Full Hybrid یا HEV چیست؟ نحوه کار، اجزا، مزایا و معایب خودرو هیبرید کامل

خودروهای هیبریدی با ترکیب موتور احتراقی و سیستم الکتریکی، تلاش می‌کنند بخشی از انرژی تلف‌شده در خودروهای معمولی را دوباره به چرخه مصرف بازگردانند. یکی از مهم‌ترین انواع این خودروها، Full Hybrid یا HEV است؛ سیستمی که در آن موتور الکتریکی برخلاف Mild Hybrid می‌تواند در شرایط مشخص نقش مستقیمی در حرکت خودرو داشته باشد.

در یک خودروی HEV، موتور احتراقی، موتور یا موتورهای الکتریکی، باتری ولتاژ بالا و تجهیزات کنترل و مدیریت انرژی با یکدیگر همکاری می‌کنند. بسته به شرایط رانندگی، خودرو می‌تواند از موتور احتراقی، موتور الکتریکی یا ترکیبی از هر دو برای تأمین نیروی موردنیاز استفاده کند.

این معماری با Mild Hybrid و Plug-in Hybrid یا PHEV تفاوت دارد. در Mild Hybrid سیستم الکتریکی بیشتر نقش کمکی دارد، در حالی که HEV قابلیت استفاده واقعی‌تر از نیروی الکتریکی را دارد و PHEV علاوه بر سیستم هیبریدی، امکان شارژ باتری از منبع برق خارجی را نیز فراهم می‌کند.

در این مقاله بررسی می‌کنیم Full Hybrid یا HEV چیست، چگونه کار می‌کند، چه اجزایی دارد، باتری آن چگونه شارژ می‌شود، چه تفاوتی با Mild Hybrid و PHEV دارد و عیب‌یابی و تعمیر آن به چه مهارت‌هایی نیاز دارد.

Full Hybrid یا HEV چیست؟

Full Hybrid یا HEV (Hybrid Electric Vehicle) نوعی خودروی هیبریدی است که در آن موتور احتراقی و سیستم الکتریکی هر دو می‌توانند در تأمین نیروی موردنیاز خودرو نقش داشته باشند.

تفاوت مهم HEV با Mild Hybrid این است که سیستم الکتریکی در HEV معمولاً توان و ظرفیت بیشتری دارد و خودرو می‌تواند در شرایط مشخص، بدون استفاده مستقیم از موتور احتراقی و با نیروی الکتریکی حرکت کند.

البته میزان و شرایط حرکت تمام‌برقی در خودروهای مختلف یکسان نیست. معماری سیستم، ظرفیت باتری، توان موتور الکتریکی، سرعت خودرو، میزان شارژ باتری و استراتژی کنترل سیستم در این موضوع تأثیر دارند.

به همین دلیل، نمی‌توان برای تمام خودروهای HEV یک محدوده سرعت یا مدت‌زمان ثابت برای حرکت برقی تعیین کرد.

برای درک بهتر جایگاه HEV در خانواده خودروهای هیبریدی، آشنایی با ساختار کلی خودروهای هیبریدی نیز اهمیت دارد.

در ساده‌ترین حالت می‌توان نقش اجزای اصلی HEV را این‌گونه در نظر گرفت:

موتور احتراقی → تأمین بخشی از نیروی حرکت

موتور الکتریکی → تأمین نیروی الکتریکی در شرایط مناسب

باتری ولتاژ بالا → ذخیره انرژی الکتریکی

سیستم مدیریت انرژی → کنترل نحوه استفاده از منابع انرژی

خودرو Full Hybrid چگونه کار می‌کند؟

عملکرد HEV بر اساس شرایط رانندگی به شکل مداوم تغییر می‌کند. سیستم کنترل خودرو اطلاعات مختلفی مانند سرعت، میزان شتاب‌گیری، وضعیت باتری، بار موتور و شرایط رانندگی را بررسی می‌کند و بر اساس آن تصمیم می‌گیرد از کدام منبع انرژی استفاده شود.

