سیستم هیبرید خفیف MHEV چیست و چگونه کار می کند؟ بررسی مزایا و معایب و طرز نگهداری

سیستم هیبریدی خفیف که با نام Mild Hybrid System نیز شناخته می‌شود، نوعی موتور الکتریکی شده است که در آن یک موتور الکتریکی کوچک به عنوان دستیار موتور درون‌سوز عمل می‌کند. برخلاف خودروهای هیبریدی کامل (HEV) که قادر به حرکت در مسافت‌های کوتاه تنها با نیروی برق هستند، خودروهای مجهز به سیستم MHEV به هیچ وجه نمی‌توانند صرفاً با نیروی الکتریکی حرکت کنند.

این فناوری در واقع یک گام میانی میان خودروهای سنتی با موتور درون‌سوز و خودروهای تمام‌هیبرید محسوب می‌شود. سیستم MHEV با هدف اصلی کاهش مصرف سوخت و آلایندگی و با هزینه پایین‌تر نسبت به سیستم‌های هیبریدی کامل طراحی شده است.

برای درک بهتر جایگاه سیستم هیبریدی خفیف بهتر است انواع مختلف خودروهای الکتریکی شده را بشناسیم:

خودروهای هیبریدی خفیف (MHEV): در این خودروها، موتور الکتریکی تنها نقش کمکی دارد و وظیفه اصلی بر عهده موتور درون‌سوز است. این سیستم قادر به حرکت خودرو به تنهایی نیست.

خودروهای هیبریدی کامل (HEV): این خودروها می‌توانند در مسافت‌های کوتاه و سرعت‌های پایین تنها با نیروی برق حرکت کنند. نمونه معروف این کلاس، تویوتا پریوس است که باتری آن از طریق بازیابی انرژی ترمز و موتور درون‌سوز شارژ می‌شود.

خودروهای هیبریدی قابل اتصال به برق (PHEV): این خودروها دارای باتری‌های بزرگ‌تری هستند و می‌توانند مسافت‌های قابل‌توجهی (معمولاً ۵۰ تا ۸۰ کیلومتر) را تنها با نیروی برق طی کنند. برخلاف دو نوع قبلی، این خودروها برای شارژ باتری نیاز به اتصال به منبع برق خارجی دارند. این خودروها با نام پلاگین هیبرید شناخته می شوند.

سیستم هیبریدی خفیف از چند جزء کلیدی تشکیل شده است که در هماهنگی با یکدیگر عمل می‌کنند:

موتور الکتریکی BSG یا ISG: مهم‌ترین جزء سیستم MHEV، موتور الکتریکی است که جایگزین دینام و استارت معمولی می‌شود. این موتور در دو نوع اصلی تولید می‌شود: نوع BSG (Belt-driven Starter Generator) که با تسمه به موتور متصل می‌شود و نوع ISG (Integrated Starter Generator) که بین موتور و گیربکس قرار می‌گیرد.

باتری ۴۸ ولتی لیتیوم‑یون: قلب انرژی سیستم MHEV، باتری ۴۸ ولتی است که توانایی ذخیره و تأمین انرژی مورد نیاز موتور الکتریکی را دارد. این باتری‌ها نیازی به نگهداری خاصی ندارند و به‌طور خودکار توسط سیستم مدیریت می‌شوند.

مبدل DC-DC: این قطعه ولتاژ ۴۸ ولت باتری اصلی را به ۱۲ ولت برای تأمین برق تجهیزات معمول خودرو مانند چراغ‌ها، سیستم صوتی و کامپیوترهای داخلی تبدیل می‌کند.

سیستم خنک کاری باتری: باتری‌های لیتیوم‑یون در حین کار گرم می‌شوند و برای حفظ عمر و عملکرد مطلوب نیاز به خنک کاری دارند. به همین منظور، سیستم MHEV مجهز به فن‌ها و کانال‌های خنک کاری است.

سیستم‌های هیبریدی خفیف در دو پیکربندی اصلی عرضه می‌شوند:

معماری BSG (Belt-driven Starter Generator): در این طراحی، موتور الکتریکی با استفاده از تسمه به موتور درون‌سوز متصل می‌شود. این روش ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر بوده و به راحتی روی موتورهای موجود قابل نصب است. در این سیستم، موتور الکتریکی می‌تواند در هنگام شتاب‌گیری به موتور درون‌سوز کمک کند و در هنگام ترمزگیری، انرژی را بازیابی نماید.

