خودروهای برقی
وسایل نقلیه تمام الکتریکی که به آنها وسایل نقلیه الکتریکی باتری (BEV) نیز گفته می شود، از یک بسته باتری برای ذخیره انرژی الکتریکی که موتور را تغذیه می کند، استفاده می کنند. باتری ها با وصل کردن خودرو به منبع برق شارژ می شوند. اگرچه تولید برق ممکن است در آلودگی هوا نقش داشته باشد، اما وسایل نقلیه تمام الکتریکی را به عنوان وسایل نقلیه بدون آلایندگی دسته بندی می کنند، زیرا آنها گازهای خروجی مستقیم از اگزوز تولید نمی کنند.
خودروهای برقی چگونه کار میکنند؟
وسایل نقلیه تمام الکتریکی که به آنها وسایل نقلیه الکتریکی باتری (BEV) نیز گفته می شود، به جای موتور احتراق داخلی، دارای موتور الکتریکی هستند. این وسیله نقلیه از یک بسته باتری کششی بزرگ برای تغذیه موتور الکتریکی استفاده می کند و باید به پریز دیواری یا تجهیزات شارژ متصل شود که به آن تجهیزات تامین خودرو الکتریکی (EVSE) نیز گفته می شود. از آنجایی که خودرو با برق کار می کند، هیچ دودی از لوله اگزوز منتشر نمی کند و حاوی اجزای معمولی سوخت مایع مانند پمپ سوخت، خط سوخت یا مخزن سوخت نیست.
اجزای اصلی ماشین برقی
- باتری: در یک وسیله نقلیه الکتریکی، باتری کمکی برق را برای تامین برق لوازم جانبی خودرو تامین می کند.
- پورت شارژ: درگاه شارژ به وسیله نقلیه اجازه می دهد تا به منبع تغذیه خارجی متصل شود تا باتری اصلی خود را شارژ کند.
- مبدل DC/DC: این دستگاه برق DC ولتاژ بالاتر را از بسته باتری اصلی به برق DC ولتاژ پایین مورد نیاز برای راه اندازی لوازم جانبی خودرو و شارژ مجدد باتری کمکی تبدیل می کند.
- موتور الکتریکی: این موتور با استفاده از نیروی حاصل از بسته باتری اصلی، چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.
- شارژر داخلی: الکتریسیته AC ورودی را که از طریق درگاه شارژ تامین می شود را می گیرد و برای شارژ باتری اصلی به برق DC تبدیل می کند. همچنین با تجهیزات شارژ ارتباط برقرار می کند و ویژگی های باتری مانند ولتاژ، جریان، دما و وضعیت شارژ را در حین شارژ کردن باتری نظارت می کند.
- کنترل کننده نیرو: این واحد جریان انرژی الکتریکی تحویل شده توسط باتری اصلی را مدیریت می کند و سرعت موتور الکتریکی و گشتاور تولیدی آن را کنترل می کند.
- سیستم حرارتی (خنک کننده): این سیستم محدوده دمای عملیاتی مناسب موتور، موتور الکتریکی و سایر اجزا را حفظ می کند.
- باتری اصلی: برق را برای استفاده توسط موتور الکتریکی ذخیره می کند.
- باتری کمکی: برق را برای تامین انرژی لوازم جانبی خودرو تامین می کند.
- واحد انتقال: این واحد نیروی مکانیکی را از موتور الکتریکی برای به حرکت درآوردن چرخ ها منتقل می کند.
باتری ها در ماشین های برقی
سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، معمولاً باتری‌ها، برای وسایل نقلیه تمام الکتریکی، وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEV) و وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی (HEV) ضروری هستند. نوع باتری استفاده شده بستگی به نوع خودرو شما دارد.
اگر صاحب یک خودروی الکتریکی هستید، به احتمال زیاد انرژی آن از باتری لیتیوم یونی تامین می شود. این باتری‌ها که برای وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن‌های همراه نیز استفاده می‌شوند، بیشترین استفاده را در خودروهای برقی دارند، زیرا وزن آنها سبک بوده و بازده انرژی بالایی دارند. به علاوه در دماهای بالا عملکرد خوبی دارند.
باتری های سرب اسید گزینه ای ایمن و ارزان هستند. با این حال، از آنجایی که آنها طول عمر کوتاه و عملکرد ضعیفی در دمای سرد دارند، در حال حاضر فقط به عنوان باتری کمکی در خودروهای برقی تجاری استفاده می‌شوند.
