خودروی برقی (به انگلیسی: Electric vehicle) و به اختصار ای وی (به انگلیسی: EV)، به خودرویی گفته میشود که از باتریهای قابل شارژ به عنوان منبع انرژی، و از موتور الکتریکی به عنوان نیروی محرکه استفاده میکند.
اولین خودروهای برقی کاربردی در دهه ۱۸۸۰ معرفی شدند، خودروهای برقی در اواخر قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰ متداول بودند تا این که تولید اینگونه خودروها با پیشرفت در موتورهای درونسوز و به خصوص استارت الکتریکی خودرو و تولید انبوه خودروهای بنزینی ارزان، دچار افت شدید گردید.
در دهههای ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی با وقوع بحران انرژی دوباره خودروی برقی مورد توجه قرار گرفت ولی این علاقهمندی سبب تولید انبوه و ایجاد بازار رقابتی نشد.
استفاده از الکتریسیته بهجای بنزین؛ این کلیت تمام خودروهای برقی است و تفاوتی که باعث کاهش آلودگی میشود و علاوهبر آن، کلی مزیت دیگر هم به ارمغان میآورد، در این مقاله، میخواهیم زیروبم این نوع ماشینها و ریز جزئیات مربوط به آنها را بررسی کنیم.
قاعدتاً برای شروع، بهتر است تعریف کامل و جامعی از این مفهوم بنویسیم و بعد برویم سراغ کندوکاو باقی جوانب.
منظور از ماشین برقی چیست؟ نگاهی به تاریخچۀ طولانی خودروی برقی
خودروی برقی، خودرویی است که بهجای مصرف سوختهای فسیلی مثل بنزین و گازوئیل، از انرژی الکتریسیته برای حرکت بهره میبرد.
به بیان سادهتر، این خودروها از موتورهای الکتریکی برخوردارند که انرژی خود را از یک باتری عظیم قابل شارژ میگیرند. پر واضح است که این دسته از ماشینها، در مقایسه با انواعی که از سوختهای فسیلی استفاده میکنند، سازگاری خیلی بیشتری با محیط زیست دارند و با خلق آلودگی بسیار کمتر، خوشایند همۀ دغدغهمندان محیطزیست را جلب میکنند.
این درست که در کشور خودمان ماشینهای برقی زیادی نمیبینیم! ولی خب در سراسر دنیا، این نوع خودروها بسیار رایج شدهاند و با استناد به ادعاهای مختصصان این حوزه، هرچه جلوتر میرویم، با توجه به پیشرفت خیرهکنندۀ تکنولوژی مربوط به ساخت این نوع ماشینها، شاهد رواج بیشتر آنها و اقبال عمومی خیلی بالاتر به آنها خواهیم بود.
شاید خیال کنید که کانسپت چنین خودروهایی مربوط به سالهای اخیر است! اما کاملاً اشتباه میکنید. احتمالاً برق از سرتان میپرد اگر بگوییم اولین EV تاریخ بیشتر از ۲۰۰ سال قبل ساخته شد!
حوالی سالهای ۱۸۲۰ میلادی بود که اولین خودروی الکتریکی ساخته شد. البته که طبیعتاً نباید آن خودرو را با خودروهای برقی امروزی مقایسه بکنیم؛ اما بههرحال، قدم بزرگی در راستای پیشرفت بشریت برداشته شده و زیربنای دستیابی به دستاوردهای فعلی فراهم آمده بود.
از سال ۲۰۰۸ میلادی با توجه به پیشرفت فناوری باتریها، افزایش بیماریها و مرگهای ناشی از آلودگی هوا، نگرانیها در خصوص قیمت نفت و نیاز به کاهش گازهای گلخانهای انقلابی اساسی در تولید خودروهای برقی صورت گرفتهاست.
فروش اولین خودروهای تولید-انبوه ساخته شده توسط خودروسازیهای بزرگ با معرفی خودروی تمام برقی نیسان لیف و خودروی دونیرو شارژ برقی شورلت ولت در اواخر دسامبر ۲۰۱۰ شروع شد و در دسامبر ۲۰۱۵ خودروهای برقی فروخته شده در سرتاسر جهان از مرز ۱ میلیون دستگاه عبور کرد و در سپتامبر ۲۰۱۸ این عدد به ۴ میلیون دستگاه رسید.
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.
تا اواخر قرن ۱۸ میلادی، یعنی سالهایی که اجداد ما درگیر حکومت نامطلوب ناصرالدینشاه قاجار بودند، خودروهای برقی در کشورهای پیشرفته کاملاً رایج شده بودند؛ چون در مقایسه با خودروهای نیازمند به سوختهای فسیلی، خیلی کمصداتر عمل میکردند و طرز کار با آنها هم خیلی سادهتر بود.
اما اوایل قرن ۲۰ میلادی اوضاع دگرگون شد. منابع عظیم نفت کشف شده بودند و با اختراع استارتهای برقی برای خودروهای بنزینی، کار کردن با آنها هم بسیار راحتتر شده بود. بهعلاوه، ساخت این نوع خودروها با هزینۀ بسیار کمتر میسر شده بود و ضمن اینکه نباید پیشرفت زیرساختها و تولید خودروهای جذابتر و حرفهایتر (در مقایسه با خودروهای قبلی) را فراموش کنیم.
خلاصه که در سالهای ابتدایی قرن گذشته، علاقۀ مردم از سمت ماشینهای برقی به طرف خودروهای بنزینی چرخید.