معماری ISG (Integrated Starter Generator): در این طراحی پیشرفته‌تر، موتور الکتریکی بین موتور درون‌سوز و گیربکس قرار می‌گیرد. این موقعیت به موتور الکتریکی اجازه می‌دهد تا مستقیماً نیرو را به گیربکس منتقل کند و در نتیجه بازدهی بالاتری داشته باشد. سیستم ISG همچنین امکان حرکت در حالت برقی را برای مسافت‌های بسیار کوتاه (مانند مانور پارک) فراهم می‌کند.

فرآیند بازیابی انرژی ترمز (Regenerative Braking)

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های سیستم MHEV، بازیابی انرژی ترمز است. در خودروهای معمولی، انرژی جنبشی خودرو هنگام ترمزگیری به شکل گرما در لنت‌های ترمز تلف می‌شود؛ اما در سیستم MHEV، موتور الکتریکی به عنوان ژنراتور عمل کرده و این انرژی را به برق تبدیل می‌کند و در باتری ۴۸ ولتی ذخیره می‌نماید.

کمک به موتور در هنگام شتاب‌گیری

در لحظاتی که راننده نیاز به شتاب بیشتری دارد، موتور الکتریکی با تأمین نیروی اضافی به موتور درون‌سوز کمک می‌کند. این عمل باعث می‌شود موتور درون‌سوز فشار کمتری تحمل کند و در نتیجه مصرف سوخت کاهش یابد. قدرت موتور الکتریکی در سیستم‌های MHEV معمولاً حدود ۱۰ تا ۲۰ اسب بخار است که برای کمک به شتاب‌گیری اولیه کافی خواهد بود.

سیستم استارت-استاپ پیشرفته

یکی از ویژگی‌های کلیدی سیستم MHEV، سیستم استارت-استاپ هوشمند است. برخلاف سیستم‌های معمولی که فقط در حالت توقف کامل موتور را خاموش می‌کنند، در خودروهای MHEV موتور در شرایط خاصی مانند هنگام حرکت با اینرسی (مثلاً در سراشیبی‌ها) نیز خاموش می‌شود. موتور الکتریکی سپس وظیفه تأمین برق تجهیزات خودرو و همچنین استارت مجدد سریع و بی‌صدای موتور را بر عهده دارد.

کاهش بار موتور

موتور الکتریکی در سیستم MHEV می‌تواند برخی از تجهیزات جانبی مانند کمپرسور کولر را در زمانی که موتور درون‌سوز خاموش است، به کار بگیرد. این قابلیت باعث می‌شود راننده و سرنشینان حتی در هنگام توقف‌های طولانی در ترافیک نیز از سرمایش یا گرمایش مناسب برخوردار باشند.

کاهش مصرف سوخت: مهم‌ترین مزیت سیستم MHEV، کاهش مصرف سوخت است. بر اساس گزارش‌های مختلف، سیستم‌های هیبریدی خفیف می‌توانند مصرف سوخت را بین ۱۰ تا ۲۰ درصد نسبت به خودروهای معمولی کاهش دهند. این میزان برای خودروهای سنگین‌تر و پرمصرف‌تر، چشمگیرتر است.

کاهش آلایندگی: با کاهش مصرف سوخت، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز به همان نسبت کاهش می‌یابد. این موضوع به خودروسازان کمک می‌کند تا استانداردهای سخت‌گیرانه زیست‌محیطی را رعایت کنند.

بهبود عملکرد در شتاب‌گیری اولیه: موتور الکتریکی با تأمین گشتاور اضافی در لحظه استارت، حس شتاب‌گیری سریع‌تر و روان‌تری را ایجاد می‌کند. این ویژگی به ویژه در خودروهای شهری که توقف و حرکت مکرر دارند، بسیار مفید است.

عملکرد نرم‌تر سیستم استارت-استاپ: در خودروهای معمولی، استارت مجدد موتور ممکن است همراه با لرزش و صدای ناخوشایند باشد؛ اما در سیستم MHEV، موتور الکتریکی استارت را بسیار سریع و نرم انجام می‌دهد که راحتی رانندگی را افزایش می‌دهد.

هزینه کمتر نسبت به هیبریدی کامل: از آنجا که سیستم MHEV از باتری کوچک‌تر و قطعات ساده‌تری استفاده می‌کند، هزینه تولید آن به مراتب کمتر از سیستم‌های هیبریدی کامل یا پلاگین هیبرید است.

عدم نیاز به شارژ خارجی: خودروهای MHEV مانند خودروهای معمولی عمل می‌کنند و نیازی به اتصال به ایستگاه شارژ ندارند. باتری این خودروها به‌طور خودکار توسط موتور درون‌سوز و سیستم بازیابی انرژی ترمز شارژ می‌شود.

