كل ما أردت معرفته عن الهبريد
أول سيارة هبريد بإنتاج كمي - الهاتشباك تويوتا بريوس موديل 1997، والتي كانت ثورية بالنسبة لذلك الوقت. يستخدم فيها نظام فريد يجمع في نفسه العمل على التسلسل والمتوازي. كانت منظومة بريوس تتكون من محرك بنزين بـ4 أسطوانات ومحركين كهربائيين، إضافة لمخفض حركة كوكبي يجمعهما سوية. اليوم تنتج بريوس بإصدارات هبريد عادي وهبريد قابل للشحن.
في عام 2020 فاق حجم مبيعات سيارات الهبريد في كل العالم بحسب تقييمات Bosch الـ9 مليون وحدة. أما بحلول عام 2025 يتوقع الخبراء نمو السوق العالمية لـ12 مليون سيارة. اليوم السيارات التي يكمل فيها المحرك الكهربائي محرك الاحتراق الداخلي أمر عادي. إصدارات الهبريد متاحة سواء في السيارات الرخيصة أو في السيارات السباقية الفاخرة. أصبح عددها كبير لدرجة أنه كثيراً من الصعب أن تفهم عن كيفية عمل كل واحدة منها وما الذي يمكن أن تتوقعه منها (توفير استهلاك الوقود، تحسين الديناميكية) ولم هي مطلوبة بالأساس. سنتحدث في استعراضنا عن تصنيف منظومات الهبريد ونتحدث عنها وسلبيات وإيجابيات كل نوع منها.
المايكرو هبريد (Micro Hybrid)
بداية اتحاد الكهرباء مع محركات الاحتراق الداخلي والذي ليس فيه حتى محرك كهربائي بل العنصر الرئيسي هو مولد "ذكي" الذي يفصل تلقائياً عند التسارع ويخفف العبئ على محرك الاحتراق الداخلي وينتج التيار الكهربائي (المطلوب لأجهزة السيارة الأخرى) عند التباطؤ. هذه المنظومة من السهل تزويد أي سيارة حديثة بها - دارة تحكم الشحن "الذكي" يمكن تركيبها على قطب البطارية مباشرة. النظام العادي "ستارت - ستوب" يمكن أيضاً اعتباره من المايكرو هبريد - يقوم تلقائياً بإطفاء المحرك عند توقف السيارة لتخفيض استهلاك الوقود والانبعاثات الضارة.
- المزايا: لا يزيد من وزن السيارة، بنية بسيطة، سعر منخفض
- السلبيات: الفعالية الضعيفة
- توفير الوقود: 2-5٪
- أين تجده: ميني كوبر، بي إم دبليو الفئة 1، مازدا 6
الهبريد "الناعم" (Mild hybrids أو MHEV)
هنا المحرك الكهربائي يساعد محرك الاحتراق الداخلي فعلاً، يحسن ديناميكية السيارة، لكن ليس بإمكان السيارة التحرك على الكهرباء لوحدها. أول Mild Hybrid تسلسلية الإنتاج - هوندا Insight موديل 1999. أساس الهبريد "الناعم" - محرك كهربائي موصول بمحرك بنزين. عادة ما يسمونه بالمولد- الستارتر (يركب بدلاً من المولد العادي). يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية عند الفرملة ويستهلكها عند التسارع. بمساعدته يتم تحقيق نظام "ستارت ستوب" متقدم، حين يتم إطفاء محرك البنزين حتى قبل توقف السيارة.
هبريد MHEV يحتاج لبطارية إضافية بسعة صغيرة، قادرة على ادخار الطاقة التي تتولد عند الفرملة. أما كيفية استهلاكها يقرر المنتج: في أودي A8 بطارية الـ48 فولت تغذي مضخة الهواء الكهربائية التي تزيد من استطاعة الديزل، في رانج روفر إيفوك تضيف الكهرباء حتى 140 نيوتن متر من العزم وتوفر 6٪ من الوقود.
- المزايا: تحسين الديناميكية، الرخص النسبي
- السلبيات: الاستهلاك ليس أمثل - غالبية الطاقة تذهب لتدوير محرك الاحتراق الداخلي
- توفير الوقود: 5-10٪
- أين تجده: رانج روفر إيفوك، أودي A6، A7 وA8، فيراري LaFerrari
«الهبريد "الكامل" (Full hybrids أو FHEV)
المحرك الكهربائي يمكن أن يحرك السيارة، وبالتالي السيارة قادرة قطع مسافة ولو ليست بالكبيرة على الكهرباء لوحدها. مثلاً بورشه كاييين الهبريد "الكامل" لها مسافة مقطوعة حوالي 50 كم. المحرك الكهربائي موصول بمحرك الاحتراق الداخلي لكن ليس بشكل دائم: يتم تركيب بينهما كلاتش أو وصلة كهربائية ما يعطي الإمكانية التحرك بمحرك احتراق داخلي مطفأ وادخار الطاقة بشكل فعال عند الفرملة. بالمقارنة مع الهبريد "الناعم" يعطي المحرك الكهربائي إضافة ملحوظة للديناميكية، في حال طبعاً كانت الفرملة كافية لشحن البطارية الكبيرة.
