آشنایی با خودروهای برقی

در عصر کنونی خودروهای برقی توجهات زیادی را به خود جلب کرده‌اند و دولت‌ها نیز مردم را تشویق به خرید چنین محصولاتی می‌کنند و بنابراین مهم است که درباره‌ی این خودروها اطلاعات کاملی داشته باشیم.

اما اگرچه به نظر می‌رسد اکثر افراد به استفاده از خودروهای الکتریکی متقاعد می‌شوند اما بسیاری از آن‌ها با دیده تردید به چگونگی عملکرد چنین خودروهایی نگاه می‌کنند. قطعات اصلی خودروهای الکتریکی چیست؟ تفاوت سواری آن‌ها با خودروهای معمولی در چیست؟ ما در کیان باتری به‌ تمامی این سؤالات پاسخ می‌دهیم. با ما همراه باشید.

خودروی الکتریکی

خودروی الکتریکی / Electric Car به خودرویی می‌گویند که یک یا چند موتور الکتریکی داشته باشد و انرژی خود را از باتری‌های قابل شارژ تأمین کند. باتری‌هایی که معمولاً زیر کف خودرو جاسازی می‌شوند.

احتمالاً دو کلمه EV را دیده‌اید که مخفف کلمات خودروی الکتریکی می‌باشد.خودروهای الکتریکی متفاوت از خودروهای هیبریدی و پلاگین هیبریدی هستند زیرا فاقد بخش درون‌سوز بنزینی یا دیزلی می‌باشند.

به منظور شارژ دوباره باتری خودروی الکتریکی شما باید دوشاخه را به سوکت خانگی یا شبکه شارژ عمومی وصل کنید.

خودروهای الکتریکی روز به روز محبوب‌تر می‌شوند زیرا فاقد آلایندگی می‌باشند. این خودروها دی‌اکسید کربن یا ذرات آلاینده تولید نمی‌کنند. این آلاینده‌ها در گرم شدن کره زمین و آسیب به کیفیت هوا مخصوصاً در محیط‌های شهری تاثیر دارند.

ازجمله خودروهای مشهور الکتریکی می‌توان به محصولات شرکت تسلا / Tesla ازجمله مدل S، مدل X و مدل ۳ اشاره کرد. بیشتر خودروسازهای بزرگ جهان ازجمله فولکس‌واگن برنامه ساخت و عرضه خودروهای الکتریکی در سال‌های آینده دارند.

 مشخصات خودرو برقی

ماشین الکتریکی در بسیاری از موارد شبیه ماشین بنزینی و گازوییلی است و تنها تفاوت موجود جایگزینی موتور احتراق با یک باتری قابل شارژ می‌باشد. این باتری، موتور الکتریکی را تامین کرده و موتور الکتریکی، چرخ‌ها را به حرکت در می‌آورد.

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های ماشین‌های برقی با دیگر ماشین‌ها، سیستم ترمز احیا کننده می‌باشد. این سیستم، که به رِجِن نیز معروف است (مخفف رجنراتیو یا احیان کننده)، انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی برای موتور تبدیل می‌کند. دیگر ویژگی شاخص این دسته‌ی نوظهور از وسایل نقلیه، خاموش کردن ماشین در توقف هاست؛ که هدررفت انرژی در ترافیک‌های سنگین شهری را کاهش می‌دهد.

راه‌های بسیاری برای افزایش ظرفیت باطری وجود دارد؛ اما بالاخره باشد ماشین خودرا شارژ کنید. ماشین‌های برقی اغلب پس از پیمودن ۱۶۰ الی ۲۴۰ کیلومتر نیازمند شارژ باطری می‌شوند. این‌کار از طریق ایستگاه‌های مخصوص شارژ خودرو صورت می‌پذیرد.

تعداد این ایستگاه‌ها در کشور‌های صنعتی رو به افزایش است. در ایران نیز اولین ایستگاه شارژ خودرو توسط مپنا و در برج میلاد افتتاح شده است. باتری این ماشین‌ها در خانه و با سلول خورشیدی نیز قابل شارژ است.

