Plug-in Hybrid یا PHEV چیست؟ نحوه کار، اجزا، شارژ، مزایا و معایب

خودروهای هیبریدی در سال‌های اخیر فقط به یک نوع سیستم محدود نمانده‌اند و معماری‌های مختلفی برای ترکیب موتور احتراقی و سیستم محرکه الکتریکی شکل گرفته است. یکی از مهم‌ترین این معماری‌ها Plug-in Hybrid یا PHEV است.

PHEV برخلاف هیبریدهای معمولی، به باتری بزرگ‌تری مجهز است و امکان شارژ باتری از طریق منبع برق خارجی را دارد. همین ویژگی باعث می‌شود خودرو بتواند در شرایط مشخص، مسافت قابل‌توجهی را با نیروی الکتریکی طی کند و در صورت نیاز از موتور احتراقی نیز استفاده کند.

به همین دلیل، PHEV را می‌توان ترکیبی از قابلیت‌های یک خودروی هیبریدی و بخشی از ویژگی‌های خودروهای تمام‌برقی دانست؛ البته معماری و نحوه عملکرد آن با هر دو گروه تفاوت‌هایی دارد.

Plug-in Hybrid یا PHEV چیست؟

PHEV مخفف Plug-in Hybrid Electric Vehicle است و به خودرو هیبریدی قابل شارژ از طریق منبع برق خارجی گفته می‌شود.

این خودرو معمولاً از سه بخش اصلی برای تأمین انرژی و حرکت استفاده می‌کند:

• موتور احتراقی
• موتور یا موتورهای الکتریکی
• باتری ولتاژ بالا

تفاوت مهم PHEV با بسیاری از خودروهای HEV این است که باتری آن برای دریافت انرژی فقط به سیستم داخلی خودرو وابسته نیست و می‌تواند از طریق اتصال به منبع برق خارجی نیز شارژ شود.

در نتیجه، PHEV می‌تواند در شرایط مشخص ابتدا با انرژی ذخیره‌شده در باتری و موتور الکتریکی حرکت کند و زمانی که شرایط رانندگی یا سطح شارژ باتری نیاز داشته باشد، موتور احتراقی نیز وارد مدار شود.

البته نحوه عملکرد دقیق PHEV بین خودروهای مختلف یکسان نیست. تعداد موتورهای الکتریکی، محل نصب آن‌ها، ظرفیت باتری و استراتژی مدیریت انرژی می‌تواند براساس طراحی خودروساز متفاوت باشد.

PHEV چگونه کار می‌کند؟

برای درک بهتر عملکرد PHEV باید بدانیم خودرو می‌تواند بسته به شرایط رانندگی، وضعیت باتری و استراتژی کنترل، بین منابع مختلف انرژی جابه‌جا شود.

1. حرکت در حالت تمام‌برقی

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های PHEV امکان حرکت با موتور الکتریکی و انرژی ذخیره‌شده در باتری است.

در این حالت، موتور احتراقی می‌تواند خاموش باشد و نیروی موردنیاز برای حرکت از سیستم محرکه الکتریکی تأمین شود.

میزان مسافتی که خودرو می‌تواند در این حالت طی کند به عواملی مانند ظرفیت باتری، معماری سیستم، شرایط رانندگی، سرعت، دما و میزان مصرف انرژی بستگی دارد.

بنابراین نمی‌توان یک عدد ثابت برای برد تمام‌برقی تمام خودروهای PHEV اعلام کرد.

2. استفاده از موتور احتراقی

وقتی شرایط رانندگی یا سطح شارژ باتری اجازه ادامه حرکت تمام‌برقی را ندهد، موتور احتراقی می‌تواند وارد فرآیند تأمین توان شود.

بسته به معماری خودرو، موتور احتراقی ممکن است مستقیماً در انتقال نیرو نقش داشته باشد یا در همکاری با سیستم الکتریکی بخشی از توان موردنیاز را تأمین کند.

3. حرکت ترکیبی

در شرایطی که توان موردنیاز خودرو زیاد باشد، سیستم مدیریت انرژی می‌تواند از موتور احتراقی و موتور الکتریکی به‌صورت هم‌زمان استفاده کند.

این حالت به خودرو اجازه می‌دهد براساس شرایط رانندگی، توان موردنیاز را از ترکیب منابع مختلف انرژی تأمین کند.

4. بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت

در زمان کاهش سرعت یا ترمزگیری، بخشی از انرژی جنبشی خودرو می‌تواند توسط سیستم بازیابی انرژی دریافت شود.