توجه داشته باشید که آن سالها مفهوم دغدغۀ آلودگی محیط زیست اصلاً وجود نداشت و بشر فکر نمیکرد کار به جایی برسد که مجبور شود چارهای برای مصرف بیرویۀ سوختهای فسیلی بیندیشد. به همین خاطر، برای سالها هیچ کمپانی خودروسازیای به ساخت این دسته از خودروها فکر نمیکرد! چون بازاری برای آن وجود نداشت؛ همچنین، تکنولوژی ماشینهای بنزینی بسیار پیشرفت کرده بود و دیگر کسی دوست نداشت سوار خودروهای کند و ضعیف برقی شود.
اوضاع به همین منوال پیش میرفت تا رسیدیم به اواخر قرن ۲۰ میلادی؛ یعنی زمانی که انسانها فهمیدند ای دل غافل، زمینی که در آن زندگی میکنیم بهشدت آلوده شده و باید فکر چاره بود! پس افزایش نگرانیها راجعبه آلودگی محیطزیستی و تغییرات اقلیمی، همراه با پیشرفت باورنکردنی تکنولوژی، باعث شد مردم مجدداً به خودروهای الکتریکی یا همان EV علاقهمند شوند.
طی دهههای اخیر، حاکمیتها در سراسر جهان، سوبسیدهای گوناگونی برای تهیۀ خودروهای برقی ارائه میکنند و حتی در کشور کهن ما که متأسفانه سالها (از نظر تکنولوژی) عقبتر از باقی کشورهای دنیا است، خودروهای برقی میتوانند بدون مشکل وارد محدودۀ طرح ترافیک شوند!
ضمناً، بزرگترین خودروسازهای دنیا به این عرصه ورود کردهاند و با رقابتی شدیدی که در این حوزه به وجود آمده، شاهد عرضۀ ماشینها حرفهای، سریع، پرشتاب و بسیار جذاب برقی هستیم که از جملۀ شاخصترینهای آنها میتوان به انواع مدلهای Tesla اشاره کرد.
حالا که هم میدانید ماشین برقی چیست و هم از تاریخچۀ آن مطلع شدید، بیایید ببینیم نحوۀ عملکرد این دسته از خودروها چگونه است.
نحوۀ عملکرد خودروهای برقی به چه صورتی است؟
گفتیم که این دسته از خودروها بهجای استفاده از موتورهای بنزینی و دیزل (موتورهایی که با گازوییل کار میکنند)، از یک موتور تمام الکتریکی بهره میبرند. موتوری که انرژی لازم برای عملکرد را از یک باتری قابل شارژ میگیرد.
بهطور کلی، طرز عملکرد EVها در مقایسه با خودروهای بنزینی و گازوییلی بسیار سادهتر است. اول از همه اینکه مثل تمام ادوات الکتریکی، این خودروها باید به یک منبع تغذیه متصل شوند تا انرژی مورد نیاز برای حرکت در باتری آنها ذخیره شود.
به بیان خیلی ساده، همانطور که بالاتر هم گفتیم، باتری انرژی را به موتور میفرستد و موتور برقی هم با فعالیتیش نیروی لازم برای به حرکت کردن درآوردن چرخها را ایجاد میکند؛ همچنین، کلی قطعۀ الکتریکی پشت صحنه فعالیت دارند تا این سازوکار و حرکت به وجود بیاید.
تمام خودروهای برقی علاوهبر موتورهای الکتریکی و باتری، حاوی اینورتر، شارژر و ترمزهایی هستند که با استفاده از آنها، باتری مجدداً شارژ خواهد شد! جلوتر عمیقتر و مفصلتر اجزای تشکیلدهندۀ یک خودروی برقی را زیر ذرهبین خواهیم برد.
با فرض اینکه باتری شارژ است و میتواند انرژی لازم برای موتور را فراهم کند، وقتی راننده پدال گاز را فشار میدهد، سیگنالی به مقر فرماندهی یا مغز خودروی برقی فرستاده میشود. سیگنالی مبنیبر اینکه راننده قصد به حرکت درآوردن ماشین را دارد.
سازوکارهای پشتصحنه، از طریق اینورتر به موتور میفهمانند که چه مقدار انرژی از باتری به موتور سرازیر شده است؛ پس اینورتر انرژی DC باتری را به انرژی AC تبدیل میکند و آن را به موتور برقی که قلب خودرو است میفرستد.
موتور از انرژی AC دریافتی برای به حرکت درآوردن چرخها استفاده میکند و به این ترتیب، ماشین میتواند به جلو برود.
اما نکتۀ جالب راجعبه سیستم ترمز خاص و جذاب این خودروها است. با بهرهگیری از سازوکاری با عنوان Regenerative Braking، هر بار که راننده ترمز میکند، مقداری از انرژی بازگشتی به باتری برگردانده میشود و اندکی آن را شارژ میکند. سازوکاری که کارآمدی کل سیستم را به میزان قابل توجهی بهبود میبخشد.
یادآور میشویم که بهخاطر این سازوکار ساده و حذف سوختهای فسیلی، ماشینهای برقی سازگاری خیلی بیشتری با محیط زیست دارند و علاوهبر آن، بسیار کمصداتر از خودروهای بنزینی هستند و جزو عوامل ایجاد آلودگی صوتی محسوب نمیشوند.
EVها انواع مختلفی دارند و در بخش بعدی، راجعبه این انواع صحبت خواهیم کرد.
بررسی انواع خودروهای برقی و نحوۀ عملکرد هرکدام
فهمیدیم که قدمت ساخت چنین خودروهایی به صدها سال قبل برمیگردد و از همان روزهای آغازین اختراع خودروها، مفهومی با عنوان خودروهای برقی هم وجود داشت! پس تعجبی ندارد که انواع مختلف و گوناگونی از EVها موجود باشد؛ چون مثل هرچیز دیگری، صنعت خودروهای برقی هم دستخوش تحولات بسیار شده و پیشرفتهای حیرتانگیزی را تجربه کرده است.
