پلاگین هیبرید چیست؟

تکنولوژی ترکیبی منتشر شده در ۰۹ مهر ۱۴۰۴ ساعت ۱۳:۰۰

در این مقاله به بررسی سیستم پلاگین هیبرید یا PHEV در خودروهای مدرن و امروزی می‌پردازیم. سیستمی که محور اصلی پیشرفت EREV شد.

پلاگین هیبرید یا Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV) دسته‌ای از خودروهای هیبریدی پیشرفته است که علاوه بر استفاده از ترکیب موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی، قابلیت شارژ مستقیم باتری از طریق برق شهری یا ایستگاه شارژ را نیز دارد. این فناوری شکاف میان خودروهای تمام‌برقی (BEV) و هیبریدهای معمولی (HEV) را پر می‌کند و به رانندگان امکان می‌دهد بخش قابل توجهی از مسیر روزانه را با انرژی پاک و بدون مصرف سوخت فسیلی طی کنند، در حالی که برای سفرهای طولانی همچنان به امنیت و برد بی‌پایان موتور بنزینی یا دیزلی متکی هستند.

تمایز با هیبرید معمولی

در یک هیبرید معمولی، باتری تنها از طریق بازیابی انرژی ترمز یا عملکرد موتور احتراق داخلی شارژ می‌شود و برد الکتریکی معمولاً کمتر از ۵ کیلومتر است. اما PHEV می‌تواند باتری خود را به‌طور کامل از یک پریز برق خانگی یا ایستگاه شارژ پر کند و بسته به ظرفیت باتری، برد الکتریکی بین ۳۰ تا گاهی بیش از ۱۰۰ کیلومتر ارائه دهد.

ریشه‌های شکل‌گیری خودروهای پلاگین هیبرید

پیش‌زمینه تاریخی

ایده استفاده همزمان از منابع قدرت متفاوت به بیش از یک قرن پیش برمی‌گردد، اما بحران‌های محیط‌زیستی و اقتصادی دهه ۱۹۷۰ و سپس جهش قیمت نفت در دهه ۲۰۰۰ باعث شد که خودروسازان جهان به‌طور جدی تکنولوژی هیبرید قابل شارژ را توسعه دهند.

نخستین نسل‌های PHEV

قبل از عرضه مدل‌های تولید انبوه، برخی پروژه‌های تحقیقاتی توسط دانشگاه‌ها و شرکت‌های کوچک اجرا شده بود. نقطه آغاز بازار تجاری را می‌توان سال ۲۰۱۰ و معرفی شورلت Volt دانست که برد تمام‌برقی ۶۰ کیلومتری داشت. میتسوبیشی PHEV نیز از سال ۲۰۱۳ توانست بازار اروپا و ژاپن را به سرعت تسخیر کند.

معماری فنی پلاگین هیبرید

موتور احتراق داخلی

در بسیاری از PHEV ها موتور بنزینی کوچک و بهینه‌سازی‌شده استفاده می‌شود، به‌گونه‌ای که مصرف سوخت در حالت ترکیبی به حداقل برسد. برخی مدل‌ها از موتور دیزلی بهره می‌برند که در سفرهای طولانی بازده بالاتری دارد.

موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی در پلاگین هیبرید معمولاً توان بین ۵۰ تا ۱۰۰ کیلووات دارند و به واسطه گشتاور آنی، عملکرد شتاب‌گیری خودرو را بهبود بخشیده و تجربه رانندگی بی‌صدا را فراهم می‌سازند.

باتری

باتری‌های لیتیوم یون با ظرفیت ۸ تا ۲۰ کیلووات‌ساعت در قلب PHEV قرار دارند. این باتری‌ها توسط سیستم مدیریت انرژی (EMS) تحت کنترل دقیق شارژ و دشارژ قرار می‌گیرند تا طول‌عمر و ایمنی آنها تضمین شود.

واحد کنترل توان (PCU)

PCU مانند مغز خودرو عمل کرده و لحظه‌به‌لحظه تصمیم می‌گیرد که چه منبع توانی فعال باشد. این واحد با پردازنده‌های قدرتمند و نرم‌افزارهای پیچیده، شرایط رانندگی، بار باتری، درخواست راننده و حتی داده‌های GPS را تحلیل می‌کند.

سیستم انتقال قدرت

بسته به طراحی، برخی PHEV ها از گیربکس‌های خاص برای ترکیب توان موتور بنزینی و برقی استفاده می‌کنند و برخی دیگر حالت‌های تفکیک کامل دارند که هر محور توسط یک منبع توان مستقل حرکت می‌کند.

حالت‌های عملکردی پلاگین هیبرید

حالت الکتریکی کامل (EV Mode)

در این حالت تنها باتری و موتور الکتریکی فعال هستند. برای مسیرهای شهری و کوتاه که نیاز به سرعت زیاد نیست، این حالت ایده‌آل است.

