مروری بر فناوری خودروهای الکتریکی

فناوری خودروهای الکتریکی از زمان معرفی به سرعت پیشرفت کرده است و امروزه گزینه‌های خودروهای برقی هیبریدی و باتری شارژی زیادی در بازار موجود است. اما خودروهای الکتریکی دقیقا چگونه کار می کنند و چه مزیت هایی دارند؟

بیایید با در نظر گرفتن فناوری خودروهای قدیمی شروع کنیم: موتور احتراق داخلی یا ICE. این وسیله نقلیه توسط یک موتور احتراقی حرکت می کند که فقط با بنزین می توان سوخت آن را تامین کرد.

این فناوری معمولی، جاافتاده و قابل اعتماد است، اما مقادیر زیادی بنزین مصرف می‌کند که از بسیاری جهات می‌تواند پرهزینه باشد.

وارد پیشرانه خودروی الکتریکی شوید! برخلاف فناوری احتراق داخلی - که از احتراق و فشار برای به حرکت درآوردن وسیله نقلیه استفاده می کند - وسایل نقلیه الکتریکی یا EV ها توسط الکترومغناطیس به پیش می روند.

این وسایل نقلیه از برقی که معمولاً در باتری ذخیره می‌شود، برای تامین انرژی موتور الکتریکی استفاده می‌کنند. فناوری EV در وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی یا HEV استفاده می شود.

خودروهای برقی هیبریدی پلاگین یا PHEV و وسایل نقلیه الکتریکی با باتری یا BEVs.

خودروی الکتریکی هیبریدی اولین فناوری EV بود که به بازار خودروهای مدرن راه یافت.

HEV ها مانند تویوتا پریوس و لکسوس CT-200-H به دلیل افزایش بهره وری سوخت محبوب هستند، این خودروها یک موتور احتراق داخلی و یک موتور الکتریکی را با یک باتری کوچک برای ذخیره برق ترکیب می کنند.

اگرچه سوخت یک HEV فقط از بنزین تامین می شود، باتری خودرو نیز برای تامین انرژی موتور الکتریکی استفاده می شود.

الکتریسیته ذخیره شده در باتری در درجه اول از بازپس گیری انرژی از طریق ترمز احیا کننده حاصل می شود، این استفاده از انرژی بازگرفته شده یکی از دلایلی است که یک HEV نسبت به خودروهای معمولی ICE در مصرف سوخت کارآمدتر است.

خودروی الکتریکی پلاگین هیبریدی مانند هیبریدی اصلی، توسط یک موتور احتراق داخلی و یک موتور الکتریکی به پیش می‌رود، با این حال PHEV دارای یک بسته باتری بسیار بزرگتر است که می تواند با استفاده از تجهیزات تامین وسایل نقلیه الکتریکی یا EVSE شارژ شود.

این به خودرو امکان می‌دهد تا در حالت تمام الکتریکی - که در آن وسیله نقلیه فقط با استفاده از موتور الکتریکی به حرکت در می‌آید - تا زمانی که باتری عمدتاً تخلیه شود، کار کند.

در این مرحله خودرو در حالت هیبریدی کار می کند تا زمانی که سوخت در باک بنزین تمام شود.

افزایش حجم باتری و کارکردن خودرو با برق باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و افزایش مصرف سوخت و انرژی خودرو می شود.

آخرین نوع فناوری خودروی الکتریکی، خودروی الکتریکی با باتری است، این خودرو فاقد موتور احتراق داخلی است و تنها با باتری و موتور الکتریکی کار می کند، BEV ها از بنزین استفاده نمی کنند و فقط توسط EVSE شارژ می شوند.

یک BEV دارای بزرگترین باتری در بین انواع خودروها است و همچنین بیشترین بازده انرژی را دارد و آلایندگی خروجی از اگزوز را صفر می کند.

محدوده وسایل نقلیه

از آنجایی که هر نوع وسیله نقلیه دارای فناوری های مختلفی است، محدوده ای که این وسایل نقلیه می توانند طی کنند نیز متفاوت است. وسایل نقلیه ICE - که فقط با بنزین سوخت می گیرند - معمولاً می توانند 350 تا 450 مایل را با یک باک پر بنزین طی کنند.