اصطلاحشناسی
خودروی برقی (به انگلیسی: Electric car) گونه ای از وسیله نقلیه برقی (به انگلیسی: Electric vehicle (EV)) است. از عبارت وسیله نقلیه برقی برای وسایل نقلیهای استفاده میشود که نیروی پیشرانه خود را از برق تأمین میکند در حالیکه عبارت خودروی برقی فقط برای خودروهایی استفاده میشود که توانایی و امکان حرکت در بزرگراه را داشته باشد.
خودروی برقی که از سلول خورشیدی برای تأمین برق خود استفاده میکند خودروی خورشیدی و خودرویی که برای تأمین برق از مولد بنزینی استفاده میکند خودروی هیبریدی نامیده میشود، خودرویی که فقط از باتری همراه برای تأمین برق مورد نیاز خود استفاده میکند خودروی تمام-برقی نامیده میشود. (معمولاً منظور از خودروی برقی، خودروی تمام-برقی است)
بههرحال، این شما و این انواع خودرهای برقی:
۱. Battery Electric Vehicles (BEVs)
این دسته از خودروهای برقی که به آنها ماشینهای تمام الکتریکی (all-electric vehicles) هم میگویند، هیچگونه موتور بنزینیای ندارند و برای فعالیت فقط از الکتریسیته استفاده میکنند. این دسته از خودروهای برقی با یک یا چند موتور الکتریکی کار میکنند؛ موتورهایی که گفتیم انرژی خود را از یک باتری قابل شارژ میگیرند.
اغلب BEV های امروزی با باتریهای لیتیومی کار میکنند. خودروسازها سراغ لیتیوم میروند، چون در مقایسه با حجمی که اشغال میکند، میتواند توان خیلی زیادی را به ارمغان بیاورد! این دسته از خودروهای برقی سازگارترین ماشینها با محیط زیست هستند و هیچگونه گاز گلخانهای تولید نمیکنند؛ به بیان دیگر، BEVها مطلقاً نقشی در آلودگی هوا ندارند!
BEV های امروزی میتوانند با هر بار شارژ مسافتی حولوحوش ۵۰۰ کیلومتر را بپیمایند و این یک پیشرفت بزرگ در صنعت ساخت خودروهای برقی به حساب میآید.
از جملۀ شاخصترین ماشینهایی که در این دستهبندی قرار میگیرند، موارد زیر هستند:
Audi e-tron GT
BMW i4
Chevrolet Bolt EUV
Ford Mustang Mach-e
GMC Hummer EV
Tesla Model S
گفتیم هرچه زمان جلوتر میرود، خودروسازهای بیشتری به این وادی ورود میکنند و بزرگترین کمپانیهای دنیا هم سراغ ساخت خودروهای تماماً برقی میروند. فکرش را میکردید روزی شورلت و فورد موستانگ برقی ببینید؟! هامر الکتریکی چطور؟
۲. Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEV)
این دسته از خودروهای برقی، علاوهبر موتور الکتریکی، از موتورهای سنتی بنزینی هم بهره میبرند. PHEVها با موتور الکتریکی کار میکنند که میتواند با یک بار شارژ کامل، خودرو را تا ۸۰ کیلومتر (بسته به مدل خودرو و اندازۀ باتری) حرکت دهد.
بعد از پایان شارژ باتری و از کار افتادن موتور برقی، موتور بنزینی وارد عمل میشود و پیمایش مسیرهای طولانیتر را ممکن میکند.
این دسته از خودروهای برقی هم به حفظ محیط زیست کمک میکنند و از آنجایی که در مسافتهای کوتاه با موتور الکتریکی کار میکنند، گازهای گلخانهای خیلی کمتری در مقایسه با خودروهای تماماً بنزینی یا گازوییلی وارد جو زمین خواهند کرد.
بنابراین، افرادی که دغدغۀ محیط زیست را دارند و میخواهند در حفظ سلامت آن نقش (هرچند اندک) داشته باشند، میتوانند سراغ PHEVها بروند و خیالشان راحت باشد که اگر نیاز به رانندگی در مسیرهای طولانی به وجود آمد، میتوانند از موتور نیازمند به سوختهای فسیلی ماشین خود استفاده کنند.
وقتی نگاهی به نمونههای این دسته میاندازیم، میبینیم خودروسازهای مطرح در ساخت PHEVها هم کوتاهی نکردهاند و ردپای بزرگترین کمپانیها را شاهد خواهیم بود. خودروهایی مثل:
Audi A3 E-Tron
Bentley Bentagaya
BMW i8
Chrysler Pacifica
Ferrari SF90 Stradale
Ford Fusion Energy
Hyundai Sonata
Jeep Wrangler 4xe
Land Rover Defender PHEV
در بین این اسامی، BMW i8 برای ما ایرانیها شناختهشدهتر است؛ چون قبل از پایان روزهای خوش و بسته شدن واردات، تعدادی از این خودروی بینظیر وارد کشور شد و همچنان، هرازگاهی برخی از آنها را در معابر شهرهای مختلف میبینیم.
نکتۀ قابل توجه دیگر اینکه حتی بزرگترین غولهای آفرود و ماشینهای ۴X4 هم برخی مدلهای جدید را بهصورت PHEV عرضه میکنند. مثل Jeep Wrangler و Land Rover Defender که شاسیبلندسواران میدانند چه هیولاهایی هستند!
۳. Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)
سازوکار FCEVها تا حد زیادی شبیه به انواع BEV است که بالاتر آنها را بررسی کردیم. منتهی با این تفاوت که انرژی الکتریکی لازم از طریق یک واکنش شیمیایی بین سوخت هیدروژنی و اکسیژن تولید میشود! یعنی این دسته از خودروهای برقی مثل BEVها شارژ نمیشوند و کلاً با روال متفاوتی پیش میروند.