حالت ترکیبی (Hybrid Mode)

همزمان یا متناوب از موتور بنزینی و برقی استفاده می‌شود. سیستم بسته به شیب، سرعت و شرایط مصرف، بهینه‌ترین ترکیب را انتخاب می‌کند.

حالت نگه‌داری شارژ (Charge Hold)

باتری برای استفاده در بخش خاصی از مسیر حفظ می‌شود؛ مانند ورود به محدوده‌های کم‌انتشار شهری.

شارژ پلاگین هیبرید

شارژ خانگی

بیش‌تر رانندگان از شارژ خانگی استفاده می‌کنند. اتصال به پریز ۲۲۰ ولت معمولی ممکن است شارژ کامل را بین ۴ تا ۸ ساعت طول دهد. اما استفاده از شارژر دیواری (Wallbox) زمان را به نصف کاهش می‌دهد.

شارژ عمومی

ایستگاه‌های شارژ عمومی AC می‌توانند باتری PHEV را مشابه خانه شارژ کنند. برخی مدل‌ها حتی به شارژ سریع DC مجهز هستند و در نیم‌ساعت به حدود ۸۰ درصد شارژ می‌رسند.

وضعیت زیرساخت و چالش‌ها

کشورهای پیشرفته

در اروپا و آمریکا شبکه‌ای گسترده از ایستگاه‌های شارژ سریع و معمولی وجود دارد، و مشوق‌های دولتی به توسعه آن کمک کرده است.

کشورهای درحال‌توسعه

کمبود ایستگاه شارژ، مشکلات برق شهری و هزینه بالای نصب شارژر خانگی، محدودیت جدی برای استفاده کامل از ظرفیت PHEV ایجاد می‌کند.

بازار جهانی پلاگین هیبرید

روند فروش جهانی

بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۴ فروش PHEV از حدود ۱۰۰ هزار دستگاه به بیش از ۳ میلیون دستگاه در سال رسید. اروپا با سهم ۴۵ درصدی، بزرگ‌ترین بازار مصرف این خودروها است.

سهم آسیا

چین با حضور برندهایی چون BYD و Geely توانسته با تولید ارزان و تکنولوژی پیشرفته، سهم بزرگی در بازار جهانی داشته باشد.

موقعیت آمریکا

آمریکا میزبان مدل‌هایی چون فورد Escape PHEV، کرایسلر Pacifica PHEV و نسخه‌های پلاگین برندهای لوکس است.

مقایسه فنی و اقتصادی PHEV با BEV و HEV

مصرف انرژی

PHEV ها در مسافت‌های کوتاه، مصرف انرژی مشابه خودروهای تمام‌برقی دارند، اما در سفرهای طولانی از مصرف سوخت فسیلی نیز بهره می‌برند که باعث افزایش آلایندگی نسبت به BEV می‌شود.

هزینه نگهداری

هزینه نگهداری پلاگین هیبرید به‌طور کلی کمتر از خودروهای بنزینی است ولی به دلیل پیچیدگی سیستم، تعمیرات تخصصی و گران‌تر هستند.

مطالعات موردی برندها

بی وای دی

برند چینی BYD در سال ۲۰۲۴ بیش از ۵۰۰ هزار دستگاه PHEV تولید کرد و مدل Qin Plus DM-i را با برد الکتریکی ۱۲۵ کیلومتر معرفی نمود.

میتسوبیشی

اوتلندر PHEV پرفروش‌ترین شاسی‌بلند پلاگین هیبریدی جهان است که برد ۸۵ کیلومتر، سیستم چهارچرخ محرک و شارژ سریع دارد.

ولوو

مدل XC60 Recharge با ترکیب لوکس بودن، ایمنی و فناوری پیشرفته توانسته در بازار اروپا محبوبیت زیادی کسب کند.

تاثیرات زیست‌محیطی

کاهش آلایندگی

در حالت تمام‌برقی آلایندگی مستقیم صفر است و در حالت ترکیبی نیز مصرف سوخت و انتشار CO₂ کمتر از خودروهای صرفاً بنزینی است.

چالش زنجیره تأمین

تولید باتری نیازمند استخراج لیتیوم، کبالت و نیکل است که دارای اثرات محیط‌زیستی و اجتماعی خاص خود می‌باشد.

آینده‌ پلاگین هیبرید تا ۲۰۴۰

پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد تا سال ۲۰۳۰ سهم بازار PHEV به اوج خود خواهد رسید و سپس به‌تدریج جای خود را به BEV ها خواهد داد. با پیشرفت فناوری باتری و کاهش قیمت آن، احتمالاً تا ۲۰۴۰ بیشتر خودروهای جاده‌ای تمام‌برقی خواهند بود.