در نتیجه، راننده معمولاً بدون نیاز به انتخاب دستی منبع نیرو، می‌تواند با ترکیبی از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی رانندگی کند.

1. حرکت با موتور الکتریکی

در شرایطی که نیاز به توان زیادی وجود ندارد و وضعیت باتری مناسب است، سیستم هیبریدی می‌تواند از موتور الکتریکی برای حرکت خودرو استفاده کند.

در این حالت، انرژی ذخیره‌شده در باتری به موتور الکتریکی منتقل می‌شود و موتور الکتریکی نیروی لازم برای حرکت را ایجاد می‌کند.

مدت و شرایط استفاده از این حالت به طراحی خودرو بستگی دارد.

2. حرکت با موتور احتراقی

وقتی نیاز به توان بیشتری وجود داشته باشد یا شرایط سیستم الکتریکی اجازه استفاده مؤثر از موتور برقی را ندهد، موتور احتراقی وارد مدار می‌شود و بخش اصلی نیروی موردنیاز را تأمین می‌کند.

در این شرایط نیز سیستم الکتریکی ممکن است همچنان در کنار موتور احتراقی فعالیت داشته باشد.

3. حرکت ترکیبی

یکی از حالت‌های مهم HEV زمانی است که موتور احتراقی و موتور الکتریکی به‌صورت هم‌زمان در تأمین نیروی خودرو مشارکت می‌کنند.

برای مثال، هنگام شتاب‌گیری شدید ممکن است نیاز به توان بیشتری وجود داشته باشد. سیستم کنترل می‌تواند از موتور الکتریکی برای کمک به موتور احتراقی استفاده کند.

این همکاری به سیستم اجازه می‌دهد در شرایط مختلف از ظرفیت هر دو منبع نیرو استفاده کند.

4. بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت

یکی از ویژگی‌های مهم خودروهای HEV، بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت و ترمزگیری است.

هنگام کاهش سرعت، موتور الکتریکی می‌تواند در نقش ژنراتور عمل کند. بخشی از انرژی حرکتی خودرو به انرژی الکتریکی تبدیل شده و برای ذخیره در باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در نتیجه، بخشی از انرژی‌ای که در خودروهای معمولی عمدتاً در سیستم ترمز به گرما تبدیل می‌شود، می‌تواند دوباره وارد چرخه انرژی خودرو شود.

اجزای اصلی سیستم Full Hybrid

سیستم HEV از چند بخش مهم تشکیل شده است که عملکرد آن‌ها به یکدیگر وابسته است. ساختار دقیق این اجزا بین خودروسازان مختلف متفاوت است، اما اصول کلی عملکرد مشابه است.

1. موتور احتراقی

موتور احتراقی همچنان یکی از منابع اصلی تأمین انرژی در خودرو HEV محسوب می‌شود.

این موتور می‌تواند مستقیماً در حرکت خودرو نقش داشته باشد یا در شرایط خاص برای تأمین انرژی موردنیاز سیستم الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.

نحوه ارتباط موتور احتراقی با سیستم هیبریدی به معماری خودرو بستگی دارد.

2. موتور الکتریکی

موتور الکتریکی یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های HEV با خودروهای کاملاً احتراقی است.

این موتور می‌تواند در شرایط مشخص نیروی موردنیاز برای حرکت خودرو را تأمین کند یا در زمان کاهش سرعت به بازیابی انرژی کمک کند.

برخی معماری‌های هیبریدی از یک موتور الکتریکی و برخی از چند موتور الکتریکی استفاده می‌کنند.

3. باتری ولتاژ بالا

باتری هیبریدی وظیفه ذخیره انرژی الکتریکی موردنیاز سیستم را بر عهده دارد.

در زمان بازیابی انرژی، بخشی از انرژی به باتری منتقل می‌شود و در شرایط مناسب می‌تواند دوباره برای تأمین توان موتور الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.

ظرفیت، ولتاژ، ساختار سلول‌ها و نحوه مدیریت باتری در خودروهای مختلف متفاوت است.