پس در این دسته از خودروهای برقی، انرژی در قالب هیدروژن ذخیره میشود و با تبدیل شدن به انرژی الکتریسیته، ماشین به حرکت درمیآید. این خودروها مخزنی دارند که هیدروژن در آن ذخیره میشود؛ مخزنی که در عرض چند دقیقه پر خواهد شد؛ درست مثل ماشینهایی که با سوخت فسیلی کار میکنند!
FCEVها با هر مخزن پر هیدروژن میتوانند تا بیشتر از ۴۵۰ کیلومتر را بپیمایند. ضمن اینکه آنها هم از تکنولوژی Regenerative Braking بهره میبرند و هر بار که راننده ترمز میکند، مقداری انرژی در یک باتری مخصوص ذخیره میشود.
FCEVها هم هیچگونه گاز گلخانهای تولید نمیکنند که از این منظر به BEVها شباهت دارند.
لازم است این را هم بگوییم که در مقایسه با انواع دیگر خودروهای برقی، تعداد خودروهای ساختهشده در این دستهبندی خیلی کمتر هستند و از جملۀ معروفترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
BMW iX5
Honda Clarity
Hyundai Nexo
Kia FK
Land Rover Defender Fuel Cell
Range Rover FCEV
Toyota Mirai LE
برویم سراغ نوع آخر از انواع خودروهای برقی.
۴. Hybrid Electric Vehicle (HEV)
این دسته از خودروهای برقی را در مدلهای مختلفی در کشورمان دیدهایم و میبینیم. HEVها یا ماشینهای هیبریدی هم بهطور همزمان از یک موتور الکتریکی و یک موتور بنزینی استفاده میکنند. تفاوت آنها با PHEVها در این است که نمیتوان آنها را به ایستگاههای مخصوص نصب کرد تا شارژ شوند.
جالب است موتور الکتریکی درون این دسته از خودروهای برقی، به کمک موتور نیازمند سوخت فسیلی شارژ میشوند و البته که سیستم جذاب Regenerative Braking هم اینجا نقش ویژهای ایفا میکند!
به همین خاطر است که این دسته از خودروهای برقی (یا شاید بهتر است بگوییم نیمهبرقی) در کشور ما بیشتر دیده میشوند؛ چون همانطور که خودتان میدانید، زیرساختهای لازم برای شارژ چنین ماشینهایی در کشور ما بسیار محدود هستند.
خوب است بدانید کمپانی مشهور تویوتا با عرضۀ Toyota Prius، جزو اولین کمپانیهایی بود که اقدام به ساخت چنین خودروهایی کرد. مدلی که در کشور ما هم به کرات دیده میشود؛ البته مدل قدیمیتر آن که با هر متر و معیاری طراحی زشتی دارد!
HEV ها در دو نوع عرضه میشوند که عبارتند از:
Mild Hybrid Electric Vehicles (MHEVs): این نوع اسامی دیگری هم دارد، مثل Micro Hybrids، Power Assist Hybrids و Battery Assisted Hybrid Electric Vehicles. در این نوع HEVها، باتری و موتور الکتریکی با هم کار میکنند تا انرژی لازم برای حرکت خودرو را تأمین کنند و شرایط لازم برای خاموش شدن موتور هنگام توقف خودرو را فراهم بیاورند. MHEVها نمیتوانند با اتکای صرف به انرژی الکتریسیته ماشین را حرکت دهند و به اندازۀ خودروهای تمام هیبرید کممصرف نیستند!
Full Hybrid Electric Vehicles (FHEVs): این دسته از HEVها باتریهای با توان بیشتر و موتورهای الکتریکی قدرتمندتری در مقایسه با نوع قبلی، یعنی MHEVها دارند. آنها میتوانند مسافتهای کوتاه را فقط با مصرف انرژی الکتریکی (با سرعت کم) بپیمایند.
علاوهبر Toyota Prius که کمی بالاتر به آن اشاره کردیم، خودروهای زیر هم در دستۀ HEVها قرار میگیرند:
Audi A8 Le-tron
Dodge Ram 1500 eTourque
Ford Focus MHEV
Honda CR-Z
Hyundai Tucson 48V
Kia Niro Hybrid
Land Rover Discovery Sport MHEV
Lexus CT200h
Mercedes-Benz S 400 Hybrid
Range Rover Evoque
Toyota Yaris Hybrid
اینجا باز هم لازم است یک نکتۀ مهم را متذکر شویم. در تمامی انواعی که بررسی کردیم، دیدید که نامدارترین کمپانیها، حتی آمریکاییها که به ساخت خودروهای پرمصرف شهره بودند، با قدرت وارد این عرصه شدهاند.
شاید خیلیها در ایران فکر کنند فقط شرکت تسلا و چند برند دیگر خودروهای برقی میسازند، اما دیدید که حتی فراری و جیپ هم قدم به وادی گذاشتهاند و جهان میرود که انرژی پاک را جایگزین سوختهای فسیلی کند!
شاید بهتر باشد در بخشی جداگانه، نگاهی موشکافانهتر داشته باشیم به تفاوتهای خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی.
خودروهای برقی و هیبریدی چه تفاوتهایی با هم دارند؟
اصلیترین تفاوت بین EVها و خودروهای هیبریدی (که در بخش قبلی آنها را یکی از انواع خودرهای برقی به حساب آوردیم)، در نحوۀ تولید انرژی لازم برای حرکت توسط موتور آنها است.
همانطور که گفتیم، EVها میتوانند با استفاده از انرژی برق بهتنهایی کار کنند. مخازن باتری بزرگ آنها انرژی الکتریکی را ذخیره و آن را به نیروی پیشران ماشین تبدیل میکند؛ همچنین، EVها هیچگونه گاز گلخانهای نمیسازند و به همین خاطر، سازگاری خیلی بیشتری با محیط زیست ما دارند.
