خودروهای برقی

«خودروهای برقی یا EV»

مقدمه

اتومبیل الکتریکی (EV) از یک طریق کلیدی، از اتومبیل های سنتی متفاوت است: برای رانندگی چرخ ها به جای موتور بنزینی یا دیزلی از برق استفاده می شود. این پاسخ کوتاه به سوال اصلی است اما احتمال این که به دنبال جزئیات بیش تری باشید وجود دارد بنابراین برای همه مواردی که باید در مورد اتومبیل الکتریکی (EV) بدانید ادامه مطلب را بخوانید.

اتومبیل الکتریکی (EV) از نسخه بزرگ تر باتری مشابه باتری موجود در تلفن شما استفاده می کند که به یک موتور الکتریکی متصل است که چرخ ها را می چرخاند. سایر عملکردهای این خودرو مانند چراغ ها، کنترل آب و هوا و استریو نیز از نظر الکتریکی تأمین می شوند.

اتومبیل الکتریکی (EV) وسیله ای است که از موتور الکتریکی برای رانش آن استفاده می کند. به وسایل نقلیه ای که فقط به یک موتور الکتریکی مجهز هستند، خودروهای الکتریکی کاملاً الکتریکی یا خالص گفته می شود. به وسایل نقلیه ای که هم به ICE (موتور احتراق داخلی) و هم به موتور الکتریکی مجهز هستند، خودروهای الکتریکی هیبریدی گفته می شود. به آن دسته از وسایل نقلیه با ICE و هم چنین شارژ آن ها از یک منبع الکتریکی، وسایل نقلیه الکتریکی پلاگین هیبریدی (PHEV) گفته می شود. در هیبریدها می توان ICE و موتور الکتریکی را به صورت سری یا موازی مرتب کرد. در پیکربندی سری، باتری موتور الکتریکی را تأمین می کند، اما وقتی شارژ باتری کم می شود، ICE ژنراتوری را شارژ می کند. در تنظیم موازی یا ICE یا موتور الکتریکی (یا هر دو) می توانند چرخ های ماشین را مستقیماً بچرخانند. انواع مختلفی از وسایل نقلیه برقی از جمله تراموا، قطار، کامیون و اتومبیل وجود دارد. از اتومبیل هایی که از موتورهای الکتریکی استفاده می کنند غالباً به عنوان ecar یاد می شود.

هم چنین وسایل نقلیه ای وجود دارند که از سلول های سوختی برای شارژ باتری ها استفاده می کنند. این سلول ها انرژی شیمیایی را از یک سوخت به برق تبدیل می کنند. برای این منظور معمولاً از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می شود. (بیش ترین سازگارتری برای تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب با استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر است.)

اتومبیل های خورشیدی نیز وجود دارند. آن ها از سلول های فوتوالکتریک استفاده می کنند که از نور خورشید برای تولید انرژی الکتریکی برای شارژ باتری ها استفاده می کنند.

انواع خودروهای EV

وسایل نقلیه برقی باتری (BEV)

در مقایسه با موتور احتراق داخلی، وسایل نقلیه الکتریکی مجهز به باتری تقریباً 99٪ قطعات متحرک کم تری دارند که نیاز به نگهداری دارند.

مزایای یک BEV:

• سر و صدای بسیار کمی ایجاد می کند.
• بدون اگزوز، شمع، کلاچ یا چرخ دنده است.
• سوخت های فسیلی را نمی سوزاند، در عوض از باتری های قابل شارژ استفاده می کند.

BEV ها می توانند یک شب در خانه شارژ شوند و محدوده کافی برای سفرهای متوسط ​​را فراهم کنند. با این حال، مسافرت های طولانی تر یا آن هایی که به صعودهای تپه ای زیادی نیاز دارند، ممکن است به این معنی باشد که سلول های سوختی قبل از رسیدن به مقصد نیاز به شارژ دارند، اگرچه ترمز احیا یا رانندگی در سراشیبی می تواند با شارژ بسته های باتری به کاهش آن کمک کند.

مدت زمان شارژ معمول برای یک ماشین الکتریکی می تواند از 30 دقیقه و تا بیش از 12 ساعت باشد. همه این ها به سرعت ایستگاه شارژ و اندازه باتری بستگی دارد.