برای مدیریت صحیح وضعیت باتری، BMS اطلاعات مختلفی مانند وضعیت شارژ، شرایط سلول‌ها و پارامترهای عملکردی باتری را کنترل می‌کند.

4. اینورتر و تجهیزات الکترونیک قدرت

باتری و موتور الکتریکی مستقیماً مانند یک مدار ساده به یکدیگر متصل نیستند.

در بسیاری از معماری‌های HEV، تجهیزات الکترونیک قدرت و اینورتر وظیفه مدیریت و تبدیل انرژی الکتریکی را بر عهده دارند.

این تجهیزات می‌توانند انرژی الکتریکی موردنیاز موتور را مدیریت کنند و در زمان بازیابی انرژی نیز فرآیند تبدیل و انتقال انرژی را کنترل کنند.

5. سیستم مدیریت انرژی

سیستم مدیریت انرژی یکی از بخش‌های مهم خودرو HEV است.

این سیستم باید مشخص کند در هر شرایط چه مقدار از توان موردنیاز خودرو توسط موتور احتراقی و چه مقدار توسط سیستم الکتریکی تأمین شود.

برای این تصمیم‌گیری، اطلاعات مختلفی از وضعیت خودرو و اجزای سیستم دریافت می‌شود.

6. واحدهای کنترلی

خودروهای هیبریدی از چندین واحد کنترلی و سیستم الکترونیکی برای مدیریت عملکرد بخش‌های مختلف استفاده می‌کنند.

این واحدها اطلاعات سنسورها و اجزای مختلف را دریافت کرده و بر اساس منطق کنترلی تعریف‌شده، عملکرد سیستم را مدیریت می‌کنند.

به همین دلیل، شناخت ECU و نحوه ارتباط واحدهای کنترلی در عیب‌یابی خودروهای هیبریدی اهمیت زیادی دارد.

باتری HEV چگونه شارژ می‌شود؟

یکی از تفاوت‌های مهم HEV با PHEV در روش تأمین انرژی باتری است.

در خودرو Full Hybrid، باتری معمولاً برای شارژشدن به اتصال مستقیم به شبکه برق شهری وابسته نیست.

بخشی از انرژی باتری می‌تواند از طریق بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت تأمین شود. در این حالت موتور الکتریکی نقش ژنراتور را ایفا می‌کند و انرژی حرکتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

همچنین در برخی معماری‌ها موتور احتراقی می‌تواند از طریق سیستم‌های مربوطه در تأمین انرژی الکتریکی نقش داشته باشد.

نحوه دقیق شارژ و مدیریت انرژی در هر خودرو به معماری سیستم و استراتژی کنترل خودروساز بستگی دارد.

آیا Full Hybrid می‌تواند فقط با موتور برقی حرکت کند؟

بله، یکی از ویژگی‌های اصلی بسیاری از خودروهای Full Hybrid این است که می‌توانند در شرایط مشخص با استفاده از موتور الکتریکی حرکت کنند.

اما این موضوع به معنی قابلیت حرکت تمام‌برقی مشابه یک خودروی برقی یا حتی یک PHEV نیست.

ظرفیت باتری HEV معمولاً محدودتر از باتری PHEV است و سیستم بر اساس شرایط رانندگی تصمیم می‌گیرد چه زمانی از نیروی الکتریکی استفاده شود.

سرعت خودرو، میزان شارژ باتری، میزان درخواست توان از سوی راننده و شرایط موتور از جمله عواملی هستند که می‌توانند بر این تصمیم اثر بگذارند.

تفاوت Full Hybrid با Mild Hybrid چیست؟

مهم‌ترین تفاوت این دو سیستم در نقش و توان سیستم الکتریکی است.

در Mild Hybrid، سیستم الکتریکی عمدتاً برای کمک به موتور احتراقی، بازیابی انرژی و بهبود عملکرد Stop/Start استفاده می‌شود و معمولاً برای حرکت مستقل خودرو طراحی نشده است.

در Full Hybrid، سیستم الکتریکی توان و نقش بیشتری در حرکت خودرو دارد و می‌تواند در شرایط مشخص به‌تنهایی خودرو را به حرکت درآورد.