نکتۀ مهم دیگر اینکه EVها باید به ایستگاههای مخصوص وصل شوند تا انرژی الکتریکی لازم را به دست آورند. بسته به مدل شارژر و البته باتری، مدتزمان لازم برای هر بار شارژ کامل هم متفاوت است! ضمناً باید بدانید EVهای امروزی میتوانند با هر بار شارژ کامل تا ۴۰۰ کیلومتر مسافت را طی کنند.
در نقطۀ مقابل، خودروهای هیبریدی امکان استفادۀ صرف از انرژی الکتریکی را ندارند؛ یعنی در کنار موتور الکتریکی، همچنان موتورهای بنزینی و گازوییلی هم در این خودروها به کار گرفته میشوند. ضمن اینکه مخزن باتری آنها در مقایسه با EVها کوچکتر است.
وقتی ماشینهای هیبریدی را با خودروهای مجهز به موتورهای بنزینی و گازوییلی مقایسه میکنیم، میبینیم انتشار گازهای سمی و آلودهکننده در آنها بسیار کمتر است؛ ولی در مقایسه با EVها که گفتیم میزان تولید گازهای گلخانهای را به صفر میرسانند، خیلی هم با محیط زیست سازگاری ندارند!
و اما مهمترین تفاوت اینکه خودروهای برقی را نمیتوان به ایستگاههای مخصوص متصل کرد تا باتری خود را شارژ کنند. انرژی الکتریکی این خودروها توسط همان سوخت فسیلی که بهصورت سنتی بارگیری میشود تأمین خواهد شد؛ و البته سیستم Regenerative Braking که بالاتر به آن اشاره کردیم و در ادامه بیشتر به آن میپردازیم.
با توجه به کوچکتر بودن مخزن باتری خودروهای هیبریدی، آنها امکان پیمایش مسافت خیلی کمتری را با استفاده از موتور برقی دارند. نهایتاً ۸۰ کیلومتر که گفتیم سرعت هم کمتر خواهد بود و بیشتر برای پیمایشهای درون شهری مناسب است! به محض اینکه انرژی ذخیرهشده درون باتری به اتمام برسد، موتور بنزینی وارد عمل خواهد شد و امکان ادامه دادن با سرعت بیشتر را به وجود میآورد.
بهطور کلی، آنهایی که خیلی دغدغۀ محیط زیست دارند و میتوانند به زیرساختهای لازم برای شارژ خودرو دسترسی پیدا کنند، EVها را گزینههای بهتری میبینند که تمام امکانات قابل انتظار از یک خودرو بینظیر و بینقص را ارائه میکنند.
اما آنهایی که به این زیرساختها دسترسی راحت ندارند (مثل ما ایرانیها) و میخواهند مطمئن باشند در بزنگاههای مهم موتورهای بنزینی و گازوییلی به کمکشان میآیند، سراغ خودروهای هیبریدی میروند.
اجازه دهید همچنان خودروهای هیبریدی را هم جزو انواع خودروهای برقی به حساب بیاوریم و از این تفاوتهای نسبتاً ناچیز چشمپوشی کنیم... اگر موافق باشید، در بخش بعدی نگاهی بیندازیم به ساختار خودروهای برقی و ببینیم زیر کاپوت آنها چه قعطاتی جا خوش کردهاند!
بررسی ساختار ماشینهای برقی و قطعات ضروری آنها
بالاتر گفتیم که روال کار خودروهای برقی به چه صورتی است. حالا میخواهیم نگاهی موشکافانهتر بیندازیم به قطعاتی که چنین عملکردی را ممکن میکنند؛ پس بیایید هرکدام از قطعات تشکلدهنده و البته ضروری آنها را بررسی کنیم:
مخزن باتری: تقریباً در همۀ انواع خودروهای برقی، باتری یک قطعۀ بسیار مهم و کاربردی به حساب میآید. در واقع، باتری همان نقشی را در این نوع ماشینها ایفا میکند که مخزن سوخت در خودروهای رایجتری که ما هنوز از آنها استفاده میکنیم دارد.
باتریها با استفاده از یونهای لیتیومی متعدد، حجم زیادی از انرژی الکتریکی را ذخیره میکنند و از آن برای به حرکت درآوردن خودرو بهره میبرند. نکتۀ قابل توجه اینکه این مخازن معمولاً زیر ماشین قرار میگیرند تا توزیع وزن به بهترین شکل انجام بگیرد و امنیت در بالاترین حد ممکن تأمین شود.
موتور الکتریکی: برخلاف ماشینهای بنزینی و گازوییلی که از موتورهای نیازمند سوخت فسیلی استفاده میکنند (موتورهایی که با قطعات متحرک فراوان کار میکنند)، خودروهای برقی با موتورهای الکتریکی برای تولید نیروی محرکه پیش میروند! انرژی ذخیرهشده در مخازن باتری، نیروی لازم برای موتور را فراهم میآورد. نیرویی که گشتاور ایجاد میکند و چرخها را به حرکت وامیدارد.
توجه داشته باشید که بسته به مدل خودرو، ممکن است از توان یک یا چند موتور الکتریکی بهره برد.
اینورتر: باتری، انرژی را بهصورت برق مستقیم یا DC را ذخیره میکند؛ منتهی موتور الکتریکی برای عمکلرد خود نیازمند برق غیرمستقیم یا AC است. اینجا اینورتر وارد عمل میشود و با تبدیل DC درون باتری به AC مورد نیاز موتور، نقشی حیاتی را ایفا میکند.