در دنیای واقعی، برد یکی از بزرگ ترین نگرانی ها برای وسایل نقلیه الکتریکی است، اما چیزی است که توسط صنعت برطرف می شود.

اتومبیل الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEV)

خودروهای الکتریکی هیبریدی به جای این که فقط به یک موتور الکتریکی اعتماد کنند، مخلوطی از باتری و بنزین (یا دیزل) را ارائه می دهند. این امر باعث می شود که آن ها برای سفر در مسافت های طولانی بهتر باشند زیرا می توانید به جای استفاده از سوخت های سنتی به جای یافتن شارژ برای شارژ باتری، به سراغ سوخت های سنتی بروید.

البته همان معایبی که در مورد خودروهای موتور احتراقی اعمال می شود در مورد PHEV ها نیز وجود دارد مانند نیاز به تعمیر و نگهداری بیش تر، صدای موتور، میزان آلایندگی و هزینه بنزین. هم چنین PHEV ها بسته باتری کوچک تری دارند که به معنای کاهش دامنه است.

TWI در توسعه وسایل نقلیه برقی، کمک به وزن سبک وسایل نقلیه، کمک به اتصال و جوشکاری، کاهش در برابر احتراق باتری و سایر موارد نقش مهمی داشته است.

اجزای تشکیل دهنده خودروهای برقی

سنگین‌ترین قسمت ماشین‌های برقی، باتری آن‌هاست. این سنگینی باعث پایین آمدن مرکز ثقل شده و به‌همین‌دلیل، ویژگی مثبت تلقی می‌شود. بدیهی است که اجزای مربوط به احتراق و سوخت در این ماشین‌ها وجود ندارد.

• باتری کمکی(Auxiliary): این قطعه وظیفه‌ی برق‌رسانی جانبی را بر عهده دارد و قطعات داخلی مثل ضبط و کولر انرژی خود را از این باتری می‌گیرند.
• پورت شارژ(Charge Port): این پورت به وسیله‌ی نقلیه اجازه می‌دهد تا به یک ورودی مناسب وصل شده و باتری اصلی اش را شارژ کند.
• مبدل DC/DC: وظیفه‌ی این قطعه گرفتن جریان مستقیم (DC) ولتاژ بالا از باتری اصلی و تامین جریان مستقیم ولتاژ پایین لازم برای پر کردن باتری کمکی و برق‌رسانی به قطعات داخلی اتوموبیل است.
• موتور الکتریکی(Electric traction motor): کار اصلی آن استفاده از توان باتری و به حرکت درآوردن چرخ‌های ماشین است. در بعضی از مدل‌ها، این موتور علاوه بر تامین انرژی جنبشی، علمیات احیاکنندگی از طریق ترمز را نیز انجام می‌دهد.
• شارژر داخلی(Onboard charger): جریان متناوب (AC) وارد شده از طریق پورت شارژ را گرفته و تبدیل به جریان مستقیم مورد نیاز باتری می‌کند. علاوه بر این، در حین شارژ اطلاعاتی از قبیل دمای باتری، ولتاژ و درصد شارژ را در اختیار ما می‌گذارد.
• کنترل نیرو(Power electronics control): کارایی این واحد، کنترل جریان الکتریسیته‌ی خارج شده از باتری و کنترل سرعت موتور و گشتاور تولیدی آن می‌باشد.
• سیستم خنک‌کننده(cooling): همانطور که از نام آن پیداست، کار این سیستم حفظ قطعات در دمای مناسب برای کاراییست.
• باتری اصلی(Traction battery pack): انرژی الکتریکی را برای استفاده‌ی موتور الکتریکی ذخیره می‌کند.
• واحد انتقال(Transmission):  کار آن انتقال انرژی جنبشی تولید شده توسط موتور به چرخ‌هاست.

باتری خودرو های برقی

این مهم‌ترین بخش یک خودروی الکتریکی است. باتری است که شعاع حرکتی، زمان شارژ و دیگر فاکتورهای سواری یک خودروی الکتریکی را تعیین می‌کند. به همین خاطر مجموعه باتری خودروهای الکتریکی بخش اعظم سرمایه‌گذاری و هزینه‌ها را به خود اختصاص می‌دهد. همچنین به همین خاطر است که خودروهای الکتریکی معمولاً گران‌تر از مدل‌های بنزینی یا دیزلی می‌باشند. همچنین تعمیر یا تعویض باتری‌ها فرایندی بسیار هزینه‌بر خواهد بود.