خودروهای الکتریکی هیبریدی در استفاده از بنزین کارآمدتر هستند و معمولاً می توانند 550 تا 700 مایل را طی کنند. اگرچه آنها دارای باتری و موتور الکتریکی هستند، اما این باتری فقط در یک چرخه رانندگی معمولی سوخت می‌شود و منبع اصلی نیروی محرکه نیست.

با این حال، به دلیل ترمز احیا کننده، این باتری کوچک دلیل اصلی افزایش راندمان سوخت و برد هیبریدی است.

باتری بزرگتر در یک خودروی برقی هیبریدی پلاگین، خودرو را قادر می‌سازد تا در حالت تمام الکتریکی کار کند و معمولاً 20 تا 40 مایل را فقط با برق طی می‌کند. PHEVها برای پشتیبانی از رفت و آمدهای روزانه و شارژ مجدد آسان شبانه با استفاده از یک پریز استاندارد طراحی شده اند.

پس از اتمام بیشتر انرژی باتری، خودرو می‌تواند در حالت هیبریدی برای مسافت‌های طولانی‌تر کار کند، بنزین تمام شود و از بخش کوچکی از باتری برای پشتیبانی از پیشرانه الکتریکی استفاده کند، تا مسافت کاملی بین 450 تا 550 مایل داشته باشد.

در نهایت، یک وسیله نقلیه الکتریکی باتری دار ساده ترین و کارآمدترین پیشرانه را با برد باتری معمولی 150 تا 300 مایل دارد. BEV ها را می توان با استفاده از استاندارد EVSE سطح 2 مسکونی، یک شبه شارژ کرد.

حالت های ترمز احیا کننده EV

قابل توجه ترین تفاوت بین رانندگی یک وسیله نقلیه الکتریکی و یک وسیله نقلیه ICE معمولی ترمز احیا کننده است. ترمز احیا کننده به این معنی است که موتور الکتریکی به صورت معکوس کار می کند و در نتیجه نیروی ترمز را از طریق الکترومغناطیس اعمال می کند.

این مقداری از انرژی جنبشی خودرو را با شارژ باتری بازپس می گیرد. برخی از مدل‌های خودروهای الکتریکی حالت‌های رانندگی خاصی دارند که سطوح مختلفی از ترمز احیاکننده را در خود جای می‌دهند.

در شرایط عادی رانندگی، خودروهای برقی مانند تسلا مدل S هنگامی که راننده پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارد، ترمز احیاکننده را برای کاهش سرعت خودرو به کار می‌گیرد، تنظیم استاندارد حداکثر قدرت ترمز احیا کننده را فراهم می کند - بیشترین انرژی را بازیابی می کند و سایش و پارگی ترمزها را کاهش می دهد.

به طور متناوب، تنظیم پایین شامل کاهش نیروی ترمز احیا کننده است که انرژی کمتری را بازیابی می کند اما به خودرو اجازه می دهد دورتر از حالت "استاندارد" حرکت کند.

یک خودروی الکتریکی مانند تسلا مدل S همچنین دارای تنظیمات خاصی برای نحوه عملکرد سیستم های ترمز هنگام توقف خودرو یا حرکت با سرعت های بسیار کم است. حالت "Creep" برای تکرار سرعت دور آرام یک وسیله نقلیه ICE طراحی شده است.

ترمز احیا کننده را قطع می کند و مقدار کمی گشتاور موتور را در هنگام توقف یا در سرعت های پایین هنگامی که پای راننده از پدال گاز خارج می شود اعمال می کند. این ویژگی بیشتر در پارکینگ هنگام جستجوی مکانی برای پارک استفاده می شود.

به طور متناوب، تنظیم Roll نیز ترمز احیا کننده را در سرعت های پایین قطع می کند اما گشتاور موتور را اعمال نمی کند. این به وسیله نقلیه اجازه می دهد تا آزادانه بچرخد، شبیه به وسیله نقلیه در حالت خنثی.