شارژر: همانطور که دیدید، اغلب مدلهای خودروهای برقی به ایستگاههای مخصوص وصل و شارژ میشوند.
جالب است که اینجا انرژی ورودی از ایستگاهها بهصورت AC است، منتهی شارژر تعبیهشده در این خودرها، آن را به DC تبدیل میکند تا امکان ذخیرهسازی انرژی در باتری به شکلی کاملاً بهینه فراهم شود. به بیان بهتر، شارژر در نقش یک پل بین شبکۀ انرژی و مخزن باتری خودروی برقی قرار میگیرد و ارتباط بین این دو را ممکن میکند.
سیستم Regenerative Braking: بالاتر راجعبه چیستی این سیستم صحبت کردیم. گفتیم که Regenerative Braking یک قابلیت کلیدی است که بهرهوری در خودروهای برقی را افزایش میدهد.
وقتی رانندۀ خودروی پایش را روی ترمز میفشارد، موتور برقی مثل یک مولد عمل میکند! تکانۀ معکوس خودرو که ناشی از فشردن ترمز است، مجدداً به انرژی الکتریکی تبدیل و به باتری بازگردانده میشود تا انرژی موجود در آن را به میزان خیلی محدودی شارژ کند. با استفاده از این سیستم، توان EV برای طی مسافتی بیشتر (به میزان اندک) فراهم میشود!
سیستم خنککننده: خودروهای برقی هم مثل خودروهای بنزینی و گازوییلی به ساختاری نیاز دارند تا حرارت تولیدشده در خودرو را کنترل کند. توجه داشته باشید که اگر حرارت از مقداری مشخص بیشتر شود، عملکرد مخزن باتری، موتور برقی و تمام قطعات دیگر با اختلال مواجه خواهد شد؛ به همین خاطر، وجود چنین سیستمی در انواع خودروهای برقی یک ضرورت غیرقابل انکار است.
اینجا هم سیستم خنککننده از رادیاتور، لولههای انتقال و مایع خنککننده تشکیل میشود.
یونیت کنترلگر مرکزی: این قسمت مغز خودروی برقی است. هربار که راننده اقدامی (مثل فشردن یکی از پدالها) را انجام میدهد، این یونیت سیگنالی دریافت میکند و بعد از آن، مشخص میشود که چه مقدار انرژی الکتریکی برای آن اقدام بهخصوص نیاز است! میتوان گفت این یونیت از عملکرد بهینه و ایمن تمام قطعات الکتریکی در سراسر خودرو اطمینان حاصل میکند.
مبدل DC به DC: بالاتر گفتیم یک اینورتر اصلی داریم که وظیفۀ تبدیل DC به AC را دارد و در کنار این اینورتر، برخی خودرهای برقی از یک مبدل DC به DC هم بهره میبرند، این مبدل، برق مستقیم (DC) با ولتاژ بالا را دریافت و آن را به برق مستقیم با ولتاژ کمتر تبدیل میکند.
قابلیتهای بسیاری در ماشینها وجود دارند که نیازمند برق DC هستند، منتهی با ولتاژ پایینتر! مثلاً شارژر گوشیهای موبایل.
حالا که تقریباً تمام آنچه لازم است را دربارۀ این نوع خودروها میدانید، خوب است ببینیم چه مزایایی با استفاده از این خودروها حاصل میشوند.
نگاهی به خودروهای برقی موجود در بازار ایران
همانطور که گفتیم، از چندی پیش (تا زمانی که واردات آزاد بود و خودروهای روز خیلی راحتتر وارد کشور میشدند)، چند مدل خودروی هیبریدی به کشور آمدند. بالاتر از Toyota Prius بهعنوان یک مثال نام بردیم. در کنار این مدل از تویوتا، خودروهای هیبریدی دیگری هم در بازار ایران یافت میشوند که عبارتند از:
Toyota Camry XLE
Toyota Camry SE
Lexus NX300H
Lexus CT200H
Hyundai Sonata Hybrid
Kia Optima
یادآور میشویم که همۀ این خودروها مدلهای قدیمی هستند و بعد از اینکه مجاری قانونی واردات خودرو خارجی بسته شدند، ما سالها از دیدن خودروهای روز برندهای مطرح، در خیابانها و جادههای ایرانزمین محروم بودیم.
ولی چند وقتی میشود که زمزمۀ واردات مجدد خودرو به گوش میخورد، کم و بیش هم خودروهای جدید در سطح شهرها دیده میشوند، اخبار میگویند مسئولات برنامۀ ویژهای برای گسترش خودروهای برقی دارند و دیگر صرفاً محدود به خودروهای هیبریدی نخواهیم بود.
در اردیبهشت ۱۴۰۳ بود که یکی از مسئولان مربوطه اعلام کرد تعداد ۸ هزار خودرو برقی آماده عرضه به بازار هستند و با ذکر این نکته که عرضۀ آنها تسهیلشده است و قوانین محدودکننده برای واردات خودروهای خارجی، روی این دسته از ماشینها اعمال نمیشوند.
اسامی EVهایی که امیدواریم به زودی در کشور ببینیم، عبارتند از:
Nissan Leaf
Hyundai Kona Electric
Volkswagen ID 4
Kia Niro EV
Hyundai Ioniq 5
Kia EV6
Toyota bZ4x
علاوهبر این خودروها که ساخت کمپانیهای مطرح هستند، چینیها هم به حضور پررنگ خود در بازار ایران ادامه میدهند و ماشینهای برقی زیر، ساخت خودروسازهای این کشور شرقی هستند:
Jac J4 EV
Jac EJS1
Jac EJ7
Lamari Eama HEV
تازه پروژهها ملی هم در این راستا تعریف شدهاند که از جملۀ آنها میتوان به تارا برقی، داچیا اسپرینگ برقی و اسکای ول ET5 اشاره کرد.
