مقدمه ای بر وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) ,

بر اساس پیش‌بینی آژانس بین‌المللی انرژی، استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی تا سال 2030 از 3 میلیون به 125 میلیون افزایش خواهد یافت. این میزان تقریباً 41 برابر بیشتر از آنچه که امروز است. با افزایش تقاضا برای سوخت‌های فسیلی و مشکلات ناشی از آلودگی به نظر می رسد به احتمال زیاد این اتفاق بیافتد. به همین دلیل، تمام سازندگان بزرگ خودروهای احتراق داخلی (Internal Combustion Engine) یا به اختصار (ICE) مانند Ford و GM به آرامی توجه خود را به سمت خودروهای برقی  متمرکز میکنند. بازار و مصرف کنندگان به حمل و نقل شخصی ارزان تر نیاز دارند و حتی علاوه بر آن، دولت از طریق سیاست های خود از خودروهای برقی حمایت کرده است. با در نظر گرفتن همه این حقایق، تقریباً واضح است که به زودی اتومبیل های الکتریکی  را خواهیم دید که در سراسر جاده ها حرکت میکنند. باید فضا را نیز در نظر بگیریم، جایی که در حال حاضر یک خودروی تسلا در حال حرکت به سوی مریخ است.

این تغییر پیش از این شروع به نشان دادن علائم کرده است. در چند سال گذشته، بسیاری از تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی  موفق مانند Tesla، Kia Soul، Navistar و Kandi به وجود آمده اند. و به واسطه آنها پیشرفت های زیادی در زمینه باتری ها و موتورهای یک خودروی الکتریکی  ایجاد شده است. در حالی که تغییرات در حال انجام است، زمان آن رسیده است که ما به عنوان مهندس بدانیم که چه چیزی زیر کاپوت یک ماشین الکتریکی است و چگونه کار می کند. بنابراین در این مقاله بیایید یک وسیله نقلیه الکتریکی را تجزیه کنیم تا در مورد آنها یاد بگیریم.

نکته مهم: قبل ازاینکه شروع کنیم می‌خواهم اشاره کنم که اصطلاح خودروی الکتریکی خیلی وسیع است. هر لوکوموتیو که مخزن سوخت نداشته باشد، وسیله نقلیه الکتریکی نامیده می شود. اما در این مقاله Electric Vehicle یا به اختصار EV، فقط به خودروهای الکتریکی، اتوبوس و کامیون اشاره می کند. مگر در مواردی خاص مانند خودروهای الکتریکی segway، Airborne یا waterborne  که در محدوده این مقاله نیستند.

چه چیزی یک خودروی الکتریکی را می سازد؟

ماشین الکتریکی به خودی خود یک خودرو است و از اجزای زیادی تشکیل شده است و مجموعه بزرگی از سیم ها آنها را به هم متصل می کند. اما مواد اولیه کمی برای یک خودروی الکتریکی وجود دارد که در بلوک دیاگرام زیر نشان داده شده است.

موتور یک ماشین  احتراق داخلی معمولی با یک موتور الکتریکی و همچنین مخزن سوخت با پک باتری جایگزین می شود. از بین تمام قطعات، تنها پک باتری و موتور به تنهایی در بیش از 50 درصد وزن و قیمت کل خودرو نقش دارند. همانطور که می بینید پک باتری، کنترل کننده (کنترلر) ، سیستم مدیریت باتری (BMS)، موتور و گیربکس اجزای اصلی یک خودروی الکتریکی را تشکیل می دهند.

باتری خودرو های الکتریکی

پک باتری یک خودرو برقی از تعدادی سلول باتری و یک سیستم مدیریت باتری که وظیفه محافظت سلول ها در هنگام شارژ و تخلیه تشکیل می شود. اولین چیزی که باید در مورد باتری های EV بدانید این است که بر خلاف تلفن همراه شما که فقط یک باتری دارد، EV ها توسط صدها یا هزاران باتری به صورت یک بسته به هم متصل می شوند. برای مثال، تسلا 7000 باتری دارد و شورولت اسپارک 600 باتری درون آنها دارد.