در این فرآیند، موتور الکتریکی می‌تواند مانند یک ژنراتور عمل کند و بخشی از انرژی حرکتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

این انرژی می‌تواند برای شارژ باتری ولتاژ بالا مورد استفاده قرار گیرد.

اجزای اصلی سیستم PHEV

سیستم Plug-in Hybrid مجموعه‌ای از قطعات مکانیکی، الکتریکی و الکترونیکی است که باید با یکدیگر هماهنگ باشند.

1. موتور احتراقی

موتور احتراقی یکی از منابع اصلی تأمین توان در PHEV است.

زمانی که توان الکتریکی به‌تنهایی کافی نباشد یا شرایط سیستم به استفاده از موتور احتراقی نیاز داشته باشد، این موتور وارد فرآیند تأمین انرژی و حرکت خودرو می‌شود.

2. موتور الکتریکی

موتور الکتریکی وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی باتری به نیروی مکانیکی را بر عهده دارد.

در برخی خودروها ممکن است بیش از یک موتور الکتریکی وجود داشته باشد و معماری انتقال قدرت نیز براساس طراحی خودرو متفاوت باشد.

3. باتری ولتاژ بالا

باتری ولتاژ بالا یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های PHEV با بسیاری از هیبریدهای معمولی است.

این باتری انرژی الکتریکی موردنیاز سیستم محرکه را ذخیره می‌کند و به دلیل ظرفیت بیشتر نسبت به بسیاری از سیستم‌های هیبرید معمولی، امکان رانندگی الکتریکی بیشتری را فراهم می‌کند.

باتری از مجموعه‌ای از سلول‌ها و ماژول‌ها تشکیل شده و وضعیت آن باید توسط سیستم‌های کنترلی مربوطه مدیریت شود.

4. سیستم مدیریت باتری

باتری ولتاژ بالا بدون یک سیستم مدیریت مناسب نمی‌تواند به‌صورت ایمن و کنترل‌شده کار کند.

BMS پارامترهای مختلف باتری را پایش و مدیریت می‌کند و در هماهنگی با سایر بخش‌های سیستم، شرایط عملکرد باتری را کنترل می‌کند.

5. اینورتر و تجهیزات الکترونیک قدرت

سیستم الکتریکی PHEV به تجهیزات الکترونیک قدرت نیاز دارد تا انرژی الکتریکی را بین باتری، موتور الکتریکی و سایر بخش‌های سیستم مدیریت کند.

اینورتر یکی از اجزای مهم این بخش است و در فرآیند تبدیل و مدیریت انرژی الکتریکی نقش دارد.

6. شارژر داخلی خودرو

یکی از قطعات مهم PHEV که در خودروهای هیبریدی معمولی نقش مشابهی ندارد، شارژر داخلی خودرو یا On-Board Charger است.

این بخش انرژی دریافتی از منبع برق AC را برای شارژ باتری ولتاژ بالا مدیریت و به شکل مناسب به سیستم باتری منتقل می‌کند.

وجود شارژر داخلی یکی از بخش‌های مهم معماری شارژ PHEV محسوب می‌شود.

7. پورت شارژ

PHEV برای دریافت انرژی از منبع برق خارجی به یک مسیر و رابط شارژ نیاز دارد.

پورت شارژ، نقطه اتصال خودرو به تجهیزات شارژ خارجی است و نوع آن و نحوه ارتباط با سیستم شارژ براساس طراحی خودرو و استاندارد مورد استفاده متفاوت است.

8. واحدهای کنترلی

عملکرد PHEV به هماهنگی میان چندین واحد کنترلی وابسته است.

این واحدها اطلاعات مختلفی را از سنسورها و اجزای سیستم دریافت می‌کنند و براساس شرایط خودرو، نحوه استفاده از موتور احتراقی، موتور الکتریکی، باتری و سیستم شارژ را مدیریت می‌کنند.

باتری PHEV چگونه شارژ می‌شود؟

یکی از ویژگی‌های اصلی PHEV این است که باتری می‌تواند از طریق منبع برق خارجی شارژ شود.

در ساده‌ترین حالت، خودرو به تجهیزات شارژ متصل می‌شود و انرژی الکتریکی از طریق پورت شارژ وارد سیستم می‌شود.

سپس شارژر داخلی و سیستم مدیریت باتری فرآیند شارژ را براساس شرایط باتری و معماری خودرو مدیریت می‌کنند.

اما شارژ باتری PHEV فقط به برق خارجی محدود نیست.