کاهش مصرف سوخت محدود: با وجود مزایای ذکر شده، سیستم MHEV نمی‌تواند به اندازه سیستم‌های هیبریدی کامل یا پلاگین هیبرید در کاهش مصرف سوخت مؤثر باشد. حداکثر صرفه‌جویی قابل انتظار حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد است.

ناتوانی در حرکت تمام الکتریکی: خودروهای MHEV نمی‌توانند حتی برای مسافت‌های کوتاه تنها با نیروی برق حرکت کنند. این محدودیت باعث می‌شود در ترافیک‌های سنگین شهری، نتوانند به‌طور کامل از مزایای رانندگی برقی بهره‌مند شوند.

پیچیدگی بیشتر نسبت به خودروهای معمولی: اضافه شدن قطعات الکتریکی، سیستم مدیریت باتری و نرم‌افزارهای کنترلی، پیچیدگی خودرو را افزایش می‌دهد که می‌تواند در درازمدت منجر به افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری شود.

قیمت اولیه بالاتر: اگرچه سیستم MHEV از هیبریدی کامل ارزان‌تر است، اما همچنان قیمت تمام شده آن بیشتر از خودروهای معمولی با موتور درون‌سوز است.

محدودیت در فضای بار: باتری ۴۸ ولتی اگرچه از باتری خودروهای هیبریدی کامل کوچک‌تر است، اما همچنان فضایی را در خودرو اشغال می‌کند که در برخی مدل‌ها منجر به کاهش فضای صندوق عقب می‌شود.

روغن موتور مناسب

موتور خودروهای MHEV به دلیل عملکرد مکرر سیستم استارت-استاپ، تحت شرایط خاصی کار می‌کند. به همین دلیل، استفاده از روغن موتور با ویسکوزیته مناسب و از نوع تمام سنتتیک ضروری است. روغن‌های تمام سنتتیک توانایی تحمل استارت‌های مکرر و محافظت از موتور در شرایط مختلف را دارند.

فواصل تعویض روغن

بر اساس توصیه‌های فنی، فواصل تعویض روغن در خودروهای MHEV معمولاً هر 10 هزار کیلومتر یا 12 ماه (هر کدام زودتر فرا برسد) تعیین می‌شود. این بازه ممکن است بسته به شرایط رانندگی و توصیه سازنده خودرو متفاوت باشد.

نگهداری از باتری ۴۸ ولتی

باتری لیتیوم‑یون ۴۸ ولتی خودروهای MHEV نیازی به شارژ فعال از سوی مالک ندارد و به‌طور خودکار توسط سیستم مدیریت می‌شود. با این حال، برای حفظ عمر مفید باتری، رعایت نکات زیر ضروری است:

• جلوگیری از تخلیه کامل باتری (توصیه می‌شود سطح شارژ بین ۲۰ تا ۸۰ درصد نگهداری شود)
• اطمینان از باز بودن دریچه‌های خنک کاری باتری
• عدم مسدود کردن مسیر جریان هوا برای خنک کاری باتری
• بازرسی دوره‌ای تسمه BSG

در خودروهایی که از معماری BSG استفاده می‌کنند، تسمه اتصال موتور الکتریکی به موتور درون‌سوز نیاز به بازرسی دوره‌ای دارد. طبق توصیه‌های فنی، کشش تسمه باید هر 40 هزار کیلومتر یک‌بار بررسی شود.

سیستم ترمز

به دلیل وجود سیستم بازیابی انرژی ترمز، لنت‌های ترمز در خودروهای MHEV عمر بیشتری نسبت به خودروهای معمولی دارند. تخمین زده می‌شود که فواصل تعویض لنت ترمز تا ۵۰-۳۰ درصد افزایش یابد. با این حال، برای حفظ کارایی سیستم ترمز، انجام ترمزهای مکانیکی با شدت متوسط چند بار در ماه توصیه می‌شود تا سطح دیسک‌ها و لنت‌ها تمیز بماند.

گیربکس و سیال آن

در برخی خودروهای MHEV، فواصل تعویض روغن گیربکس ممکن است تا ۱۰۰,۰۰۰-۸۰,۰۰۰ کیلومتر افزایش یابد. البته این موضوع به‌طور کامل به توصیه سازنده خودرو بستگی دارد و استفاده از روغن گیربکس استاندارد و اصلی الزامی است.

الزامات ایمنی در تعمیرات

سیستم MHEV اگرچه از ولتاژ پایین (کمتر از ۶۰ ولت) استفاده می‌کند و در دسته سیستم‌های ولتاژ پایین طبقه‌بندی می‌شود، اما همچنان خطرات بالقوه‌ای برای تعمیرکاران غیرحرفه‌ای دارد. جریان بالای موجود در این سیستم می‌تواند در صورت اتصال کوتاه، خطر برق‌گرفتگی یا آتش‌سوزی ایجاد کند.