بنابراین نمی‌توان صرفاً با مشاهده وجود باتری و موتور الکتریکی، یک خودرو را Full Hybrid دانست. معماری سیستم و میزان توان قابل استفاده موتور الکتریکی اهمیت زیادی دارد.

تفاوت Full Hybrid و PHEV چیست؟

هر دو سیستم HEV و PHEV از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی استفاده می‌کنند، اما یک تفاوت مهم میان آن‌ها وجود دارد.

در PHEV یا Plug-in Hybrid، باتری معمولاً ظرفیت بیشتری دارد و خودرو امکان اتصال به منبع برق خارجی برای شارژ باتری را دارد.

در مقابل، HEV معمولاً انرژی موردنیاز باتری را از طریق بازیابی انرژی و سازوکارهای داخلی سیستم تأمین می‌کند.

در نتیجه، PHEV در شرایط مناسب می‌تواند مسافت بیشتری را با نیروی الکتریکی طی کند، در حالی که HEV بیشتر برای استفاده ترکیبی از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی طراحی شده است.

مزایای خودروهای Full Hybrid

Full Hybrid به دلیل ترکیب دو منبع انرژی می‌تواند مزایایی نسبت به برخی خودروهای کاملاً احتراقی داشته باشد.

1. امکان استفاده از نیروی الکتریکی

یکی از مهم‌ترین مزایای HEV این است که موتور الکتریکی می‌تواند در شرایط مشخص نقش مستقیم در حرکت خودرو داشته باشد.

2. بازیابی انرژی

بخشی از انرژی حرکتی هنگام کاهش سرعت می‌تواند بازیابی و برای استفاده مجدد در باتری ذخیره شود.

3. کمک موتور الکتریکی به موتور احتراقی

در زمان‌هایی که به توان بیشتری نیاز است، موتور الکتریکی می‌تواند به موتور احتراقی کمک کند.

4. کاهش مصرف سوخت در برخی شرایط

ترکیب موتور احتراقی و سیستم الکتریکی، بازیابی انرژی و مدیریت هوشمند توان می‌تواند در شرایط مناسب باعث بهبود بهره‌وری و کاهش مصرف سوخت شود.

البته میزان کاهش مصرف سوخت به طراحی خودرو، شرایط رانندگی، وزن خودرو، وضعیت سیستم و نحوه استفاده بستگی دارد.

5. بهبود عملکرد در رانندگی شهری

توقف و حرکت‌های مکرر در رانندگی شهری شرایطی هستند که سیستم بازیابی انرژی و عملکرد الکتریکی HEV می‌تواند در آن‌ها مفید باشد.

محدودیت‌ها و معایب Full Hybrid

در کنار مزایا، سیستم HEV دارای محدودیت‌هایی نیز هست.

1. پیچیدگی بیشتر سیستم

وجود موتور الکتریکی، باتری، تجهیزات الکترونیک قدرت و واحدهای کنترلی باعث می‌شود ساختار HEV نسبت به خودروهای کاملاً احتراقی پیچیده‌تر باشد.

2. نیاز به تجهیزات تخصصی برای عیب‌یابی

تشخیص مشکلات سیستم هیبریدی تنها با بررسی ظاهری قطعات امکان‌پذیر نیست و در بسیاری از موارد به دستگاه‌های عیب‌یابی، اطلاعات فنی و تجهیزات مناسب نیاز است.

3. وجود مدارهای ولتاژ بالا

بسیاری از خودروهای Full Hybrid دارای مدارهای ولتاژ بالا هستند. کار روی این مدارها بدون رعایت روش‌های ایمنی می‌تواند خطرناک باشد.

به همین دلیل، تعمیرکار باید ساختار سیستم ولتاژ بالا خودرو را بشناسد و پیش از تعمیر، دستورالعمل‌های ایمنی سازنده را رعایت کند.

4. تفاوت معماری بین خودروها

تمام خودروهای HEV دقیقاً یک ساختار ندارند. نوع موتور الکتریکی، تعداد موتورها، باتری، اینورتر و نحوه انتقال نیرو می‌تواند بین خودروهای مختلف متفاوت باشد.