باتری‌های موجود در خودروهای الکتریکی معمولاً از نوع لیتیوم-یونی هستند و چنین باتری‌هایی را می‌توانید در گوشی‌های هوشمند یا لپ‌تاپ‌ها نیز بیابید. باتری‌های لیتیوم-یونی به خاطر نسبت قدرت به وزن بهتر در مقایسه با باتری‌های دیگر مورداستفاده قرار می‌گیرند.

با این ‌وجود یک مجموعه باتری هنوز هم بسیار سنگین بوده و بنابراین تا حد ممکن در ارتفاعی پایین و کف خودرو قرار می‌گیرد. این امر به هندلینگ خودرو کمک کرده و باعث می‌شود خودرو در زمان تغییر جهت حرکت پایدار بماند.

انواع باتری های خودرو الکتریکی

در تکنولوژی خودروهای برقی عواملی چون ظرفیت باتری ، عملکرد باتری ، دوام باتری ، طول عمر، چگالی انرژی، چگالی توان، حساسیت نسبت به دما، زمان شارژ و قیمت از شاخصه‌های مهم انتخاب باتری می‌باشد.

باتری های مورد استفاده در خودروی برقی :

• باتری اسیدی
• باتری نیکل-کادمیم
• باتری  نیکل-آهن
• باتری نیکل– هیدرید فلز

شارژ خودروهای برقی

افزایش تعداد خودروهای برقی، اگرچه کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی را به دنبال خواهد داشت ولی شارژ خودروهای برقی می‌تواند یکی از معضلات پیش روی صنعت برق باشد. از سویی شرکت‌های توزیع و بهره برداران شبکه بایستی در خصوص تحویل توان درخواستی به صاحبان خودروهای برقی زیرساختهای خود را تقویت و به روز کنند و از طرف دیگر رفتار تصادفی و ناهماهنگ مالکان خودرو برای شارژ باتری می‌تواند شبکه توزیع را دچار مشکلاتی چون افزایش پیک مصرف، نوسانات ولتاژ و افزایش تلفات نماید.

به طور متوسط یک خودروی الکتریکی حداقل 5 ساعت طول می کشد تا شارژ شود که این با توجه به مسافت بسیار کمی که می پیماید فاجعه است. یک آمریکایی روزانه به طور متوسط بیش از 50 کیلومتر رانندگی می کند، و خودروی الکتریکی تا 90 کیلومتر شارژ نگه می دارد این یعنی تقریباً هر روز باید شارژ شود. این باعث می شود که شارژر ها به یکی از اجزای پرکاربرد تبدیل شوند.

مصرف انرژی خودرو های الکتریکی

در حالی که خودرو الکتریکی با باتری ها کار می کند، برق برای شارژ باتری ها از نیروگاه ها تامین می شود که طبق نظرسنجی زیر، 61 درصد از برق جهان از منابع تجدید ناپذیر مانند زغال سنگ و گاز تولید می شود.

به غیر از این، باتری های خودروی الکتریکی از مواد شیمیایی مضر ساخته شده اند و وقتی دفع می شوند، محیط زیست را آلوده می کنند. با در نظر گرفتن همه این موارد خودروی الکتریکی ممکن است آنطور که فکر می کردیم سازگار با محیط زیست باشد یا نه؟

بسیاری از کارشناسان در این نتیجه گیری که خودرو های الکتریکی نسبت به خودرو های معمولی ICE سبزتر هستند، اتفاق نظر دارند. این به دلایل زیر است:

مقایسه خودروهای معمولی بنزینی با الکتریکی

تفاوت قیمت

در حال حاضر وسایل نقلیه‌‌ی برقی به مراتب گران‌تر از وسایل نقلیه‌ی عادی هستند؛ اما پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آتی، این وضعیت تغییر کند. همچنین کمک به صرفه‌جویی در دیگر هزینه‌ها، قیمت بالای خودروهای الکتریکی را توجیه‌پذیر می‌کند.

هزینه‌ی سوخت

یکی از برتری‌های ماشین‌های برقی به ماشین‌های بنزینی، کاهش هزینه‌ی سوخت می‌باشد. برای شارژ کامل باتری این ماشین‌ها در انگلیس، بین ۳ تا ۴ یورو هزینه می‌شود و با استفاده از آن‌ها، سالانه ۹۰۰ یورو (در مقایسه با ماشین‌های بنزینی)، در هزینه‌ها صرفه‌جویی خواهد شد.