ساینای برقی
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 و 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.
تارا برقی
ایران خودرو بعد از معرفی کانسپتهای رانا و دنای برقی، در طی مراسمی در تاریخ ۳۰ شهریور ۱۴۰۱ که با حضور مدیران ارشد ایران خودرو و اصحاب رسانه برگزار شد، از مدل برقی خودروی تارا پرده برداشت.
تارا برقی ساخت شرکت جتکو از یک موتور برقی با توان حداکثر ۱۶۰ اسب بخار و گشتاور ۳۰۰ نیوتن متر برخوردار است که میتواند طی ۹ ثانیه از صفر تا ۱۰۰ کیلومتر شتاب بگیرد.
تارا برقی از یک باتری ۴۵ کیلوواتی بهره میبرد که با یک بار شارژ توان پیمایش ۳۰۰ کیلومتر را دارا است... با استفاده از شارژر سریع این خودرو در کمتر از ۳۰ دقیقه و با شارژر خانگی در ۱۰ ساعت شارژ ۱۰۰ درصد میشود.
در مراسم رونمایی از این خودرو عنوان شد که ایران خودرو برای عرضه این خودرو به بازار آماده است، این هم از تمام آنچه لازم بود راجعبه خودروهای برقی بدانید. برویم سروقت جمعبندی مقاله؟
آینده از آن خودروهای برقی است!
خوشمان بیاید یا نه، در آیندهای نهچندان دور، خودروهای برقی به حاکم بلامنازع بازارهای تمام دنیا (حتی بازار ایران) تبدیل میشوند و باید با خودروهای بنزینی و گازوییلی فعلی خداحافظی کنیم... این امر اجتنابناپذیر است؛ همانطور که گریزی از شیفت به انرژیهای پاک وجود ندارد!
استفاده از خودروهای برقی چه مزایی را بههمراه میآورد؟
بدون شک، بزرگترین و مهمترین مزیت ماشینهای برقی، حفظ سلامت محیط زیست است. تا همین چند سال پیش، خیلیها این دغدغه را مضحک میدانستند و اهمیتی برای آن قائل نمیشدند؛ اما اکنون اوضاع متفاوت است.
در اغلب نقاط کشورمان، بیشتر روزها هوا به شدت آلوده است. حتی حالا روستاها هم به این مشکل گرفتار شدهاند و چشیدن طعم هوای پاک میرود که به یک آرزو بدل شود. طبیعتاً وقتی استفاده از خودروهای برقی همهگیر شود، بخش اعظمی از آلایندهها حذف خواهند شد.
ساختار
قوای محرک یک وسیله نقلیه برقی شامل سه زیر مجموعهٔ اصلی است: نیرو محرکهٔ الکتریکی، منبع انرژی و کمک دهنده که این سه زیر مجموعه، خود دارای زیر مجموعههایی هستند که در شکل بهطور کامل نمایش داده شدهاند.
بسته به ورودیهایی که از طریق پدالهای گاز و ترمز اعمال میشوند، کنترلکنندهٔ وسیله نقلیه سیگنال کنترل مناسبی را به مبدل الکترونیکی قدرت ارسال میکند که وظیفهٔ مبدل الکترونیکی قدرت، تنظیم توان جاری شده بین موتور الکتریکی و منبع انرژی میباشد. (جریان توان برگشت، به دلیل احیای ترمز وسیله نقلیهٔ الکتریکی رخ میدهد)
این انرژی بازیافت شده میتواند در منبع انرژی ذخیره شود زیرا منبع انرژی قابلیت پذیرش این انرژی را دارد. اکثر باتریهای وسایل نقلیهٔ الکتریکی همچون ابرخازنها و فلایویلها، به آسانی توانایی پذیرش انرژی بازیافت شده را دارند.
واحد مدیریت انرژی با کنترلکنندهٔ وسیله نقلیه همکاری میکند تا احیای ترمز و انرژی بدست آمده از طریق آن را کنترل کند.
این بخش همچنین با واحد سوختگیری در ارتباط است تا آن را کنترل کند و میزان قابلیت استفاده از منبع انرژی را به تصویر بکشد، منبع توان کمکی، توان مورد نیاز با سطوح ولتاژهای مختلف را برای همهٔ بخشهای کمکی وسیله نقلیهٔ برقی تأمین میکند، مخصوصاً برای واحدهای کنترلکنندهٔ شرایط هوا و توان فرمان.
گفتیم که همۀ انواع خودروهای برقی، گازهای آلایندۀ خیلی کمتری در مقایسه با خودروهای نیازمند سوخت فسیلی منتشر میکنند... حتی برخی از آنها میزان انتشار را به صفر میرسانند و خب این عالی است؛ چون کیفیت هوا بهتر میشود؛ مخصوصاً در مناطق شهری و پرتردد.
بهدنبال این موضوع، سلامت جامعه بهبود مییابد که یک دستاورد مهم و قابل توجه است.
شاید بگویید تولید برق هم نیازمند سوختهای فسیلی است که کاملاً درست میگویید؛ ولی فراموش نکنید که استفاده از راهکارهای جایگزین مثل پنلهای خورشیدی و انرژی باد برای تولید برق روزبهروز رایجتر میشود و شانس این را داریم که ببینیم روزی بدون تولید هیچگونه گاز گلخانهای، حملونقل هم بدون هیچ مشکلی انجام میگیرد!
بنابراین، انواع خودروهای برقی سلاحی بسیار کارآمد برای مبارزه با تغییرات اقلیمی و آلودگی محیط زیست به حساب میآیند. اگر امکان استفاده از EVها برای همگان فراهم شود، انتشار کربن و دیگر گازهای مخرب به حداقل میرسد و بشر میتواند به یکی از بزرگترین چالشهای عصر مدرن غلبه کند.