طرز کار خودرو های برقی

خودرو­های برقی از باتری بهره می­‌گیرند و یک موتور الکتریکی انرژی الکتریکی باتری را به انرژی لازم برای حرکت چرخ­های اتومبیل تبدیل می­‌کند و خودرو به صورت کاملا پاک حرکت می­کند. خودرو­های برقی در واقع همان خودرو­های احتراق داخلی هستند که با موتورشان با یک موتور الکتریکی جایگزین شده است، منبع انرژی الکتریکی در این خودرو­ها می­‌تواند باتری، پیل سوختی و ابر خازن باشد. سیستم محرکه در این خودرو­ها از سه قسمت تشکیل شده است:

1- پیشران الکتریکی؛ شامل کنترلر خودرو، مبدل الکتریکی قدرت، موتور الکتریکی و انتقال دهنده قدرت مکانیکی.

2- منبع انرژی؛ شامل منبع انرژی، واحد کنترل انرژی، واحد شارژ مجدد منبع انرژی.

3- تجهیزات کمکی؛ شامل واحد فرمان برقی، واحد تهویه مطبوع برقی و واحد تامین توان کمکی.

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.

باتری را با وصل کردن دوشاخه می‌توان شارژ کرد. اکثر مالکان خودروهای الکتریکی این کار را در خانه انجام می‌دهند بنابراین معمولاً باید یک شب خودرو را به دوشاخه وصل کنید و این امر می‌تواند با سوکت استاندارد خانگی یا شارژ وال باکس انجام شود.

حودروهای الکتریکی با باتری‌های گوناگونی عرضه می‌شوند. هرچقدر ظرفیت باتری بیشتر باشد شعاع حرکتی هم بیشتر خواهد بود. اکثر خودروهای الکتریکی حداقل برد ۱۶۰ کیلومتری خواهند داشت و بهترین‌ها شعاع ۴۸۰ کیلومتر را رد خواهند کرد.

در نظر داشته باشید که برد اعلامی خودروها در بهترین شرایط اندازه‌گیری شده و میزان برد واقعی به برخی فاکتورها بستگی خواهد داشت: شرایط جاده‌ای، ترافیک، سبک رانندگی و میزان استفاده از تجهیزاتی همچون برف‌پاک‌کن، سیستم تهویه مطبوع، رادیو و…

در آب‌وهوای گرم شما شاید بتوانید به برد اعلامی نزدیک شوید اما در هوای سرد راندمان باتری به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.

در شرایط نرمال اگر حداکثر برد خودروی شما به‌طور مثال ۳۲۲ کیلومتر باشد، شاید بتوانید به برد حدود ۲۵۷ کیلومتر برسید. در هوای بسیار سرد برد خودرو شاید حدود ۱۶۰ کیلومتر باشد.

البته حداکثر شعاع حرکتی خودرو در طول زمان کاهش خواهد یافت که امری اجتناب‌ناپذیر است. دلیل این امر شارژ چندباره‌ی باتری‌ها بوده و آن‌ها ظرفیت خود را از دست می‌دهند. شما می‌توانید با پیشگیری از شارژ یا خالی شدن کامل باتری از چنین کاری تا حدی پیشگیری کنید. بهتر است شارژ باتری بین ۲۰ تا ۸۰ درصد باقی بماند.

از آنجایی که باتری گران‌ترین بخش خودروی الکتریکی است بنابراین شاید مالکان همواره نگران افت ظرفیت آن باشند و این امر قابل درک است. البته خودروسازان گارانتی‌هایی را در نظر گرفته‌اند. گارانتی باتری خودروهای الکتریکی جدای از گارانتی کلی خودرو می‌باشد.

برای مثال رنو Zoe همانند دیگر محصولات رنو گارانتی ۵ ساله/۱۶۰ هزار کیلومتر داشته ولی باتری آن با گارانتی ۸ سال/۱۶۰ هزار کیلومتر عرضه شده است. اگر طی این زمان ظرفیت باتری به زیر ۶۶ درصد برسد رنو بدون دریافت هزینه آن را تعویض خواهد کرد.