به همین دلیل، عیب‌یابی باید بر اساس اطلاعات فنی همان خودرو انجام شود.

عیب‌یابی سیستم Full Hybrid چگونه انجام می‌شود؟

عیب‌یابی خودرو HEV باید بر اساس یک مسیر منطقی انجام شود و صرفاً با مشاهده یک علامت یا کد خطا نباید قطعه‌ای را تعویض کرد.

اولین مرحله، بررسی علائم و شرایطی است که خطا در آن رخ داده است.

سپس می‌توان با استفاده از دستگاه دیاگ کدهای خطا و اطلاعات سیستم را بررسی کرد.

اما کد خطا به‌تنهایی همیشه مشخص نمی‌کند که کدام قطعه خراب است. ممکن است یک خطا در نتیجه مشکل سیم‌کشی، اتصال، سنسور، باتری، واحد کنترلی یا بخش دیگری از سیستم ایجاد شده باشد.

در مرحله بعد، بررسی داده‌های زنده و مقایسه آن‌ها با شرایط واقعی خودرو اهمیت پیدا می‌کند.

برای مثال، وضعیت شارژ باتری، دمای اجزا، عملکرد موتور الکتریکی و سایر پارامترهای مرتبط می‌توانند اطلاعات بیشتری درباره منشأ مشکل در اختیار تعمیرکار قرار دهند.

در نهایت باید مدار، اتصالات، اجزای مربوطه و مشخصات فنی خودرو بررسی شوند و پس از تعمیر نیز عملکرد سیستم دوباره آزمایش شود.

آیا تعمیر Full Hybrid به تخصص برق خودرو نیاز دارد؟

بله. تعمیر و عیب‌یابی HEV نیازمند شناخت سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی خودرو است.

تعمیرکار باید بتواند ارتباط میان باتری، موتور الکتریکی، اینورتر، واحدهای کنترلی، سنسورها و سیستم مدیریت انرژی را درک کند.

همچنین کار با مدارهای ولتاژ بالا نیازمند رعایت دقیق اصول ایمنی و استفاده از ابزار مناسب است.

نکات ایمنی در تعمیر خودرو HEV

سیستم‌های هیبریدی را نباید مانند یک سیستم برق معمولی خودرو در نظر گرفت.

پیش از شروع تعمیر باید مشخص شود خودرو از چه معماری و سطح ولتاژی استفاده می‌کند و دستورالعمل سازنده برای قطع و ایمن‌سازی سیستم چیست.

در خودروهای دارای مدار ولتاژ بالا، رعایت فرآیند قطع ایمن، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی، ابزار مناسب و دستورالعمل تعمیراتی ضروری است.

همچنین نباید صرفاً براساس ظاهر خودرو یا نام HEV درباره ساختار الکتریکی آن تصمیم گرفت. مشخصات فنی هر خودرو باید جداگانه بررسی شود.

نتیجه‌گیری

Full Hybrid یا HEV یکی از مهم‌ترین معماری‌های خودروهای هیبریدی است که در آن موتور احتراقی و سیستم الکتریکی می‌توانند در تأمین نیروی موردنیاز خودرو با یکدیگر همکاری کنند.

برخلاف Mild Hybrid، سیستم الکتریکی در HEV می‌تواند در شرایط مشخص به‌تنهایی نیز خودرو را به حرکت درآورد. بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت، ذخیره آن در باتری و استفاده مجدد از این انرژی از ویژگی‌های مهم این معماری محسوب می‌شود.

HEV با PHEV نیز تفاوت دارد؛ به‌ویژه از نظر ظرفیت باتری و امکان شارژ از منبع برق خارجی. همچنین ساختار خودروهای HEV بین خودروسازان مختلف یکسان نیست و برای عیب‌یابی دقیق باید معماری و مشخصات فنی همان خودرو بررسی شود.