تستخدم البطارية أكبر سعة وأعلى توتر كهربائي. تحتاج لدارة تحكم قوية ومحول جهد (لتغذية بقية الإلكترونيات)، نظام تبريد مستقل. الكهرباء تشغل كومبرسور المكيف، مقوي المقود والفرامل. بالمحصلة إصدار الـFHEV أثقل بالوزن وأغلى من العادي، لكن توفير الوقود أيضاً ملحوظ. اليوم Full Hybrids هو الأكثر انتشاراً لكن يصبح من الماضي شيئاً فشيئ.
- المزايا: توفير ملحوط للوقود، زيادة في الديناميكية
- السلبيات: الوزن الكبير، تعقيد البنية، الكلفة العالية
- توفير الوقود: 15-25٪
- أين تجده: إنفينيتي Q50 Hybrid، بورشه كايين S Hybrid
الهبريد - الدفع الرباعي الكهربائي
هو واحد من خيارات هبريد الـFHEV والذي يحرك فيه المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق الداخلي كل واحد محوره. مثلاً المحرك البنزين يحرك العجلات الأمامية، أما الكهربائي بمخفض حركة خاص به يحرك العجلات الخلفية. يمكن بسعر مقبول تحويل السيارة العادية لهبريد رباعية الدفع. لا يتطلب الأمر تقريباً تعديل محرك الاحتراق الداخلي، أما الجزء الخلفي من الهبريد يتطلب التعديل بجميع الأحوال لتركيب البطارية.
- المزايا: البنية البسيطة نسبياً، الدفع الرباعي، السعر الأقل
- السلبيات: أقل فعالية، يقل حجم الصندوق، الوزن أعلى
- توفير الوقود: حتى 20٪
- أين تجده: بيجو 3008 Hybrid4، مازدا Demio e-4WD
الهبريد القابل للشحن (Plug-in hybrids أو PHEV)
اليوم هي أعلى فئة من السيارات بمحركات مختلطة (هجينة). كثير من منتجي السيارات اليوم ينتقلون للهبريد القابل للشحن، مثلا بورشه الموديل Panamera S E Hybrid. مشكلة الهبريد العادية في أنه بإمكانها استعادة الطاقة عند الفرملة فقط. أما في حال الحركة المنتظمة (على طريق السفر مثلاً) لا يستخدم المحرك الكهربائي وشحن البطاريات من محرك الاحتراق الداخلي ليست بالحسبان، فهذا لن يوفر الوقود. لذلك ظهرت فكرة شحن البطارية مسبقاً من المقبس الكهربائي حين تكون السيارة مركونة. سعة بطارية إصدارات PHEV أعلى بكثير من الهبريد العادية. هذه البطاريات تسمح بقطع عشرات الكيلومترات على الكهرباء دون استهلاك الوقود نهائياً.
- المزايا: أقصى توفير للوقود
- السلبيات: الكلفة، الوزن الكبير، التعلق بمحطات الشحن
- توفير الوقود: حتى 70٪
- أين تجده: فولكسفاكن غولف GTE، رانج روفر P400e، شيفروليه فولت، ميتسوبيشي آوتلاندر PHEV
الهبريد المتسلسل - المتوازي
هذا النوع من المحركات الهجينة ابتكرته Toyota في موديلها بريوس - أول سيارة هجينة في العالم تسلسلية الإنتاج. نجحت فيها في كل شيء: ادخار الطاقة بشكل فعال من الفرملة بإعادة التوليد، المشي على البنزين فقط أو على الكهرباء فقط، استخدام مصدري الطاقة سوية وحتى شحن البطارية من محرك الاحتراق الداخلي حين تكون السيارة متوفقة. الأكثر من ذلك هذا الهبريد ليس بحاجة لناقل سرعات: مخفض الحركة الكوكبي مع المحركات الكهربائية يقوم بدور ناقل السرعة بلا درجات. اليوم ينتج الجيل الرابع من المحرك الهجين Hybrid Synergy Drive (HSD)، الذي يركب في جميع إصدارات الهبريد من Toyota وLexus. فكرة HSD محمية ببراءات اختراع تويوتا، لذلك شركات GM، Daimler وBMW توحدوا في إطار مشروع Global Hybrid Cooperation، كان عليهم صناعة منظومة أعقد بمحركين كهربائيين بأربع حزم من أقراص الاحتكاك.