اگر باتری پس از انقضای گارانتی خودرو نیاز به تعویض داشته باشد هزینه‌ی تعویض آن سر به فلک خواهد کشید!

اولین نسل این باطری ها همان باتریهای اسیدی بودند که به تدریج پیشرفته تر شدن.

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:

پایداری: همانطور که خودروی الکتریکی بسیار محبوب می شود، بخش انرژی های تجدیدپذیر نیز محبوب هستند. ما برای تولید برق به آرامی به سمت انرژی باد و خورشیدی حرکت می کنیم و بنابراین روند تولید برق را سبزتر می کنیم.

هزینه حمل و نقل سوخت: بسیاری از مردم این را در نظر نمی گیرند. بنزینی که در پمپ بنزین می گیرید، از یک چاه نفت به جای دیگر پمپ شده، پردازش و حمل شده است. همه این فرایند ها شامل آلودگی در برخی از سطوح است. از طرف دیگر برای خودرو های الکتریکی، برق از طریق سیم از نیروگاه به خانه شما منتقل می شود و این تنظیمات قبلاً برقرار شده است.

بازآفرینی انرژی: مورد دیگری که فقط با خودرو های الکتریکی امکان پذیر است تولید مجدد برق است. این چیز زیادی اضافه نمی کند اما هنوز هم تأثیر کمی در سبزتر شدن خودرو های الکتریکی دارد.

بنابراین اگر تصمیم بگیریم که به سمت انرژی های تجدیدپذیر برای تولید برق برویم و دفع ایمن باتری ها را انجام دهیم، نتیجه می گیریم که خودرو های الکتریکی مطمئن بسیار سبزتر از خودرو های معمولی ICE هستند..

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.

حداکثر سرعت

یکی از دلایل شکست خوردن تلاش‌های قبلی، سرعت پایین محصولات بود. امروزه حداکثر سرعت ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت نیز در بازار خودروهای الکتریکی موجود است. بالاترین سرعت محصولات شاخص برندهای مختلف عبارتند از:

• Tesla Model S– ۲۵۰kmh
• Hyundai Ioniq– ۱۸۵kmh
• Mercedes-Benz B-Class Electric Drive– ۱۶۰kmh
• BMW i3– ۱۵۰kmh
• Nissan Leaf– ۱۵۰kmh
• Fiar 500e– ۱۴۲kmh
• Renault Fluence ZE– ۱۳۵kmh

 بنابراین با وجود اینکه همچنان برتری با خودروهای بنزینیست، ماشین‌های برقی نیز به سرعتی قابل قبول رسیده اند.

تفاوت خودرو هیبریدی و خودرو الکتریکی

برخی از افراد معمولاً از اصطلاح خودروی هیبریدی و خودروی الکتریکی به جای هم استفاده می كنند اما این چنین نیست. معنی هر دو کاملاً متفاوت است. اگر یک وسیله نقلیه هم از طریق برق و هم از طریق گاز کار کند، این یک وسیله هیبریدی است، اگر فقط با برق کار کند آن را خودروی الکتریکی می نامند.خودرویی که هیچ مخزن سوختی ندارد مطمئناً خودروی الکتریکی است.

هر دو خودروی الکتریکی و هیبریدی دارای اهمیت خاص خود هستند، یک ماشین هیبریدی می تواند معایب خودرو الکتریکی مانند زمان سوخت، محدوده سفر کوتاه و… را رد کند اما از آنجا که ICE و EV هر دو دارای سخت افزار هستند، این خودرو ها معمولاً هزینه بر هستند. معمولاً اتومبیل های هیبریدی برای افزایش کارایی یک ماشین به وسیله یک موتور برای کارکردن خودرو در سرعت های پایین به کار می روند.

خودرو های برقی در ایران

طبق گزارشی از خبرگزاری دویچه وله آلمان، تا کنون چند خودروی برقی تحقیقاتی در ایران ساخته شده‌اند. در دی ماه سال ۱۳۹۶ از خودرویی تحت عنوان ساینای برقی رونمایی شد و قرار بود اولین خودرو تولید انبوه برقی ایران باشد.

