فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل 1- مقدمه 7
1-1- خودروهای هیبریدی (Hybrid Vehicles) 7
1-2- تاریخچه خودروی هیبریدی 7
1-3- اجزاء خودروهای هیبریدی 9
1-4- کنترل کننده ها / موتورهای هیبریدی 10
1-5- باتری خودرو هیبریدی 11
1-6- فراخازن های خودروهای هیبریدی 11
1-7- پیل های سوختی خودروهای هیبریدی 12
1-8- انتشارات پایین و راندمان بالا 12
1-9- مقایسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هایبرید 13
1-10- منبع 14
فصل 2- مدیریت انرژی در خودروهای هیبریدی الکتریکی 16
2-1- مقدمه 16
2-2- انواع خودروهای هیبریدی الکتریکی ( HEV ) 18
2-3- ساختار یک خودروی هیبریدی الکتریکی 20
2-4- مدیریت انرژی در خودروی هیبریدی الکتریکی 22
2-5- شبیه سازی 27
2-6- جمعبندی 33
2-7- منابع 33
فصل 3- چرا خودروی هیبرید الکتریکی 37
3-1- مقدمه 37
3-2- ساختارهای مختلف خودروی هیبرید 39
3-3- کنترل جریان قدرت در خودروهای هیبریدی 42
3-4- استراتژی کنترل در خودروهای هیبرید سری : 46
3-5- استراتژی کنترل در خودروهای هیبرید موازی : 47
3-6- استراتژی کنترل در خودروهای هیبرید موازی- سری : 48
3-7- توجیه اقتصادی ساخت خودروهای هیبریدی : 53
note: mileage figures in are city/highway mpg 54
best overall - Toyota Prius Hybrid 60/51 55
minicompact - Mini-Cooper 32/40 55
subcompact - Toyota Yaris 34/40 55
compact - Honda Civic Hybrid 49/51 55
midsize - Toyota Prius Hybrid 60/51 55
large cars - Hyundai Sonata 24/34 55
small wagon - Honda Fit 31/38 55
midsize wagon - Ford Focus 27/34 55
pick-up - Ford Ranger 2wd/Mazda B2300 2wd 24/29 55
suv - Ford Escape Hybrid 4wd 36/31 55
minivan - Dodge Caravan 2wd 20/26 55
3-8- مراجع : 56
فصل 4- بررسی خودروهای هیبریدی 57
4-1- مقدمه 57
4-2- مقایسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هایبرید 59
4-3- هیبریدهای کامل full-court 60
4-4- خودروی هیبریدی – الکتریکی دقیقا شبیه چیست؟ 62
4-5- ساختار هیبرید بنزین – الکتریک : 63
4-6- ایمن‌سازی الکتریکی چرخ طیار 69
با افزایش تعداد خودروها، کمبود انرژی و نگرانی های مربوط به محیط زیست، بیشتر تحقیقات به سمت استفاده از منابع انرژی تجدید شدنی به جای استفاده از سوختهای فسیلی در صنایع خودروسازی پیش رفته است. در یک خودروی هیبریدی الکتریکی رویکرد متفاوتی باید نسبت به انرژی الکتروشیمیایی –هیدروژن داشت. هیدروژن و اکسیژن در پیل سوختی باهم واکنش می دهند و انرژی الکتریکی را تولید می کنند که این انرژی، چرخهای خودروها را به حرکت وا می دارد. در واقع پیل سوختی در بسیاری از موارد، به عنوان یکی از مهمترین و پتانسیل دارترین راه حل ها بواسطه ی ظرفیت بالای انرژی، میزان گازهای آلاینده ی صفر و قرار گرفتن در دسته ی سوخت های تجدید شدنی است، البته هنوز موانع زیادی از جمله، طول عمر نسبتاً کوتاه، پاسخ دینامیکی ضعیف، استارت سخت برای پیل سوختی، قیمت بالا و عدم توانایی