با توجه به وجود باتری، موتور الکتریکی، تجهیزات الکترونیک قدرت، واحدهای کنترلی و در بسیاری از خودروها مدارهای ولتاژ بالا، تعمیر این خودروها به دانش و مهارت تخصصی نیاز دارد. یادگیری دوره های آموزش برق خودرو می‌تواند پایه مناسبی برای ورود حرفه‌ای‌تر به سیستم‌های الکتریکی و هیبریدی باشد.

برای دنبال‌کردن آموزش‌ها و مطالب کاربردی مرتبط با برق خودرو و سیستم‌های هیبریدی نیز می‌توان از پیج اینستاگرام کارنو مهارت استفاده کرد.

سوالات متداول

1. Full Hybrid یا HEV چیست؟

Full Hybrid یا HEV خودرویی است که از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی برای تأمین نیروی موردنیاز استفاده می‌کند و در شرایط مشخص می‌تواند با نیروی موتور الکتریکی نیز حرکت کند.

2. تفاوت HEV و Mild Hybrid چیست؟

در Mild Hybrid سیستم الکتریکی بیشتر نقش کمکی دارد، اما در HEV موتور الکتریکی می‌تواند در شرایط مشخص نقش مستقیم‌تری در حرکت خودرو داشته باشد.

3. آیا خودرو HEV می‌تواند فقط با موتور برقی حرکت کند؟

بله، بسیاری از خودروهای HEV می‌توانند در شرایط مشخص با نیروی موتور الکتریکی حرکت کنند. مدت و شرایط این حالت به معماری و مشخصات فنی خودرو بستگی دارد.

4. باتری خودرو HEV چگونه شارژ می‌شود؟

بخشی از انرژی باتری می‌تواند از طریق بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت و ترمزگیری تأمین شود. در برخی معماری‌ها موتور احتراقی نیز می‌تواند در تأمین انرژی الکتریکی نقش داشته باشد.

5. تفاوت HEV و PHEV چیست؟

PHEV معمولاً باتری بزرگ‌تری دارد و امکان شارژ باتری از منبع برق خارجی را فراهم می‌کند، در حالی که HEV معمولاً انرژی باتری را از طریق سیستم داخلی خودرو و بازیابی انرژی تأمین می‌کند.

6. آیا Full Hybrid مصرف سوخت کمتری دارد؟

سیستم HEV می‌تواند در شرایط مناسب با استفاده از موتور الکتریکی، بازیابی انرژی و مدیریت ترکیبی توان، بهره‌وری را افزایش دهد؛ اما میزان کاهش مصرف به طراحی خودرو و شرایط استفاده بستگی دارد.

7. آیا خودرو HEV دارای ولتاژ بالا است؟

بسته به معماری خودرو، سیستم HEV می‌تواند دارای مدارهای ولتاژ بالا باشد. برای تعمیر باید سطح ولتاژ و دستورالعمل ایمنی همان خودرو بررسی شود.

8. آیا تعمیر خودرو HEV به تخصص برق خودرو نیاز دارد؟

بله. عیب‌یابی HEV به شناخت سیستم‌های برق و الکترونیک خودرو، باتری، موتور الکتریکی، تجهیزات قدرت، واحدهای کنترلی و اصول ایمنی نیاز دارد.

9. آیا همه خودروهای Full Hybrid یکسان کار می‌کنند؟

خیر. معماری سیستم، تعداد موتورهای الکتریکی، ظرفیت باتری، نحوه انتقال نیرو و استراتژی مدیریت انرژی می‌تواند بین خودروهای مختلف متفاوت باشد.

10. آیا باتری HEV در هنگام ترمزگیری شارژ می‌شود؟

بله، در فرآیند ترمز احیاکننده یا بازیابی انرژی، بخشی از انرژی حرکتی خودرو می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل و برای ذخیره در باتری استفاده شود.

11. آیا خرابی یک کد خطا به معنی خراب‌بودن قطعه است؟

خیر. کد خطا فقط یکی از اطلاعات مورد استفاده در عیب‌یابی است و ممکن است مشکل اصلی مربوط به سیم‌کشی، اتصالات، سنسورها، واحدهای کنترلی یا بخش دیگری از سیستم باشد.