اتفاقی که البته تاکنون رخ نداده‌است و این خودرو در حد یک نمونه باقی مانده‌است. قیمت ساینای برقی در سال ۱۳۹۶ که پراید ۲۰ میلیون تومان بود، ۷۰ میلیون تومان اعلام شده بود ولی پس از افزایش شدید قیمت خودرو در ایران، قیمت جدیدی برای این خودرو مشخص نشده‌است.

با وجود قیمت گران‌تر نسبت به مشابه بنزینی، به‌نظر می‌رسد در صورت تولید ساینای برقی، مردم نیاز به مشوق‌هایی برای خرید این خودرو داشته باشند. از طرفی زیر ساخت شارژ سریع برای این خودرو در شهرهای ایران وجود ندارد. 

در سال 1396 شرکت مهندسی و ساخت برق و کنترل مپنا (مکو) یک مرکز تخصصی با نام مرکز توسعه خودرو برقی و زیرساخت ها تاسیس کرد تا ضمن ساخت شارژر خودروها و موتورسیکلت های برقی و نیز فراهم نمودن زیرساخت های نرم افزاری و سرور بالادست، تولید پیشرانه خودروهای برقی را نیز در دستور کار قرار دهد.

خودروی برقی ایرانی”دو نیرو”

دو نیرو محصولی است که می‌تواند با برق و یا بنزین کار کند.

خریداران این خودرو می‌توانند تا ۸۰ کیلومتر بدون مصرف هیچ بنزینی سفر کنند و حتی در مواردی اگر مکانی برای شارژ مجدد موتور برقی وجود نداشته باشد می‌توانند از یک موتور اضطراری استفاده کنند.

خودروی برقی ایرانی”قاصدک نصیر”

این خودرو محصول مشترک دانشکده‌های برق و مکانیک دانشگاه خواجه نصیر است،خودروی برقی دو سرنشین ایرانی در کیش تولید خواهد شد.

این خودرو با یک بار شارژ ۱۰۰ کیلومتر را با سرعت ۸۰ کیلومتر در ساعت می‌پیماید.

خودروی برقی ایرانی “یوز “

با قابلیت طی ۲۰۰ کیلومتر مسافت با سه ساعت شارژ و سرعت ۸۰ کیلومتر در ساعت می باشد.

توسط فناوران دانشگاه آزاد اسلامی قزوین طراحی و ساخته شده است.

۱۲۰ سانتیمتر عرض و ۲ متر طول و  ۴۰۰ کیلوگرم وزن دارد.

به طور خلاصه

در ماشین های برقی موتور الکتریکی و باتری وجود دارد که در ایستگاههای مخصوص به خودشان شارژ می شود و تا 400 کیلومتر هم قابلیت شارژ شدن را دارد . در این نوع ماشین ها از باتری به عنوان منبع انرژی استفاده می گردد.

اولین نسل از این خودروها  در قرن نوزدهم میلادی تولید شد ولی خیلی مورد توجه تولیدکنندگان قرار نگرفت سالها گذشت تا در سال 2008 میلادی خودروهای برقی جایگاه ویژه خود را به دست آوردند و تکنولوژی باتری ها توسعه یافت و تولی کنندگان توجه خاصی به تولید بیشتر این نوع از ماشین ها نشان دادند .

در ایران نیز اولین بار توسط  مهندس آرین اولین ماشین برقی- بنزینی  اختراع شد.

عوامل مهم دیگری که جزو مزیت های این نوع ماشین ها محسوب می شد از جمله آلوده نکردن هوا و محیط زیست و تولید نکردن گازهای مضر و عدم وابستگی به سوختهای فسیلی باعث شد تا تولید این نوع ماشینها افزایش یابد.

از معایب این خودروها می توان به قیمت زیاد آنها و ظرفیت محدو شارژشان و نبود نیروی متخصص کافی در این زمینه اشاره کرد.