در زمان کاهش سرعت و ترمزگیری نیز می‌توان بخشی از انرژی جنبشی خودرو را بازیابی کرد و به انرژی الکتریکی تبدیل کرد.

در برخی شرایط نیز موتور احتراقی و سیستم مدیریت انرژی می‌توانند در تأمین انرژی باتری نقش داشته باشند.

بنابراین نحوه شارژ واقعی باتری به معماری و استراتژی کنترل همان خودرو بستگی دارد.

آیا PHEV بدون شارژ خارجی هم کار می‌کند؟

بله، PHEV در صورت عدم اتصال به برق خارجی می‌تواند به کار خود ادامه دهد.

وقتی باتری در سطح شارژ پایین‌تری قرار داشته باشد، خودرو می‌تواند براساس استراتژی مدیریت انرژی خود از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی استفاده کند.

بنابراین PHEV مانند یک خودروی تمام‌برقی نیست که برای ادامه حرکت به شارژ خارجی وابسته باشد.

بااین‌حال، اگر باتری PHEV به‌صورت منظم شارژ نشود، یکی از مهم‌ترین مزیت‌های آن یعنی استفاده گسترده‌تر از رانندگی الکتریکی ممکن است کمتر مورد استفاده قرار گیرد.

برد تمام‌برقی PHEV چقدر است؟

برد تمام‌برقی PHEV عدد ثابتی برای همه خودروها نیست.

ظرفیت باتری، وزن خودرو، طراحی موتور الکتریکی، شرایط آب‌وهوایی، سرعت، سبک رانندگی و استراتژی مدیریت انرژی می‌توانند روی میزان برد الکتریکی تأثیر بگذارند.

به همین دلیل هنگام بررسی یک PHEV مشخص، باید اطلاعات همان مدل و مشخصات رسمی سازنده بررسی شود.

استفاده از یک عدد عمومی برای تمام خودروهای PHEV می‌تواند تصویر دقیقی از عملکرد واقعی آن‌ها ارائه نکند.

تفاوت PHEV و HEV چیست؟

مهم‌ترین تفاوت PHEV و HEV در نحوه تأمین انرژی باتری و میزان وابستگی سیستم به شارژ خارجی است.

در PHEV، باتری بزرگ‌تر معمولاً امکان ذخیره انرژی بیشتری را فراهم می‌کند و خودرو می‌تواند از طریق منبع برق خارجی نیز شارژ شود.

در HEV معمولی، باتری عمدتاً از طریق سیستم داخلی خودرو، مانند بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت و سایر روش‌های مدیریت انرژی، شارژ می‌شود.

بنابراین PHEV معمولاً برای استفاده بیشتر از حالت رانندگی الکتریکی طراحی شده است، در حالی که HEV برای مدیریت ترکیبی موتور احتراقی و سیستم الکتریکی بدون نیاز معمول به شارژ خارجی عمل می‌کند.

تفاوت PHEV و خودروی تمام‌برقی چیست؟

PHEV و خودروی تمام‌برقی هر دو از موتور الکتریکی و باتری برای حرکت استفاده می‌کنند، اما یک تفاوت اساسی دارند.

خودروی تمام‌برقی یا BEV فاقد موتور احتراقی برای تأمین نیروی محرکه است و سیستم حرکت آن به انرژی الکتریکی وابسته است.

در مقابل، PHEV علاوه بر سیستم الکتریکی، یک موتور احتراقی نیز دارد.

در نتیجه PHEV می‌تواند بین منابع مختلف انرژی جابه‌جا شود، در حالی که خودروی تمام‌برقی از معماری کاملاً الکتریکی استفاده می‌کند.

مزایای PHEV چیست؟

PHEV با ترکیب سیستم الکتریکی و موتور احتراقی، قابلیت‌هایی را در اختیار راننده قرار می‌دهد که در بعضی شرایط می‌تواند کاربردی باشد.

1. امکان رانندگی الکتریکی

باتری بزرگ‌تر PHEV امکان استفاده بیشتر از موتور الکتریکی را نسبت به بسیاری از هیبریدهای معمولی فراهم می‌کند.

2. امکان شارژ از برق خارجی

یکی از مهم‌ترین مزایای PHEV این است که می‌توان باتری آن را از طریق تجهیزات شارژ خارجی شارژ کرد.

3. استفاده از موتور احتراقی در مسیرهای طولانی

در صورت کاهش سطح شارژ باتری یا نیاز به توان بیشتر، موتور احتراقی می‌تواند وارد فرآیند تأمین توان شود.