البته که مزایای خودروهای برقی فقط به مسائل محیطزیستی محدود نمیشود!
EV ها از منظر اقتصادی هم میتوانند ویژگیهای مثبت زیادی را برای استفادهکنندگان رقم بزنند، برق معمولاً از انواع سوختهای فسیلی ارزانتر است؛ پس امکان صرفهجویی قابل توجه در مخارج به وجود میآید.
بهعلاوه، گفتیم بسیاری از کشورها سوبسیدهای زیادی برای تهیۀ این نوع خودروها ارائه میکنند... حتی گفتیم که در کشور خودمان هم ماشینهای هیبریدی میتوانند بدون نیاز به خرید مجوز و ترس از جریمه شدن، وارد محدودۀ ممنوعۀ طرح ترافیک شوند.
جالب است که هزینۀ نگهداری این خودروها هم معمولاً کمتر است! چون در مقایسه با ماشینهای سنتی، قطعات متحرک کمتری دارند و این یعنی احتمالی خرابی کمتر! فقط یک مورد اینکه نیازی به پرداخت هزینه برای تعویض روغن وجود ندارد؛ چون موتورهای الکتریکی نیازی به روغن ندارند!
در فناوری خودروهای برقی باتری یکی از نقشهای مهم را بر عهده دارد. 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 بسیاری از خودروهای برقی که امروزه تولید میشوند از نوع لیتیوم-یون هستند.
اگرچه باتریهای لیتیومی اغلب به خاطر ظرفیت زیاد و چگالی انرژی مناسب مورد استفاده قرار میگیرند ولی عمر مفید و دوام آنها محدود است و این مسئله از عمده عواملی است که هزینههای ساخت و تولید خودروی برقی را بالا بردهاست.
تحقیقات برای استفاده از ترکیبات دیگری از لیتیوم مانند فسفاتآهن-لیتیوم و لیتیوم-تیتانات برای حل مشکل دوام و عمر باتریها در جریان است.
انواع دیگر باتریهای مورد استفاده در خودروی برقی عبارتند از:
باتری اسیدی
که هنوز در بسیاری از مدلهای خودروی برقی استفاده میشود. هزینههای اولیه کمتری نسبت به بقیه باتریها دارد و افزایش توان خروجی با اضافه کردن تعداد باتریها به سادگی قابل انجام است.
باتری نیکل–کادم
باتری نیکل– هیدرید فلز
باتری نیکل-آهن
باتری روی-هوا
باتری آلومینیوم - هوا
باتری نمک مذاب
باتری روی-برم
باتری اکسایشکاهش وانادیم
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.
شارژ خانگی (شارژ سریع)
استاندارد شارژر در آمریکا
نوع | تعریف | مشخصات | نوع اتصال |
---|---|---|---|
نوع اول | جربان متناوب مستقیماً به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است. | ۱۲۰ ولت جریانمتناوب، ۱۶ آمپر(=۱٫۹۲کیلووات) | |
نوع دوم | جربان متناوب مستقیماً به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است. ۲۴۰–۲۸۰ ولت تکفاز، بیشینه جریان ۳۲آمپر، با کلیدی با قدرت قطع ۴۰آمپر | ۲۰۸–۲۴۰ ولت؛ ۱۲–۸۰ آمپر(= ۲٫۵–۱۹٫۲ کیلووات) | SAE J1772 |
نوع سوم | جریان مستقیم از شارژر خارج خودرو. حداقل توان مورد نیاز نیست ولی حداکثر جریان ۴۰۰آمپر و توان ۲۴۰کیلووات میباشد. | ولتاژ بالا ۳۰۰–۶۰۰ ولت جریان مستقیم، جریان بالا (صدها آمپر) |
تاریخچه (اختراع)
توماس پارکر سال ۱۸۸۴
باتریهای قابل شارژی که ذخیرهسازی برق را در خودرو امکانپذیر کند در سال ۱۸۵۹ میلادی و توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام گاستون پلانته اختراع شد... این باتریهای باتری سربی-اسیدی نام گرفتند.
اولین خودروی برقی را توماس پارکر یک مهندس اهل لندن در سال ۱۸۸۴ میلادی ساخت... پارکر که نگران آلودگی شهر لندن و نیز علاقهمند به ساخت خودروهای با مصرف کارآمدتر سوخت بود در نهایت توانست یک خودروی برقی قابل استفاده تولید کند.
دوره طلایی
در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم میلادی خودروی برقی به واسطه ترجیح استفاده از انرژی الکتریکی به عنوان نیروی محرکه و عملکرد بهتر، پرطرفدار بود، در سال ۱۹۰۰ میلادی، ۴۰٪ خودروها در آمریکا با بخار، ۳۸٪ با برق و ۲۲٪ با بنزین کار میکردند.
مسائل اقتصادی (هزینه خرید)
دولتها و کشورهای زیادی قوانینی تشویقی برای کاهش هزینه خرید خودروهای برقی ایجاد کردهاند.
تولیدکنندگان در هنگام طراحی دریافته اند که برای تولید با حجم کم، ایجاد تغییرات در پلتفرمهای موجود برایشان ارزانتر خواهد بود اما برای تولید انبوه طراحی و ساخت یک پلتفرم مخصوص باعث بهینهتر شدن و ارزانتر شدن محصول نهایی خواهد شد.
هزینه نگهداری
بر اساس تحقیقی که در سال ۲۰۱۸ در ایالات متحده انجام شدهاست، هزینه متوسط استفاده از یک خودروی برقی در سال برابر ۴۸۵ دلار میباشد در حالیکه هزینه استفاده از یک خودروی بنزینی ۱۱۱۷ دلار در سال است.
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.