بر اساس توصیه‌های سازندگان، تنها تعمیرکاران آموزش‌دیده و مجاز باید روی سیستم MHEV کار کنند. باز کردن محفظه باتری یا دست‌کاری قطعات سیستم توسط افراد غیرمتخصص می‌تواند بسیار خطرناک باشد.

مدیریت حرارتی

باتری و سایر اجزای سیستم MHEV در حین کار گرم می‌شوند. انسداد مسیرهای خنک کاری یا تجمع گردوغبار روی فن‌ها می‌تواند منجر به افزایش دمای قطعات و کاهش عمر مفید آن‌ها شود. در صورت بروز مشکل در سیستم خنک کاری، خودرو با نمایش پیام هشدار به راننده اطلاع می‌دهد.

هزینه تعمیرات در مقایسه با خودروهای معمولی

اگرچه هزینه نگهداری سالانه خودروهای MHEV حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد کمتر از خودروهای معمولی تخمین زده می‌شود، اما تعمیرات اساسی در صورت خرابی قطعات الکتریکی می‌تواند پرهزینه باشد. باتری ۴۸ ولتی در صورت خرابی قابل تعمیر نیست و باید تعویض شود که هزینه قابل‌توجهی دارد. به همین دلیل، رعایت دقیق برنامه نگهداری توصیه شده توسط سازنده بسیار حائز اهمیت است.

نقش MHEV در استراتژی خودروسازان

با توجه به قوانین سخت‌گیرانه زیست‌محیطی در اروپا، آمریکا و سایر مناطق جهان، خودروسازان ناگزیر به کاهش میانگین آلایندگی محصولات خود هستند. سیستم MHEV به عنوان یک راهکار کم‌هزینه و نسبتاً ساده، نقش مهمی در دستیابی خودروسازان به این اهداف ایفا می‌کند.

بسیاری از خودروسازان بزرگ از جمله مرسدس بنز، بی‌ام‌و، آئودی، ولوو و حتی شرکت‌های آمریکایی مانند رم، سیستم‌های MHEV را در برخی از محصولات خود به کار گرفته‌اند.

MHEV در مقابل سایر فناوری‌ها

با وجود مزایای سیستم MHEV، برخی کارشناسان معتقدند این فناوری تنها یک راهکار موقتی است و آینده از آن خودروهای تمام‌ الکتریکی و هیبریدی‌های پیشرفته‌تر خواهد بود. با این حال، تا زمانی که هزینه تولید خودروهای تمام‌ الکتریکی کاهش نیافته و زیرساخت‌های شارژ فراگیر نشده است، سیستم‌های MHEV می‌توانند پلی به سوی آینده‌ای پاک‌تر باشند.

سیستم هیبریدی خفیف MHEV نشان‌دهنده یک تحول مهم در صنعت خودرو است؛ تحولی که با هدف کاهش مصرف سوخت و آلایندگی و با کمترین تغییر در عادات رانندگی کاربران طراحی شده است. این سیستم با ارائه تعادلی میان هزینه، کارایی و سادگی، گزینه‌ای جذاب برای رانندگانی است که به دنبال بهره‌وری بیشتر بدون پیچیدگی‌های خودروهای تمام هیبرید یا الکتریکی هستند.

با این حال، سیستم MHEV یک راهکار جادویی نیست. کاهش مصرف سوخت ۱۰ تا ۲۰ درصدی اگرچه قابل‌توجه است، اما در مقایسه با خودروهای هیبریدی کامل یا پلاگین هیبرید که می‌توانند تا ۵۰ درصد یا بیشتر در مصرف سوخت صرفه‌جویی کنند، محدود به نظر می‌رسد. انتخاب یا عدم انتخاب خودروی MHEV به نیازها، بودجه و اولویت‌های هر راننده بستگی دارد.

برای افرادی که بیشتر رانندگی شهری با توقف و حرکت مکرر دارند، مزایای سیستم MHEV محسوس‌تر خواهد بود. در مقابل، برای رانندگی در مسیرهای طولانی و جاده‌های بین‌شهری، تفاوت مصرف سوخت میان خودروی معمولی و MHEV کمتر به چشم می‌آید.

در نهایت باید گفت خودروهای MHEV نشان می‌دهند که صنعت خودرو به سمت آینده‌ای پاک‌تر حرکت می‌کند، هر چند این حرکت با گام‌هایی محتاطانه و حساب‌شده انجام می‌شود. برای مصرف‌کننده‌ای که خواهان فناوری جدید با حداقل تغییر در عادات رانندگی است، خودروی MHEV می‌تواند انتخابی منطقی و به‌صرفه باشد.