4. بازیابی انرژی

سیستم بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت می‌تواند بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

5. انعطاف‌پذیری در تأمین انرژی

وجود دو منبع اصلی انرژی، یعنی سوخت و برق، باعث می‌شود PHEV در شرایط مختلف بتواند از استراتژی‌های متفاوت برای تأمین توان استفاده کند.

معایب و محدودیت‌های PHEV چیست؟

در کنار مزایا، PHEV دارای محدودیت‌هایی نیز هست که هنگام بررسی این فناوری باید در نظر گرفته شوند.

1. پیچیدگی بیشتر سیستم

PHEV هم‌زمان دارای موتور احتراقی، سیستم محرکه الکتریکی، باتری ولتاژ بالا و تجهیزات شارژ است.

در نتیجه معماری آن نسبت به یک خودروی معمولی پیچیده‌تر است.

2. وزن بیشتر

وجود باتری و تجهیزات الکتریکی اضافی می‌تواند وزن خودرو را افزایش دهد.

میزان این افزایش به طراحی و معماری خودرو بستگی دارد.

3. نیاز به تجهیزات تخصصی

عیب‌یابی بخش‌های الکتریکی و الکترونیکی PHEV به تجهیزات و دانش تخصصی نیاز دارد.

4. وجود سیستم ولتاژ بالا

بخش باتری، اینورتر، موتور الکتریکی و کابل‌های مرتبط می‌توانند در محدوده ولتاژ بالای سیستم فعالیت کنند.

بنابراین تعمیر این بخش‌ها بدون رعایت روش‌های ایمنی مناسب می‌تواند خطرناک باشد.

5. تفاوت معماری بین خودروها

نحوه اتصال موتور احتراقی، موتور الکتریکی، باتری و تجهیزات شارژ در همه PHEVها یکسان نیست.

به همین دلیل تعمیرکار نمی‌تواند صرفاً براساس تجربه یک مدل، ساختار مدل دیگری را فرض کند.

عیب‌یابی سیستم PHEV چگونه انجام می‌شود؟

عیب‌یابی PHEV باید براساس یک فرآیند منطقی انجام شود و وجود یک کد خطا به‌تنهایی نباید به معنی خرابی یک قطعه در نظر گرفته شود.

1. بررسی علائم و کدهای خطا

ابتدا علائم خودرو و خطاهای ثبت‌شده در واحدهای کنترلی بررسی می‌شوند.

کد خطا یک سرنخ برای پیدا کردن مسیر عیب‌یابی است و برای تشخیص قطعی باید شرایط ثبت آن نیز بررسی شود.

2. بررسی داده‌های سیستم

در مرحله بعد، پارامترهای مرتبط با سیستم بررسی می‌شوند تا مشخص شود وضعیت باتری، موتور، سیستم شارژ و سایر اجزا با شرایط واقعی خودرو سازگار است یا خیر.

3. بررسی مدار و اتصالات

اگر داده‌ها یا کد خطا به یک بخش مشخص اشاره کنند، سیم‌کشی، سوکت‌ها، اتصالات و مدار مربوط به آن بخش باید بررسی شوند.

4. تست قطعات

در صورت نیاز، قطعه موردنظر براساس مشخصات فنی همان خودرو آزمایش می‌شود.

مقدار ولتاژ، مقاومت یا سایر پارامترهای تست نباید بدون توجه به اطلاعات فنی سازنده به تمام خودروهای PHEV تعمیم داده شود.

5. تأیید نتیجه تعمیر

پس از انجام تعمیر، سیستم باید دوباره بررسی شود تا مشخص شود مشکل برطرف شده و عملکرد خودرو به شرایط مورد انتظار بازگشته است.

این مرحله از تعویض قطعات بدون اطمینان از رفع عیب جلوگیری می‌کند.

آیا تعمیر PHEV به تخصص برق خودرو نیاز دارد؟

تعمیر PHEV فقط به شناخت موتور احتراقی محدود نمی‌شود.

تعمیرکار باید با سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی خودرو، باتری ولتاژ بالا، موتور الکتریکی، اینورتر، سیستم شارژ، واحدهای کنترلی و روش‌های عیب‌یابی آشنا باشد.

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

به همین دلیل، یادگیری اصول دوره های آموزش برق خودرو می‌تواند پایه مهمی برای ورود به حوزه عیب‌یابی و تعمیر سیستم‌های هیبریدی و PHEV باشد.

نکات ایمنی هنگام کار با PHEV

وجود باتری و مدارهای ولتاژ بالا باعث می‌شود تعمیر PHEV با خودروهای معمولی تفاوت داشته باشد.