در نهایت، تنظیم Hold تا زمانی که خودرو متوقف شود، به ترمز احیا کننده ادامه می دهد، که به کاهش سایش ترمز کمک می کند و بیشترین مقدار انرژی بازیابی را تولید می کند. این ویژگی همچنین هنگامی که خودرو کاملاً متوقف می شود، ترمزهای اصطکاکی را به طور خودکار درگیر می کند و خودرو را تا زمانی که پای راننده روی ترمز یا گاز قرار می گیرد در جای خود نگه می دارد.

در تمام این حالت‌های ترمز، پدال ترمز همیشه در دسترس است و مانند یک وسیله نقلیه معمولی در شرایط ترمز اضطراری عمل می‌کند.

حالت های ترمز احیا کننده با توجه به مدل و مدل خودرو متفاوت است. به عنوان مثال، نیسان لیف سه سطح از حالت های ترمز احیاکننده را ارائه می دهد و سیستم شورولت بولت شامل فشار دادن پدال های کنار فرمان برای به حداکثر رساندن ترمز احیاکننده و توقف کامل خودرو است.

حالت های پیشرانه PHEV

با دو پیشرانه کاملاً مجزا - برقی و احتراقی - PHEV ها می توانند ترمز احیا کننده را در خود جای دهند و همچنین در بسیاری از حالت های رانندگی مختلف کار کنند. به عنوان مثال، فورد فیوژن سه حالت رانندگی دارد - "Auto EV"، "EV Now" و "EV Later" - هر کدام با کاربردهای خاص.

حالت "Auto EV" ترکیبی بهینه از انرژی باتری و بنزین را برای ارائه بهینه ترین استفاده از هر دو منبع سوخت ترکیب می کند. این حالت برای سفر با سرعت های بالاتر بزرگراه ایده آل است.

حالت «EV Now» کاملاً به باتری و پیشرانه الکتریکی متکی است که مشابه یک وسیله نقلیه الکتریکی باطری، آلایندگی خروجی اگزوز را صفر می‌کند.

در نهایت، حالت "EV Later" ظرفیت باتری را برای استفاده در آینده در سفر حفظ می کند. این حالت برای سفرهایی که ترکیبی از سفر با سرعت بزرگراه و داخل شهر هستند ایده آل است. از موتور احتراقی در سرعت‌های بزرگراه استفاده می‌کند و انرژی را برای حالت EV Now در بخش بعدی سفر، زمانی که پیشرانه الکتریکی کارآمدتر است، ذخیره می‌کند.

انواع EVSE

همه خودروهای برقی پلاگین، از جمله خودروهای هیبریدی پلاگین و خودروهای الکتریکی با باتری، از تجهیزات تامین خودروهای الکتریکی یا EVSE برای شارژ باتری‌های خود استفاده می‌کنند.

سه نوع متداول EVSE وجود دارد، اولین شارژر سطح 1 نامیده می شود. به طور معمول، این واحدها سیم‌های قابل حملی هستند که از یک پریز برق خانگی استاندارد 120 ولت خارج می‌شوند و تقریباً 2 تا 5 مایل در هر ساعت شارژ را ارائه می‌دهند.

این مقرون به صرفه ترین نوع شارژر است، اما در محدوده روزانه ای که می تواند به یک وسیله نقلیه عرضه کند محدود است. بنابراین، این برنامه بیشتر برای PHEV هایی با باتری های کوچکتر یا برای رانندگان BEV با رفت و آمد روزانه کوتاه به محل کار رایج است.

شارژرهای سطح 2 انرژی بیشتری در ساعت تولید می کنند و ولتاژ 208 یا 240 ولت را تخلیه می کنند. این شارژرها گران‌تر هستند و معمولاً به‌عنوان واحدهای دائمی پایه‌دار یا دیواری نصب می‌شوند. آنها وسیله نقلیه ای را با حدود 10 تا 20 مایل در هر ساعت شارژ ارائه می دهند. این رایج ترین کاربرد برای BEV های دوربرد، و همچنین محل کار و ایستگاه های شارژ عمومی است.

