فهرست مطالب
مقدمه
امروزه به دلایل متعددی خودروی برقی در حال تسلط بر بازار وسایل نقلیه است و در آیندهای نزدیک، جایگزین حتمی خودروهای دارای موتور احتراق داخلی (بنزینی و گازوییلی) خواهد شد. این دلایل عبارتند از :
1) اثبات قطعی نقشداشتن گازهای گلخانهای متصاعد از خودروهای بنزینی و گازوییلی در تغییرات اقلیمی. تمامی مراجع معتبر علمی تصریح کردهاند که دلیل اصلی وضعیت فعلی گرمایش کره زمین، انباشت گازهای گلخانهای ناشی از احتراق سوختهای فسیلی است.
2) سهولت دسترسی به انرژی الکتریکی جهت شارژ خودرو. زیرا برق تقریباً همه جا در دسترس است، اما بنزین و گازوییل فقط در جایگاه سوخت در دسترس میباشد.
3) راندمان بالاتر خودروهای برقی نسبت به خودروهای احتراق داخلی. انرژی جنبشی ناشی از حرکت خودروی برقی در سرازیری و همچنین هنگام ترمزگرفتن با مکانیسم بازیافت انرژی مجموعه باتریها را شارژ میکند. اما در خودروهای احتراق داخلی، هنگام حرکت در سرازیری، بنزین اضافهای که برای طی مسیر سربالایی مصرف شده بود دیگر تولید نمیگردد. همچنین حین ترمز، انرژی جنبشی در لنتها به گرما تبدیل و تلف میگردد.
انواع خودروی برقی
دستهبندی کلی خودروهای برقی به شرح زیر میباشد :
1) خودروی برقی هیبریدی
در این نوع خودروی برقی که به « خودروی برقی ترکیبی » (یا هایبرید یا Hybrid Electric Vehicle یا HEV) نیز معروف است، انرژی الکتریکی لازم برای شارژ مجموعه باتریها توسط یک ژنراتور برق داخل خودرو تأمین میشود. خود این ژنراتور نیز توسط یک موتور بنزینی به چرخش در میآید. بنابراین قوای محرکه این نوع خودروی الکتریکی، ترکیبی از یک یا چند موتور الکتریکی و یک موتور بنزینی میباشد و به همین دلیل، به خودروی برقی ترکیبی نیز معروف است. این موتورها با چیدمانهای مختلف به یکدیگر متصل میگردند که در بخشهای بعد به معرفی آنها پرداخته شده است.
البته باید توجه داشت که در طراحی تمام انواع خودروهای هیبریدی، منبع اصلی انرژی بنزین موجود در باک خودروست و مجموعه باتریها فقط نقش مکمل تأمین انرژی را دارند. علاوه براین، باتریها نقش جذبکننده انرژی تولید شده توسط سیستم ترمز بازیاب انرژی (Regenerative Braking System یا RBS) را نیز بر عهده دارند.
در شکلهای 2 و 4 و 6 انواع آرایش موتور هیبرید را میبینید.
انواع این خودرو از لحاظ قابلیت شارژ از طریق برق شهری به شرح زیر میباشد :
خودروی برقی هیبریدی معمولی (غیر پلاگین)
در این نوع خودروی الکتریکی، شارژ مجموعه باتریها فقط توسط موتور بنزینی انجام میگردد. شکلهای 3 و 5 و 7 نیز چند نمونه از خودروهای هیبرید غیر پلاگین را نشان میدهند.
خودروی برقی هیبریدی پلاگین
در این نوع خودروی الکتریکی، مجموعهباتریها علاوه بر موتور بنزینی از برق شهری نیز با واسطه شارژر مناسب قابل شارژ هستند. به این ترتیب قابلیت اطمینان این نوع خودروی برقی از نوع هیبریدی معمولی (غیر پلاگین) بیشتر است. زیرا حتی با وجود اتمام سوخت و عدم دسترسی به پمپ بنزین، مجموعه باتریها از منبع انرژی در دسترس دیگری مانند پریزهای برق شهری قابل شارژ هستند.
شکل 1 یک خودروی لکسوس مدل NX 450H را نشان میدهد که از نوع هیبرید پلاگین (PHEV) میباشد.
شکل 1 – خودروی الکتریکی لکسوس مدل NX 450H از نوع هیبرید پلاگین
انواع خودروی برقی هیبرید از لحاظ ترتیب قوای محرکه به شرح زیر میباشد :
خودروی برقی هیبریدی سری
در این نوع، ابتدا یک موتور احتراق داخلی بنزینی یک ژنراتور برق را به چرخش درمیاورد. سپس این ژنراتور مجموعه باتریها را شارژ مینماید و موتور الکتریکی که از مجموعه باتریها تغذیه میکند، خودرو را به حرکت در میآورد. بنابراین موتور بنزینی به تنهایی نقشی در حرکت خودرو ندارد. در این آرایش مجموعه قوای محرکه یک آرایش سریالی دارد و به همین دلیل به این نوع سری گفته میشود.