توضیحات بیشتر در مورد باتری وسایل نقلیه الکتریکی را در این مقاله ببینید. 

موتور خودروهای الکتریکی

در حالی که باتری ها مخازن سوخت خودروهای الکتریکی هستند، موتورها نیروی محرک آنها هستند. انواع مختلفی از موتورها در EV استفاده میشوند ولی موتور مورد استفاده برای اسکوتر و دوچرخه کاملاً متفاوت از موتور مورد استفاده در اتومبیل است.  انواع موتور های مورد استفاده در خودروهای برقی را در این مقاله ببینید.

موتور‌ سه فاز القایی (AC  Induction)

موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)

موتور DC بدون جاروبک یا براشلس

موتور DC جاروبک دار یا براش

کنترلر خودروهای الکتریکی

احتمال بسیار زیادی وجود دارد که این سوال قبلاً به ذهن شما خطور کرده باشد. ما می دانیم که خودرو الکتریکی با باتری کار می کند که دارای انرژی DC (مستقیم) هستند و موتورهایی داریم که با AC سه فاز کار می کنند. هر دوی اینها با هم، چگونه کار خواهند کرد؟ این کار توسط کنترلر انجام می شود، از یک دوچرخه معمولی تا یک خودروی تسلا Roadster ، هر EV دارای کنترلر مخصوص به خود است که ولتاژ DC را از باتری به سطح مناسبی برای کار موتورها تبدیل می کند. همچنین سرعت موتور را کنترل می کند. کنترلر تمام ورودی های کاربر مانند میزان دریچه یا پدال گاز ، فشار ترمز، حالت رانندگی و غیره را از کاربر دریافت می کند و بر این اساس سرعت موتور را کنترل می کند. اگر موتورها عضله ماشین در نظر گرفته شوند، کنترلر مغز آن است. کنترلر اغلب یک اصطلاح عمومی است و ممکن است مدارهای دیگری مانند مبدل DC-DC، کنترل کننده سرعت، اینورتر و غیره را شامل شود. مبدل DC-DC برای تامین انرژی تمام لوازم جانبی خودرو مانند سیستم هایی که برای سرگرمی در درون خودرو اند، چراغ های جلو و سایر مواردی که مصرف کمی دارند، استفاده می شود. به غیر از این، کنترلر از ترمزهای ژنراتوری نیز مراقبت می کند. این فرآیند تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی است. زمانی که EV از یک شیب پایین می‌رود، موتور به دلیل انرژی جنبشی آزادانه در حال چرخش است، در این شرایط می‌توان موتورها را به‌عنوان یک ژنراتور درآورد تا از نیروی به‌دست‌آمده برای شارژ باتری‌ها استفاده شود. اکثر خودروهای برقی مدرن امروزی این را دارند اما عملکرد و کارایی آن هنوز قابل بحث است.

انواع کنترلر های مورد استفاده در خودروهای برقی

کنترلر موتور DC جاروبک دار یا براش (DC Series Motor)
کنترلر موتور DC بدون جاروبک یا براشلس (Brushless DC Motor)
کنترلر موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) (Permanent Magnet Synchronous Motor)
کنترلر موتور‌ سه فاز AC القایی (Three Phase AC Induction Motors)

کنترلر موتور‌ سه فاز القایی (AC  Induction)

کنترلر موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)

کنترلر موتور DC بدون جاروبک یا براشلس

کنترلر موتور DC جاروبک دار یا براش

برای اطلاعات بیشتر در مورد کنترلر وسایل نقلیه الکتریکی اینجاکلیک کنید. 

شارژر خودروهای الکتریکی

یکی دیگر از اجزای مهم در خودروهای الکتریکی که نیاز به پیشرفت دارد، شارژرها هستند. یک خودروی الکترونیکی به طور متوسط حداقل 5 ساعت طول می کشد تا شارژ شود که همراه با مسافت پیموده شده بسیار کم آن به یک فاجعه تبدیل می شود. یک آمریکایی به طور متوسط بیش از 50 کیلومتر در روز رانندگی می کند، در این سناریو یک خودروی برقی که برای شارژ کامل 90 کیلومتر مسافت طی می کند باید تقریبا هر روز شارژ شود. این باعث می شود شارژها جزء پر استفاده ترین قطعات باشند.