هزینه‌های نگهداری

خودروهای الکتریکی قطعات کمتری نسبت به خودروهای معمول داشته و بالطبع خرابی کمتری دارند. همچنین نیاز نیست نگران مسائلی مانند تعویض روغن باشید. بر اساس مطالعه‌ی RAC، کسانی که به اتوموبیل برقی رو می‌آورند، هزینه‌ی سالانه‌ی نگهداری خود را تا ۳۰۰ یورو کمتر خواهند کرد.

تنها چالش نگهداری این ماشین‌ها مربوط به تعویض باطری لیتیومی می‌باشد. این باتری‌ها حداقل تا ۱۶۰هزار کیلومتر نیاز به تعویض پیدا نمی‌کنند.اما اگر زمان تعویض آن‌ها فرا برسد هزینه‌ی سرسام آوری را به صاحب ماشین تحمیل خواهند کرد. هزینه‌ای که گاهی تا ۳۰هزار یورو بالا می‌رود و با قیمت یک ماشین بنزینی برابری می‌کند.

ایستگاه های شارژ خودروهای برقی

جایگاه شارژ وسایل نقلیه برقی که به اختصار ECS یا EVSE نیز خوانده می‌­شود در واقع تامین کننده انرژی وسایل نقلیه برقی اعم از هیبرید PLUG-IN و تمام برقی است. این جایگاه­‌های شارژ مانند پمپ بنزین­‌ها لازم نیست در مکانی مخصوص قرار داشته باشد و تجهیزات جانبی زیادی نیز نیاز ندارد. این جایگاه‌­ها تقریبا ایمن هستند و نیاز به تجهیزات ایمنی زیادی ندارند. از همین بابت می­‌توان در محل کار یا خانه یک جایگاه شارژ وسایل نقلیه برقی داشت.

انواع ایستگاه شارژ وسایل نقلیه برقی

جایگاه­‌های شارژ را می‌­توان به چهار دسته­ اولیه تقسیم بندی کرد:

ایستگاه­‌ شارژ مسکونی

زمانی که یک خودرو­ی PLUG-IN  در خانه است و از آن استفاده نمی­‌شود بهترین زمان برای شارژ کردن آن است. بنابراین می­‌توان از شارژر درون خانه استفاده کرد و یک جایگاه شارژ اختصاصی درون پارکینگ منزل بوجود آورد. شارژر­های درون خانه، معمولا تجهیزات اندازه ­گیری مقدار برق مصرفی را ندارند اما برای شارژ سریع نیاز به یک سری سیم­ کشی­‌های خاص دارند. همچنین می­‌توان بعضی از شارژر­های قابل حمل را به دیوار وصل کرد و به عنوان ایستگاه شارژ استفاده کرد.

ایستگاه­‌ شارژ اماکن عمومی

معمولا صاحبان مراکز تفریحی و فرهنگی و تجاری که کارمندان و مشتری­‌های زیادی دارند. خودرو­هایی زیادی در پارکینگ ­های این مراکز پارک است، اقدام به نصب شارژر­های خودرو­های PLUG-IN در قسمت­هایی از پارکینگ می­‌کنند. این شارژر­ها می‌­توانند رایگان باشند تا صاحبان خودرو­های PLUG-IN را ترغیب کنند تا ضمن استفاده از امکانات آن مراکز، خودرو­های خود را نیز شارژ کنند. شارژر­های مورد استفاده در این اماکن معمولا AC نوع اول و دوم هستند که جلوتر پیرامون آن­ها صحبت خواهیم کرد.

دیگر نوع ایستگاه شارژ وسایل نقلیه برقی، شارژر­های شارژ سریع در ایستگاه­ های عمومی است. این شارژر­ها با قدرت بیش از 40 کیلووات قادر به تحویل بیش از 97 کیلومتر برد در 10 تا 30 دقیقه هستند. این ایستگاه­‌های شارژ معمولا در استراحت­گاه­‌های بین راهی مورد استفاده قرار می­‌گیرند تا امکان سفر­های طولانی‌­تر را برای خودرو­های برقی فراهم آورد. البته در ایستگاه­‌های شهری نیز برای شارژ سریع در زمان پارک­‌های کوتاه مورد استفاده قرار می­‌گیرد. سوکت­‌های این شارژر­ها معمولا از نوع 2 (اروپایی)، CCS، CHAdeMO و سوپر شارژر­های تسلا هستند.

