مقدمة عن السيارات الهجينة
صُممت أنظمة الطاقة الهجينة كوسيلة لتعويض النقص في تكنولوجيا البطاريات في السيارات الكهربائية نظرًا لأن البطاريات يمكنها توفير طاقة كافية فقط للرحلات القصيرة، وللتغلب على ذلك سعت الشركات إلى تركيب مولد كهربائي داخلي مدعوم بمحرك احتراق داخلي بحيث يُستخدم لقطع مسافات كبيرة.
تتضمن تقنية السيارات الهجينة ثلاثة مكونات أساسية هي: وحدات الطاقة وأنظمة تخزين الطاقة ووحدات الدفع، وتشمل وحدات الطاقة خلايا الوقود ومحركات الاحتراق الداخلي التقليدية ومحركات التوربينات، أما أجهزة تخزين الطاقة فتشمل البطاريات أو أنظمة دولاب الموازنة، ويمكن أن تأتي وحدات الدفع في شكل محركات كهربائية.[1]
أنواع السيارات الهجينة
تحتوي السيارات الهجينة على محرك تقليدي ومحرك كهربائي وبطارية، ويوجد في العالم ثلاثة أنواع مختلفة من السيارات الهجينة يعمل كل منها بطريقة مختلفة، وتشمل على:[2]
- السيارات الهجينة المتوازية: هذا هو النوع الأكثر شيوعًا في السيارات الهجين، وتعد سيارة "toyota Prius" من الأمثلة الأكثر شيوعًا عليه، وفي هذا النوع يمكن تشغيل عجلات السيارة إما مباشرة عن طريق محرك الوقود أو عن طريق المحرك الكهربائي وحده أو من خلال عمل المحركين معًا، فعند التحرك بسرعة تصل إلى 15 ميلاً في الساعة تستخدم السيارات الهجينة المتوازية المحرك الكهربائي فقط للحصول على الطاقة مما يجعلها اقتصادية للغاية لبدء القيادة، ومع زيادة السرعة يبدأ محرك الوقود بالعمل وتزداد نسبة استخدامه خلال التسارع الكبير، وعند إبطاء السرعة أو استخدام الفرامل ينتج نظام الكبح المتجدد طاقة كهربائية ويخزنها في البطارية لاستخدامها لاحقًا، ويُشار إلى أن قدرة تخزين البطارية تكون كبيرة بما يكفي ليتمكن المحرك الكهربائي من تشغيل السيارة لمسافة تصل إلى 1.25 ميل.
- السيارات الهجينة موسع المدى: تستخدم السيارات من هذا النوع محركها التقليدي فقط لإنتاج الكهرباء بهدف تزويد المولد بها كي عيد شحن البطاريات، أي أن المحرك لا يُستخدم لقيادة السيارة بل من أجل إنتاج الطاقة للمحرك الكهربائي فقط.
تعد سيارات "BMW i3" مع "Range Extender" واحدة من الأمثلة الأكثر شيوعًا على هذا النوع، ويُشار إلى أنه يمكن تصنيف السيارات الهجينة أيضًا على أساس قوة البطارية بحيث تكون إما قوية أو معتدلة اعتمادًا على كمية طاقة البطارية، وكلما كانت سعة البطارية أكبر أصبح من الممكن القيادة لمسافة أطول.
- المكونات الهجينة(PHEV): كما يوحي الاسم يمكن توصيل هذا النوع من السيارات الهجينة بمأخذ كهربائي لإعادة شحن البطارية بالإضافة إلى شحنه أثناء الحركة.
يجمع هذا النوع من السيارات الهجينة بين السيارات الهجينة التقليدية والسيارات الكهربائية الكاملة، وعلى الرغم من أن محركها تقليديًا إلا أنها تحتوي على بطاريات أكبر من السيارات الهجينة العادية ويمكنها قطع مسافات أطول على الطاقة الكهربائية وحدها وقد تصل إلى 30 ميلاً في بعض الحالات.
إيجابيات السيارات الهجينة
تتضمن الفوائد المترتبة على استخدام السيارات الهجينة على:[3]
- الحفاظ على البيئة: نظرًا لأن السيارات الهجينة تعمل على مزيج من الوقود والكهرباء فإنها تصدر انبعاثات أقل من المركبات التي تعمل بالوقود فقط.
- استغلال الطاقة: تستغل السيارات الهجينة الكثير من الطاقة المنتجة أثناء الكبح كي تزود البطارية بها، وهذا يؤدي إلى زيادة الشحن المتاح للمحرك الكهربائي مما يُساهم باستهلاك أقل للوقود بالإضافة إلى إطالة عمر المكابح.
- تقليل الاعتماد على الوقود: بفضل كفاءتها الفائقة تساعد السيارات الهجينة على تقليل اعتماد الدولة على النفط والحفاظ على سعر البنزين تحت السيطرة.
