكن لمحرك الاحتراق الداخلي بسيارة Ampera المشاركة في عملية الدفع مباشرة في بعض مواقف القيادة.
وأضاف أندرياس ريشتر أن الموديلات المزودة بموسع مدى السير لا تتمتع بأكبر قدر من التوفير؛ نظرا لوجود الكثير من الفقدان عند تبادل الطاقة بين الوقود والمولد والبطارية والمحرك الكهربائي، وأكد الخبير الألماني أنه من الأفضل استعمال موسع مدى السير كعلاج للخوف من تقلص مدى السير بالسيارات الهجين.
موديلات Plug-in
وتحمل السيارات الهجين، التي يتم شحنها بطاقة كهربائية من الخارج بموديلات الهجين Plug-in، وتمتاز هذه السيارات بمحركات كهربائية أقوى بوضوح وبطارية عالية الجهد أكبر من الموديلات الهجين بالكامل.
ويمكن لهذه الموديلات السير اعتمادا على الطاقة الكهربائية فقط بصورة أسرع تصل إلى 100 كلم/س، علاوة على أن سعة البطارية الإضافية تسمح بقطع مسافة 30 و60 كلم، كما أن كفاءة استعادة الطاقة أعلى، ويمكن قيادتها داخل المدن دون صدور أية انبعاثات ضارة عنها. وتتناسب هذه الموديلات مع الموظفين؛ حيث يمكن إعادة شحن البطارية في مواقع بدء السير والوجهة المقصودة.
ويمكن الاعتماد على خزان بنزين كبير للتخلص من الخوف المرتبط بمدى سير السيارات الهجين، خاصة عند الانطلاق في رحلات طويلة أثناء العطلات الصيفية أو الإجازات، وللاستفادة من القيادة الكهربائية قدر الإمكان يجب أن يتجنب المرء السير لمسافات طويلة خلال الحياة اليومية، حتى لا تتقلص مزايا التوفير في الاستهلاك وتزداد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع فراغ شحنة البطارية، ويصل إلى مستوى السيارات التقليدية المزودة بمحرك احتراق داخلي تقليدي.