باتری های نیکل – هیدرید فلز بیشتر در خودروهای هیبریدی – الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرند. وسایل نقلیه هیبریدی الکتریکی به وسیله منبع خارجی شارژ نمیشوند و انرژی لازم برای شارژ باتری را به وسیله سوخت تامین می کنند.
باتری های نیکل – هیدرید فلز چرخه عمر طولانی تری نسبت به باتری های لیتیوم یون یا سرب اسید دارند. بزرگترین مشکل باتری های نیکل – هیدرید فلز هزینه بالا، سرعت دشارژ زیاد و تولید گرمای زیاد در دمای بالا است. این مسائل باعث می شود این باتری ها برای وسایل نقلیه الکتریکی قابل شارژ کارایی کمتری داشته باشند، به همین دلیل است که آنها عمدتاً در خودروهای الکتریکی هیبریدی استفاده می شوند.
ابرخازن ها کاملا متفاوت با باتری های سنتی هستند. آن ها مایع پلاریزه شده را بین یک الکترود و یک الکترولیت ذخیره می کنند. با افزایش سطح مایع، ظرفیت ذخیره انرژی نیز افزایش می یابد. ابرخازن‌ها، مانند باتری‌های سرب اسید، عمدتاً به‌عنوان وسایل ذخیره سازی ثانویه در وسایل نقلیه الکتریکی مفید هستند، زیرا فوق‌خازن‌ها به باتری‌های الکتروشیمیایی کمک میکنند تا بار خود را تراز کنند. علاوه بر این، فوق خازن ها می توانند در هنگام شتاب گیری و ترمز احیا کننده، قدرت اضافی را برای خودروهای الکتریکی فراهم کنند.
تفاوت موتورهای الکتریکی و احتراقی
اگر به نحوه عملکرد هر کدام از موتور های الکتریکی و احتراقی دقت کنیم، متوجه میشویم که موتورهای الکتریکی کارایی بهتری دارند.
نحوه حرکت خودرو در موتورهای احتراقی به این صورت است که انرژی توسط احتراق ترکیب سوخت و اکسیژن تولید شده و به سیستم چرخ دنده اجازه می دهد تا به حرکت درآید که در نهایت خودرو را به جلو می راند.
در مقابل موتور های الکتریکی برای حرکت به سیستم چرخ دنده متکی نیستند. در عوض، باتری اصلی به سادگی برق را از طریق کنترلر به موتور می رساند، که نیروی مغناطیسی ایجاد می کند که چرخ ها را به چرخش در می آورد.
از آنجایی که این سیستم به قطعات متحرک کمتری نیاز دارد، خودروهای الکتریکی قادر به تولید گشتاور بیشتری نسبت به خودروهای گازسوز هستند. نیروی باتری مستقیماً به چرخ‌ها می‌رود که امکان شتاب فوری را فراهم میکند.
باتری در ماشین های برقی چگونه کار میکند؟
خودروهای تمام الکتریکی به جای موتور احتراق داخلی که در خودروهای بنزینی استفاده می شود، دارای یک موتور کشش الکتریکی هستند. خودروهای تمام برقی از باتری اصلی (معمولاً یک باتری لیتیوم یونی) برای ذخیره برق مورد استفاده موتور برای به حرکت درآوردن چرخ های خودرو استفاده می کنند. بسته باتری کششی یا باتری اصلی بخشی از خودرو است که باید به برق وصل و شارژ شود و کارایی آن به تعیین برد کلی خودرو کمک می کند.
در خودروهای هیبریدی دو موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی وجود دارد که موتور کشش الکتریکی از یک بسته باتری کششی بسیار شبیه به خودروهای تمام الکتریکی نیرو می گیرد. خودروهای هیبریدی برای شارژ باتری به منبع خارجی متصل نمی شوند. باطری از طریق ترمز احیا کننده و توسط موتور احتراق داخلی شارژ میشود. خودرو های هیبریدی با کمک موتور الکتریکی خود، انرژی جنبشی هدر رفته در هنگام ترمز گیری را به صورت الکتریسیته در باتری ها ذخیره کرده و مجددا از آن استفاده می کنند. همچنین در این مدل خودرو، موتور بنزینی (دیزل) به این معنی است که سوخت کمتری مصرف می کنند. سبک تر هستند و فقط برای حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از سر بالایی به کمک موتور برقی خودروی هیبریدی می آیند.