چند نمونه از سریع ترین خودروهای برقی جهان

۱. تسلا مدل ۳ لانگ رینج – Tesla Model 3 Long Range

تسلا مدل ۳ لانگ رینج، که به سومین سال تولید خود نزدیک می‌شود، فقط ۵۰ هزار دلار قیمت دارد و با این قیمت مناسب، عملکرد قدرتمندی مانند بسیاری از خودروهای گران‌تر مانند پورشه تایکان دارد. شتاب ۰ تا ۱۰۰ این خودرو می‌تواند از ۴.۲ ثانیه به ۳.۹ ثانیه کاهش پیدا کند، ولی این‌کار برای شما ۲ هزار دلار آب می‌خورد.

۲. پورشه تایکان کراس توریزمو ۴اس – Porsche Taycan Cross Turismo 4S

پورشه تایکان کراس توریزمو، مدل جسور و پرخاشجوی خودروی سدان اسپرت و الکتریکی تایکان به شمار می‌رود و البته ۶۵۰۰ دلار گران‌تر از آن است. با این مبلغ اضافه، شما باتری قوی‌تر، فضای داخلی بیشتر و کیفیت رانندگی بهتری خواهید داشت.

۳. آئودی ای-ترون جی‌تی – Audi e-tron GT

خودروی برقی جدید آئودی روی پلتفرم پورشه تایکان ارائه شده است، اما برعکس تایکان، باتری ۹۳ کیلووات-ساعتی آن آپشنال نیست. در پورشه تایکان دست‌یابی به بسیاری از امکانات پولی است، ولی آئودی بیشتر گزینه‌های اضافی را بدون هزینه مضاعف به شما ارائه می‌دهد.

نتیجه گیری

از مزایای خودروی برقی نسبت به خودروی احتراقی می‌توان به کاهش قابل ملاحظه آلودگی هوای محلی، کاهش گازهای گلخانه‌ای و کاهش وابستگی به نفت اشاره کرد. تعداد زیادی از کشورها و دولت‌های مربوطه به منظور ترویج و گسترش بازار خودروهای برقی از انگیزاننده‌های دولتی برای خودروهای برقی استفاده می‌کنند. نتایج تحقیقی که توسط رویترز در ژانویه سال ۲۰۱۹ بر روی ۲۹ خودروسازی بزرگ جهان انجام شده‌است نشان می‌دهد که خودروسازان قصد دارند در ۵ تا ۱۰ سال آینده میزان ۳۰۰ میلیارد دلار روی خودروهای برقی سرمایه‌گذاری کنند که ۴۵٪ از این مبلغ فقط متعلق به کشور چین است.

در مقایسه با خودروهای با موتور درون‌سوز، خودروهای برقی کم صداتر بوده و هیچ گونه آلودگی خروجی از اگزوز ندارند.

تهیه شده از اینترنت

فهرست مطالب

مقدمه 1
انواع خودروهای EV 2
طرز کار خودرو های برقی 4
اجزای تشکیل دهنده خودروهای برقی 5
باتری خودرو های برقی 6
انواع باتری های خودرو الکتریکی 8
شارژ خودروهای برقی 8
مصرف انرژی خودرو های الکتریکی 9
مقایسه خودروهای معمولی بنزینی با الکتریکی 10
ایستگاه های شارژ خودروهای برقی 11
انواع ایستگاه شارژ وسایل نقلیه برقی 12
مدت زمان شارژ شدن 13
چند نمونه از سریع ترین خودروهای برقی جهان 14
نتیجه گیری 15

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، فهرست مطالب و 15 صفحه متن (در قالب و ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله  B Nazanin(14) و برای تیترهای داخل مقاله B Titr می باشند.

قیمت این مقاله 1900 تومان می باشد، جهت دریافت کامل متن مقاله (قابل ویرایش) بالای صفحه روی پرداخت و دریافت کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات علمی

نوشته شده در 26 دی ۱۴۰۱ توسط بهنام پروندی

لطفا پس از بهره مندی از مطالب فوق با نظر گرمت به من انرژی مثبت تزریق کن 🙂