از آنجایی که برق نیز از نیروگاه زغال سنگ می آید. آیا خودروهای برقی واقعا سبز هستند؟

این سوال در حالی که خودروهای برقی با باتری کار می‌کنند جای بحث دارد، برق شارژ این باتری‌ها از نیروگاه تامین می‌شود و طبق نظرسنجی که در زیر نشان داده شده است.

حدود 61 درصد از برق جهان از منابع تجدید ناپذیر مانند زغال سنگ و گاز تولید می‌شود.علاوه بر این باتری های EV از مواد شیمیایی مضر ساخته شده اند و پس از دور ریختن دوباره محیط را آلوده می کنند. با در نظر گرفتن همه اینها، EV ممکن است آنطور که فکر می کردیم دوستدار محیط زیست نباشد. یا آیا دوستدار محیط زیست است؟ بسیاری از کارشناسان با این نتیجه موافق هستند که خودروهای برقی به طور جدی سبزتر از خودروهای ICE معمولی هستند. به خاطر دلایل زیر است.

پایداری: همانطور که خودروهای برقی در حال محبوب شدن هستند، بخش انرژی های تجدیدپذیر نیزدر حال محبوب شدن هستند. ما به آرامی برای تولید برق به سمت باد و خورشید حرکت می کنیم و در نتیجه فرآیند 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 خود دریافت می کنید، از یک چاه نفت به جای دیگری پمپاژ، فراورده  و حمل شده است. همه این فرآیندها در سطح های مختلفی شامل آلودگی هستند. از طرف دیگر برای خودروهای برقی برق از طریق سیم به خانه شما منتقل می شود و این قابلیت از قبل برقرار شده است.

بازسازی انرژی: یکی دیگر از مواردی که فقط در خودروهای الکتریکی امکان پذیر است، تولید مجدد برق است. این چیز زیادی اضافه نمی کند، اما هنوز هم تأثیر کمی در سبزتر کردن خودروهای الکتریکی دارد.

بنابراین، اگر بخواهیم به سمت انرژی های تجدیدپذیر برای تولید برق برویم، مطمئناً خودروهای الکتریکی بسیار سبزتر از ICE (احتراق داخلی) خواهند بود.

تفاوت بین خودروهای هیبریدی و خودروی الکتریکی چیست؟

برخی افراد تمایل دارند از اصطلاح خودروی هیبریدی و خودروی الکتریکی به جای یکدیگر استفاده کنند که اینطور نیست. هر دو معنای کاملا متفاوتی دارند. اگر وسیله نقلیه هم با برق و هم با گاز کار کند، خودروی هیبریدی است، اگر فقط با برق کار کند و نتواند با گاز کار کند، به آن وسیله نقلیه الکتریکی می گویند. شما می توانید با بررسی اینکه آیا یک خودرو دارای مخزن سوخت است یا خیر، مطمئن شوید که آیا یک خودرو EV است یا خیر، اگر مخزن سوخت وجود ندارد، پس مطمئناً خودرو EV است.

هر دو خودروهای برقی و هیبریدی اهمیت خاص خود را دارند، یک خودروی هیبریدی می‌تواند معایب EV مانند زمان سوخت، برد کوتاه و غیره را رد کند، اما از آنجایی که سخت‌افزار ICE و EV را دارد، این خودروها معمولاً گران هستند. هدف از خودروهای هیبریدی معمولا افزایش کارایی خودرو با استفاده از موتور برای به حرکت درآوردن خودرو در سرعت های پایین است.

تفاوت خودرو برقی و هیبریدی

شارژر خودروهای برقی

کنترلر خودروهای برقی

موتور خودروهای برقی

باتری خودروهای برقی

بلوک دیاگرام خودرو برقی

مقدمه ای بر خودروهای برقی