در ذخیره ی انرژی ترمز هنگام حرکت در سرازیری ها، در استفاده از پیل سوختی برای تأمین توان در سیستم های کششی وجود دارد. باتری ها یکی از اجزای ضروری خودروهای هیبریدی هستند، گر چه تعداد کمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند، اما هیچ کدام از باتری های رایج، یک ترکیب قابل قبول اقتصادی از توان، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند. ویژگیهای مطلوب باتریهای مورد استفاده درخودروهای هیبریدی شامل توان و انرژی بالا، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه بهره وری از ترمز واکنشی و طول عمر طولانی است. ابرخازنها نوع قویتری از خازن های الکترولیتی هستند که انرژی را به صورت الکتریسته ساکن ذخیره می کنند. ابرخازنها به عنوان اولین ابزار برای کمک به توان موتور در شتاب گیری و سر بالایی رفتن هستند. ابرخازنها به صورت بالقوه به عنوان دومین شیوه ی ذخیره ی انرژی در خودروهای هیبریدی، برای تأمین توان بار گذاری باتری های شیمیایی سودمندند. الکتریسیته اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در مواقعی که چگالی انرژی پایین است، مورد نیاز است. واحد ذخیره ی انرژی (ESUs ) این منابع انرژی را برای تأمین توان مناسب و انرژی کافی جهت پیش راندن خودرو به جلو، به اندازه با هم ترکیب نماید. بسیاری از کارهای اخیر آنهایی هستند که پیل سوختی و منبع هیبریدی ابرخازن [1 و2]، پیل سوختی و منبع هیبریدی باتری [ 3 و 2 و 1 ] و پیل سوختی و منابع هیبریدی ابرخازن و باتری [ 4 ] را برای استفاده در خودروها با هم ترکیب می کند. از مقایسه ی مطالعات انجام گرفته در [5 و 1] نتایج نشان می دهد که با ترکیبی مناسب از منابع هیبریدی ابرخازن و باتری در خودروهای هیبریدی الکتریکی پیل –سوختیFCHV ) )، این مجموعه می تواند یک سیستم کششی مناسب و عملی را رهبری کند. این گزارش بر روی کنترل انرژی در خودروهای هیبریدی - الکتریکی پیل سوختی که از واحد ذخیره ی انرژی ترکیبی ابرخازن و باتری استفاده می کند، بحث می کند. در سیستم مدیریت انرژی، جریان توان بین منابع انرژی (پیل سوختی، باتری، ابرخازن) و باس DC از طریق حالتی موازی کنترل می شود. در بخش 2 این گزارش توضیحی در مورد انواع خودروهای هیبریدی –الکتریکی داده می شود، در بخش 3، ساختار یک خودروی هیبریدی الکتریکی پیل سوختی معرفی می شود ، سپس در بخش 4 مدیریت انرژی در این نوع –از خودروها بحث می شود و بالاخره در فصل 5، سیستم کامل یک خودروی هیبریدی الکتریکی با نرم افزار مطلب شبیه سازی می شود. این گزارش بر روی –کنترل انرژی تمرکز می کند و مدلهای ریز مبدلها و میزان توان برای پیل سوختی، ابرخازن و باتری ماورای حوزه ی این تحقیق است.
1-1- انواع خودروهای هیبریدی الکتریکی ( HEV )
خروجی خودروهای موتور احتراق داخلی که با استفاده از بنزین و سوخت های فسیلی، انرژی لازم برای پیش راندن خودرو را فراهم می کنند، به عنوان منبع اصلی آلودگی شدید هوا و محیط زیست شناخته می شوند مخصوصاً در شهرهای بزرگ.