پیش از کار روی بخش‌های ولتاژ بالا باید روش ایمن‌سازی خودرو و قطع مدار طبق دستورالعمل همان سازنده انجام شود.

استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مناسب و ابزارهای مخصوص سیستم‌های ولتاژ بالا اهمیت زیادی دارد.

همچنین نباید براساس رنگ کابل یا ظاهر یک قطعه، وضعیت ایمنی آن را تشخیص داد. روش ایمن‌سازی و نقاط قطع انرژی باید براساس اطلاعات فنی همان خودرو مشخص شود.

نتیجه‌گیری

Plug-in Hybrid یا PHEV خودرویی است که موتور احتراقی و سیستم محرکه الکتریکی را با یک باتری قابل شارژ از منبع برق خارجی ترکیب می‌کند.

مهم‌ترین ویژگی PHEV نسبت به HEV معمولی، امکان شارژ باتری از طریق برق خارجی و استفاده بیشتر از حالت رانندگی الکتریکی است.

در کنار موتور احتراقی و موتور الکتریکی، اجزایی مانند باتری ولتاژ بالا، BMS، اینورتر، شارژر داخلی و پورت شارژ نیز در عملکرد سیستم نقش دارند.

با توجه به پیچیدگی این معماری، عیب‌یابی PHEV باید براساس کدهای خطا، داده‌های سیستم، بررسی مدار و تست قطعات انجام شود و وجود یک خطا نباید به‌تنهایی به معنی خرابی قطعه در نظر گرفته شود.

اگر هدف ورود حرفه‌ای به حوزه خودروهای هیبریدی و PHEV است، آشنایی با سیستم‌های برق و الکترونیک خودرو و رعایت اصول ایمنی ولتاژ بالا از مهارت‌های مهم این حوزه محسوب می‌شود.

برای دنبال‌کردن محتوای تخصصی کارنو مهارت نیز می‌توانید پیج اینستاگرام کارنو مهارت را دنبال کنید.

سوالات متداول

1. PHEV چیست؟

PHEV یا Plug-in Hybrid Electric Vehicle خودرویی هیبریدی است که علاوه بر موتور احتراقی و سیستم محرکه الکتریکی، قابلیت شارژ باتری از طریق منبع برق خارجی را دارد.

2. تفاوت PHEV و HEV چیست؟

مهم‌ترین تفاوت این دو در قابلیت شارژ خارجی و ظرفیت باتری است. PHEV معمولاً باتری بزرگ‌تری دارد و می‌تواند از طریق منبع برق خارجی نیز شارژ شود.

3. آیا PHEV بدون شارژ خارجی کار می‌کند؟

بله. PHEV می‌تواند بدون اتصال به برق خارجی نیز با استفاده از موتور احتراقی و سیستم الکتریکی به کار خود ادامه دهد.

4. آیا PHEV می‌تواند فقط با موتور برقی حرکت کند؟

بله، بسیاری از PHEVها در شرایط مشخص امکان حرکت با موتور الکتریکی را دارند. میزان و شرایط استفاده از حالت تمام‌برقی به طراحی خودرو بستگی دارد.

5. باتری PHEV چگونه شارژ می‌شود؟

باتری PHEV می‌تواند از طریق اتصال به منبع برق خارجی شارژ شود. همچنین بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت و در برخی شرایط سیستم مدیریت انرژی خودرو نیز می‌تواند در تأمین انرژی باتری نقش داشته باشد.

6. تفاوت PHEV و خودرو برقی چیست؟

PHEV علاوه بر موتور الکتریکی دارای موتور احتراقی است، اما خودروی تمام‌برقی برای حرکت از سیستم محرکه الکتریکی استفاده می‌کند و موتور احتراقی ندارد.

7. آیا PHEV دارای سیستم ولتاژ بالا است؟

بله، PHEV معمولاً دارای باتری و مدارهای ولتاژ بالا برای سیستم محرکه الکتریکی است.

8. مهم‌ترین اجزای PHEV کدام‌اند؟

موتور احتراقی، موتور الکتریکی، باتری ولتاژ بالا، BMS، اینورتر، شارژر داخلی، پورت شارژ و واحدهای کنترلی از اجزای مهم PHEV هستند.

9. آیا تعمیر PHEV به تخصص برق خودرو نیاز دارد؟

بله. عیب‌یابی PHEV به دانش برق و الکترونیک خودرو، سیستم ولتاژ بالا، باتری، موتور الکتریکی، اینورتر و سیستم شارژ نیاز دارد.

10. آیا همه خودروهای PHEV یکسان هستند؟

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