چگونه عمر باتری خودرو برقی را افزایش دهیم
در استفاده از خودرو برقی، روش هایی وجود دارد که باعث افزایش طول عمر و کارایی باتری خواهد شد. این روش ها به شما این امکان را می دهد که باتری ها را برای مدت طولانی تری نگه دارید، کمتر شارژ کنید و مسافت های طولانی تری را طی کنید. اگر در آب و هوای معتدل زندگی می کنید، باتری خودرو برقی شما به احتمال زیاد بعد از 12 تا 15 سال نیاز به تعویض دارد.
یکی از راه‌های صرفه‌جویی در انرژی باتری این است که در صورت امکان با سرعت کمتری رانندگی کنید. سرعت های بالاتر باتری را سریعتر تخلیه می کند. بنابراین با استفاده از خیابان های فرعی به جای بزرگراه ها، می توانید در مصرف برق صرفه جویی کنید و زمان شارژ را کاهش دهید.
یکی دیگر از روش های ساده برای افزایش عمر باتری، پارک کردن در سایه است. مانند سرعت های بالا، دمای بالا باعث می شود باتری ها سخت تر کار کنند. هنگامی که در زیر نور خورشید پارک می شود، ماشین شما باید از سیستم مدیریت حرارتی خود استفاده کند تا خود را خنک نگه دارد.
شارژ باتری خودروهای الکتریکی با انرژی خورشیدی
شارژ باتری خودرو های برقی با منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، سبب کاهش انتشار گازهای گلخانه ای خواهد شد. به طور متوسط 80 درصد از شارژ خودروهای برقی در خانه انجام می شود و پنل های خورشیدی هم می توانند هزینه های شارژ منظم خودرو را جبران کنند و هم استفاده از سوخت های تجدید ناپذیر را در فرآیند شارژ کاهش دهند. علاوه بر این، بسیاری از شارژرهای عمومی از پنل های خورشیدی به عنوان راهی برای کاهش استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر در طول فرآیند استفاده می کنند.
مزایای استفاده از خودروهای الکتریکی و هیبریدی
- دوستدار محیط زیست
- مزایای مالی
- عدم وابستگی یا وابستگی کمتر به سوخت های فسیلی
- ساخته شده از متریال بسیار سبک
- دارای سیستم ترمز احیا کننده
- سیستم استارت استاپ خودکار
معیایب استفاده از خودروهای الکتریکی و هیبریدی
- قدرت کمتر
- هزینه اولیه بالا
- هزینه های نگهداری بالا
- احتمال برق گرفتگی در هنگام تصادف
- گران بودن باتری در هنگام تعویض
- سختی در جمع آوری و بازیافت باتری ها
در ویدیو زیر مزایا و معایب خودروهای الکتریکی به صورت کامل شرح داده شده است.
محدوده رانندگی با خودروهای برقی
خودروهای تمام برقی امروزی معمولاً برد کمتری (در هر بار شارژ) نسبت به خودروهای معمولی (به ازای هر مخزن بنزین) دارند. با این حال، افزایش دامنه مدل های جدید و توسعه مداوم تجهیزات شارژ پرقدرت این شکاف را کاهش می دهد. راندمان و محدوده رانندگی BEV ها به طور قابل توجهی بر اساس شرایط رانندگی متفاوت است. دمای شدید بیرون باعث کاهش برد می شود، زیرا انرژی بیشتری باید برای گرم کردن یا خنک کردن کابین استفاده شود. خودروهای تمام الکتریکی در رانندگی شهری کارآمدتر از سفرهای بزرگراهی هستند. شرایط رانندگی در شهر دارای توقف های مکرر است که مزایای ترمز احیا کننده را به حداکثر می رساند، در حالی که سفر در بزرگراه معمولاً برای غلبه بر کشش افزایش یافته در سرعت های بالاتر به انرژی بیشتری نیاز دارد. در مقایسه با شتاب تدریجی، شتاب سریع برد خودرو را کاهش می دهد. حمل بارهای سنگین یا بالا رفتن از شیب های قابل توجه نیز پتانسیل کاهش برد را دارد.