- مصممة بأوزان خفيفة: تُصنّع العديد من السيارات الهجينة باستخدام مواد خفيفة الوزن ولذلك لا تستهلك الكثير من الطاقة مثل نظيراتها ذات الأوزان الكبيرة.
- محركات أصغر: نظرًا لعدم الاعتماد الكامل على محركات الوقود في السيارات الهجينة فإنها تكون عادةً صغيرة وخفيفة وذات كفاءة عالية.
- قيمة بيع أعلى: لا تزال هنالك حاجة كبيرة إلى الإصدارات الهجينة من السيارات الشهيرة في سوق السيارات المستعملة، ومن خلال التجارة بالسيارات الهجينة من الممكن استرداد نسبة أعلى من الاستثمار الأصلي عند التداول أو البيع.
سلبيات السيارات الهجينة
في هذا الجزء من المقال من الممكن التعرف على أبرز سلبيات السيارات الهجينة، وهي:[4]
- إنتاج طاقة أقل: تستخدم السيارات الهجينة محركين مستقلين حيث يعمل محرك الوقود كمصدر للطاقة الأساسي لتزويد محرك الكهرباء بها، ووجود محركان في السيارة يعني أنه لن يكون محرك الوقود أو المحرك الكهربائي بقدرة كبيرة كما هو الحال في سيارات الوقود أو المركبات الكهربائية التقليدية والنتيجة هي توليد طاقة أقل مما يجعل السيارات غير مناسبة للقيادة السريعة والتسارع.
- تكلفة الشراء: العائق الأساسي للعديد من الناس هو السعر المرتفع للمركبات الهجينة والتي تكلف في المتوسط ما بين خمسة إلى عشرة آلاف دولار أكثر من المركبات التقليدية، ومع ذلك يعد هذا استثمارًا لمرة واحدة مما قد يُساهم في توفير الأموال المترتبة على سعر المحروقات على المدى البعيد.
- ضعف أنظمة التعليق والدعم: تحتوي المركبات الهجينة على عدد أكبر من القطع والمكونات الناتج عن وجود محرك وقود ومحرك كهربائي ومجموعة من البطاريات وهذا يزيد من وزنها، ولأن الوزن الزائد في المركبات يقلل من كفاءة استهلاك الوقود يقوم المصنعون بتخفيض الوزن من أجل التغلب على ذلك ولكنّ هذا ينتج عنه محرك وبطاريات أصغر مما يُضعف نظام الدعم والتعليق.
- تكلفة صيانة عالية: قد تكون تكلفة إصلاح وصيانة هذه المركبات مرتفعًا بسبب المحركات المزدوجة وعدد القطع الكثيرة فيها، ولأن استخدام السيارات الهجينة كمركبات استهلاكية جديد إلى حد ما فقد لا يكون من الأسهل العثور على ميكانيكي يتمتع بالخبرة المطلوبة لصيانتها.
- بطاريات عالية الجهد: في حالة وقوع حادث يمكن أن يكون الجهد العالي الموجود داخل البطاريات مميتًا، حيث إن وجود مثل هذا الجهد العالي يزيد من خطر تعرض الركاب للكهرباء في حالة وقوع حادث كبير مما يزيد فرصة التعرض لإصابات بالغة إن لم تكن مميتة.
تاريخ السيارات الهجينة
كان اختراع أول سيارة هجينة على الإطلاق في عام 1898 من قبل الدكتور فرديناند بورش الذي جمع بين عناصر الكهرباء والبنزين في محرك واحد، فقد صمم الدكتور بورشه نموذجًا باستخدام الوقود لتوليد الطاقة لأربعة محركات كهربائية (محرك لكل عجلة) وبذلك ظهر أول مفهوم لمحرك هجين للسيارة، وبعدها سرعان ما اتبعت شركة السيارات الأمريكية للسيارات الكهربائية خطى الدكتور بورش وأدخلت سيارتين هجينتين في معرض باريس للسيارات عام 1899، وقد كانت هذه بداية التكنولوجيا الهجينة في السيارات حيث واصلت العديد من الشركات المصنعة العمل على مفهوم الجمع بين الكهرباء والوقود لتشغيل السيارات.
في بداية القرن العشرين مع إنتاج المزيد من السيارات الهجينة بدأ هنري فورد في إنتاج سياراته الشهيرة التي تعمل بالوقود بكميات كبيرة وكانت تكاليف شرائها أقل بكثير من النموذج الهجين وبذلك بدأ الناس بالتغاضي عن شراء السيارات الهجينة، ومع ذلك استمر مصنعو السيارات في محاولة إطلاق سيارات هجينة حتى عام 1920 بالرغم من أنه كان واضحًا أن السيارات الهجينة لن تتغلب على السيارات التي تعمل بالبنزين والديزل ذات الأسعار المعقولة والتي كانت متوفرة أيضًا، وبعد ذلك ظل تصنيع السيارات الهجينة خاملاً لمدة 45 عامًا وبعدها زاد الطلب عليها نسبيًا حتى وصلت إلى ما هي عليه اليوم.[5]