- المزايا: الفعالية العالية، بساطة البنية، الوزن الصغير
- السلبيات: إلكترونيات تحكم معقدة، السعر
- توفير الوقود: حتى 40٪
- أين تجده: تويوتا بريوس، لكزس RX 450h، بي إم دبليو ActiveHybrid، مرسيدس ML 450 Hybrid
بالمختصر عن الأهم
- الهبريد الناعم - يستخدم محرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي لزيادة اقتصاد الوقود. يحصل هذا على حساب استخدام الطاقة المدخرة في البطارية، التي يتم ادخارها أثناء الفرملة. هذه الطاقة يستخدمها محرك الاحتراق الداخلي لمسارعة السيارة. الهبريد الناعم يستخدم المحرك الكهربائي لمساعدة محرك الاحتراق الداخلي.
- الهبريد الكامل - له محرك كهربائي كبير وبطارية كبيرة مقارنة بالهبريد الناعم. الهبريد الكامل يمكن أن يؤمن حركة السيارة لمسافات قصيرة باستخدام المحرك الكهربائي، إضافة لشحن البطارية باستخدام محرك الاحتراق الداخلي من خلال الفرملة بإعادة توليد الطاقة.
- الهبريد القابل للشحن - يمكن شحنه من خلال وصله بالمقبس المنزلي أو باستخدام محطات الشحن. الهبريد القابل للشحن يمكنه التحرك لمسافات بعيدة باستخدام المحرك الكهربائي بفضل البطارية الكبيرة. الهبريد القابل للشحن بإمكانه إرضاء احتياجات غالبية المستخدمين من حيث المسافة المقطوعة بالشحنة الواحدة.
ما الذي ينتظرنا في المستقبل
في عام 2020 دخل حيز التنفيذ القانون 443/2009 الذي يطالب ألا تتجاوز انبعاثات CO2 للموديلات الجديدة الـ95 غ/كم لكل 1370 كغ من الوزن. لكل غرام إضافي لكل سيارة مباعة سيتعين دفع غرامة. هذه المتطلبات تتفق مع وسطي استهلاك وقود 4.1 ليتر/100 كم لمحرك البنزين أو 3.6 ليتر/100 كم لمحرك الديزل. يمكن التوصل لهكذا نتائج فقط باستخدام البطاريات والمحركات الكهربائية، حتى الهبريد الكامل الحديث يتفق بصعوبة مع هذه المعايير. أما بعد عدة سنوات هناك نية لتخفيض الحد الأعلى من الانبعاثات! لذلك السيارات الهبريد القابلة للشحن سيزداد عددها بشكل كبير في الفترة القريبة.
لذلك في المستقبل ينتظرنا التخلي عن محرك الاحتراق الداخلي بالكامل. مع تطور التقنيات (البطاريات بالدرجة الأولى) كل السيارات عاجلاً أم آجلاً ستصبح كهربائية. لكن اليوم السيارات الكهربائية غالية نسبياً، لها مسافة مقطوعة محدودة وفترة شحنها طويلة. بعض الدول أعلنت عن نيتها في منع محركات الاحتراق الداخلي قريباً: بريطانيا، السويد، الدانمارك، إيسلندا، الهند، الصين - بحلول عام 2030 مبيعات السيارات الجديدة بمحركات الاحتراق الداخلي ستصبح ممنوعة! النرويج سيدخل المنع حيز التنفيذ منذ عام 2025.
إسرائيل. العمل على زيادة انتشار وسائل النقل الصديقة للبيئة يمضي قدماً في إسرائيل. بحلول عام 2030 سيتوقف بيع السيارات بمحركات البنزين والديزل. بعدها فقط سيارات كهربائية والسيارات العاملة بالغاز الطبيعي، الذي بلادنا غنية به. أعلنت السلطات أنها ستخفض ضريبة السيارات "النظيفة" بقدر المستطاع حتى الصفر. مع هذا تطور البنى التحتية لتخديم السيارات الكهربائية سيتسارع، وستضاف لألفي محطة شحن الموجودة حالياً كثير من المحطات الأخرى. من المتوقع أنه بحلول عام 2025 ستمشي في طرق إسرائيل 177 ألف سيارة كهربائية وهو عدد هائل. المتوقع أن يصل العدد لمليون ونصف سيارة كهربائية بحلول عام 2030.