در نهایت، شارژر سریع DC گران‌ترین نوع شارژر است، اما بیشترین انرژی را در ساعت در اختیار خودرو قرار می‌دهد. یک شارژر سریع DC استاندارد می تواند 60 تا 80 مایل برد را در حدود 20 دقیقه فراهم کند. این شارژرها بیشتر در بزرگراه ها رایج هستند و فقط برای پشتیبانی از سفرهای گاه به گاه در مسافت طولانی توصیه می شوند - زیرا شارژ مکرر باتری در چنین سطح توان بالایی می تواند منجر به تخریب باتری شود.

گزارش مصرف انرژی

برای وسایل نقلیه ناوگان فدرال، گزارش مصرف انرژی از الزامات انجام تجارت است. در خودروهای ICE، مصرف سوخت معمولاً از طریق ارائه‌دهنده کارت سوخت گزارش می‌شود که هر تراکنش سوخت‌رسانی را ثبت می‌کند.

با این حال، وسایل نقلیه الکتریکی را می توان در محل یا خارج از محل در پریزهای دیواری، واحدهای ساده EVSE و واحدهای شبکه شارژ کرد، اگرچه بسیاری از این واحدهای شارژ می توانند تراکنش ها را ضبط و ذخیره کنند، برخی از مقرون به صرفه ترین EVSE ممکن است این کار را نکنند.

بنابراین، روش توصیه شده برای اندازه گیری مصرف انرژی – که بر حسب کیلووات ساعت بیان می شود – از طریق تله ماتیک است.

پلتفرم‌های تله‌ماتیک معمولاً کیلووات ساعت را ضبط می‌کنند و آن‌ها را در داشبورد آنلاین نمایش می‌دهند. یک مدیر ناوگان می‌تواند یک محدوده تاریخ سفارشی را انتخاب کند تا مصرف انرژی خودرو را بر حسب کیلووات ساعت در یک بازه زمانی مشخص بیابد.

این محدوده تاریخ را می توان برای همه وسایل نقلیه الکتریکی در یک ناوگان اعمال کرد و اطلاعات لازم برای گزارش سالانه ناوگان فدرال را فراهم می کند.

واحدهای شبکه ای یا هوشمند EVSE یکی دیگر از منابع خوب اطلاعات مصرف انرژی هستند. این واحدها اغلب دارای داشبوردهای آنلاین هستند، شبیه به دستگاه های تلماتیک، که مصرف انرژی خودرو را ضبط می کند.

این داشبوردها اغلب از طریق برنامه های تلفن هوشمند نیز قابل دسترسی هستند. با این حال، اگر خودرو گهگاه در شبکه دیگری شارژ شود، داده‌های واحد EVSE اولیه ممکن است ناقص باشد.

در این مورد، رانندگان باید سعی کنند اطلاعاتی را از ایستگاه‌های شارژ خارج از سایت جمع‌آوری کنند تا داده‌های واحد EVSE اولیه خود را تکمیل کنند.

خود خودروها نیز اغلب مصرف انرژی یا کارایی خودرو را در داشبورد فیزیکی خود نشان می دهند. برخی از مدل‌های خودرو مصرف انرژی مادام‌العمر را نشان می‌دهند، بنابراین مدیران ناوگان فدرال باید برای تکمیل گزارش‌های FAST، کیلووات ساعت مصرفی سالانه را بررسی کنند.

با این حال، اگر خودرو راندمان طول عمر را بر حسب مایل بر کیلووات ساعت نشان دهد، مدیران ناوگان باید مایل‌های سالانه طی شده خودرو را بر بازده خودرو تقسیم کنند تا انرژی مصرف شده سالانه را تعیین کنند.

(مایل سالانه)/(مایل/کیلووات ساعت) = کیلووات ساعت سالانه

اگر همه چیز شکست خورد، برنامه مدیریت انرژی فدرال وزارت انرژی ایالات متحده یک راه ساده برای تخمین مصرف انرژی خودرو دارد: قرائت مسافت پیموده شده سالانه خودرو را در نظر بگیرید و آن را در مصرف سوخت خودرو ضرب کنید که بر حسب کیلووات ساعت در مایل در Fueleconomy.gov فهرست شده است. (مایل سالانه x کیلووات ساعت / مایل = کیلووات ساعت سالانه)

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.