موتوراحتراق داخلی (ICE) از لحاظ قیمت و تکنولوژی بهترین و مهمترین سوخت است، اما درطی سالهای اخیر با شدت گرفتن بحرانهای نفتی، استفاده از منابع انرژی تجدید شدنی مورد توجه قرار گرفته است، از این جمله می توان به خودروهای الکتریکی اشاره کرد که به سه دسته ی FCEV ، BEV و HEV تقسیم بندی می شوند [6]. در خودروهای الکتریکی به جای موتور درونسوز از یک موتور الکتریکی و به جای مخزن سوخت از یک باتری الکتریکی استفاده می شود ، باتری ها هم از طریق اتصال به شبکه و هم از انرژی ترمز خودرو و حتی انرژی الکتریکی غیر شبکه ای مثل پیلهای سوختی شارژ می شوند. از جمله مزایای خودروهای الکتریکی راه اندازی سریع، ذخیره انرژی سینتیکی خودرو در حالت توقف، آلایندگی تقریباً صفر، راندمان بالا نسبت به خودروهای بنزینی، عدم مصرف انرژی در حالت سکون، حداقل نیاز به تعمیرات و نگهداری و پایین بودن قیمت موتور الکتریکی آنها را می توان نام برد. برای عیوب آنها می توان به وابسته بودن آنها به باتری، محدوده رانش و شتاب حرکت پایین، وزن بالای باتری ها، بالا بودن هزینه ی اولیه ی خودروها اشاره کرد [7]. خودروهای هیبریدی) HEV ( نوعی خودروی الکتریکی است که فاقد نقایص خودروهای الکتریکی معمول است و آن از دو یا چند منبع قدرت برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده می کند، این اصطلاح بیشتر برای خودروهای هیبریدی الکتریکی به کار برده می شود که از یک موتور -احتراق داخلی و یک یا چند موتور الکتریکی بهره می برند [ 8 و 7]. در فناوری خودوهای هیبریدی الکتریکی معمولاً یکی از اجزاء به عنوان منبع ذخیره و دیگری برای تبدیل انرژی استفاده می شود، ایراد فعلی این فناوری هزینه ی بالای تمام شده ی خودروهای تولید شده است. به طور کلی این فناوری در چهار ساختار سری، موازی، سری موازی و مجتمع عرضه می شوند [9و 7]. نوع دیگر خودروها، خودروهای هیبریدی پلاگ این PHEV هستند که برای از بین بردن معایب خودروهای هیبریدی الکتریکی طراحی شده اند. آنها خودروهای هیبریدی به همراه باتری های شارژ شونده اندکه می توانند با اتصال یک دو شاخه به منبع برق خارجی شارژ شوند و نسبت به خودروهای HEV دارای باتری های بیشتری هستند. تفاوت اصلی باتری های این دو نوع خودروها این است که باتری های PHEV بایستی قابلیت شارژ و تخلیه سریع را داشته باشند در حالیکه در HEV ها تقریباً در حالت شارژ کامل عمل می کنند و تخلیه در آنها به ندرت اتفاق می افتد [ 8 و 7]. نوع دیگر خودروها، خودروهای پیل سوختیFCV هستند که به دو دسته ی خودروهای پیل سوختی ساده و خودروهای پیل سوختی هیبریدی تقسیم بندی می شوند [8]. پیل های سوختی پلیمری گزینه ی مناسبی برای خودروها هستند. از مزایای این نوع خودروها سبک تر و کوچک تر بودن پیل سوختی نسبت به باتری، عدم آلودگی و اعتمادپذیری بالا را می توان نام برد. از معایب آنها می توان هزینه ی تولید بالا، طول عمر کوتاه، میزان مصرف زیاد پلاتین در پیل های سوختی پلیمری و کمیاب بودن و گران قیمت بودن پلاتین اشاره نمود. با هیبرید نمودن پیل سوختی با باتری و ابر خازن می توان بازده و عمر مفید کل سامانه ی تأمین انرژی را بهبود داد و از پیل سوختی کوچکتر با هزینه ی پایین تر استفاده نمود [7].
خودروهای هیبریدی الکتریکی پیل سوختی FCHV ، نوع دیگری از خودروهای هیبریدی الکتریکی است که توان آن در طی یک پروسه ی الکتروشیمیایی توسط پیل سوختی بدست می آید. پیل سوختی به عنوان منبع دوم قدرت در خودروهای هیبریدی الکتریکی به شمار می آید، پیل سوختی می تواند هیدروژن را به جای سوخت مصرف کرده و باتری های الکتریکی را هنگامیکه تخلیه شده اند شارژ کند [ 8 و 7]