شکل 2 چیدمان نیروی محرکه خودروی برقی هیبریدی نوع سری را نشان میدهد :
شکل 2 – آرایش نیروی محرکه خودروی برقی هیبرید نوع سری
در شکل 3 یک خودروی BMW مدل i3 Rex (مخفف Range Extender) را میبینید که دارای موتور هیبرید نوع سری است:
شکل 3 – خودروی بی ام و مدل i3 Rex دارای موتور هیبرید سری
خودروی برقی هیبریدی موازی
در این نوع هر دو موتور بنزینی و الکتریکی به صورت همزمان به محور انتقال قدرت متصل هستند و هر یک به تنهایی یا همزمان انرژی لازم برای حرکت خودرو را تأمین میکنند. اما نسبت قدرت این دو موتور توسط یک سیستم تقسیم قدرت هوشمند مدیریت میشود. به عنوان مثال در شروع حرکت، تأمین گشتاور بالای مورد نیاز برای خنثی نمودن اینرسی سکون خودرو بر عهده موتور الکتریکی است. همچنین در سرعت عادی ترافیک شهری، کماکان موتور الکتریکی نقش اصلی حرکت را برعهده دارد. اما در سرعتهای بالا یا مواقع نیاز به شتاب زیاد مانند سبقت گرفتن، موتور بنزینی نیز به کمک موتور الکتریکی میآید.
در شکل 4 آرایش نیروی محرکه خودروی الکتریکی هیبریدی نوع موازی را مشاهده میکنید:
شکل 4 – آرایش نیروی محرکه خودروی الکتریکی هیبرید نوع موازی
در شکل 5 خودروی هوندا مدل سیویک IMA را میبینید که از نیروی محرکه هیبرید نوع موازی بهره میبرد:
شکل 5 – خودروی هوندا مدل سیویک IMA از نوع هیبریدی موازی
خودروی برقی هیبریدی سری – موازی
آرایش نیروی محرکه در خودروی الکتریکی هیبرید سری-موازی (یا همان تلفییقی (Combined HEV طوریست که از مزایای هر دو آرایش سری و موازی بهره میبرد. به این معنی که سیستم هوشمند مدیریت قوای محرکه بر حسب شرایط رانندگی (سربالایی، سرازیری، نیاز به شتاب زیاد، میزان باقیمانده از شارژ باتری و …) درصد تأمین نیروی محرکه از موتور الکتریکی و موتور بنزینی را محاسبه و با ارسال فرمان مناسب به سیستم کلاچها، میزان درگیری این دو موتور را تعیین میکند که این حالت عملکرد شبیه آرایش موازیست. همچنین در صورت کاهش میزان شارژ مجموعه باتری، موتور بنزینی ژنراتور شارژکننده باتریها را به چرخش در میآورد که این حالت عملکرد شبیه آرایش سری میباشد.
شکل 6 چیدمان قوای محرکه نوع سری-موازی را نشان میدهد:
شکل 6 – آرایش قوای محرکه خودروی الکتریکی هیبرید نوع سری-موازی یا تلفیقی
در شکل 7 خودروی تویوتا پریوس دارای نیروی محرکه هیبرید تلفیقی را میبینید :
شکل 7 – خودروی تویوتا پریوس دارای نیروی محرکه هیبرید سری-موازی یا تلفیقی
2) خودروی تمام برقی
در خودروهای تمام برقی (Battery Electric Vehicle یا BEV)، هیچ نوع موتور احتراقی (چه بنزینی و چه گازوییلی) وجود ندارد و نیروی محرکه خودرو توسط یک یا چند موتور الکتریکی تأمین میگردد. تغذیه برق این موتور یا موتورهای الکتریکی نیز بر عهده مجموعه باتریهاست که به نوبه خود از طریق شارژر خودروی برقی شارژ میگردند.
گفتنی است که در سالیان پیش زمانی که تیراژ تولید خودروهای تمام الکتریکی ناچیز بود، تعداد ایستگاههای شارژ کم بود. در آن دوره زمانی برتری مطلق با خودروهای هیبریدی بود. چون نسبت به خودرهای بنزینی مصرف سوخت کمتری داشتند و گازهای آلاینده کمتری تولید میکردند و نسبت به خودروهای تمام برقی هم به دلیل تأمین همزمان منبع انرژی از پریز برق شهری (البته فقط در نوع پلاگین) و بنزین و سهولت دسترسی به جایگاههای سوخت در همه جا، نگرانی کمتری برای رانندگان از جهت تخلیه باتری و بدون شارژ ماندن در مواقعی مانند مسافرت ایجاد میکردند.
اما امروزه با افزایش تولید خودروهای برقی، تعداد ایستگاههای شارژ در حال نصب یا در حال کار نیز سیر صعودی دارد. همچنین تولید انواع شارژرهای ثابت و پرتابل نیز افزایش یافته است. بنابراین نگرانی رانندگان از بدون شارژ ماندن خودرو در میانه مسیر بیمورد است.
شکل 8 خودروی تمام برقی لیپ مدل C11 محصول شرکت لیپموتور را نشان میدهد:
شکل 8 – خودروی تمام برقی لیپ مدل C11
جمعبندی
خودروهای الکتریکی در انواع مختلفی به بازار عرضه شدهاند که هر کدام دارای نقاط ضعف و قوت ویژه خود میباشد. ولی در نهایت این خودروهای تمام برقی هستند که به دلیل مزایای بیشتر چه از دید مشخصات فنی و چه از لحاظ سهولت استفاده و حتی سادگی نسبی تعمیرات نسبت به خودروهای هیبریدی یا حتی بنزینی که از اجزای بسیار بیشتری برخوردارند، در حال تسلط کامل بر بازار جهانی خودرو هستند.
شکل 9 مقایسه کلی بین انواع رایج خودرو از دیدگاه قوای محرکه را نشان میدهد :
شکل 9 – مقایسه منبع انرژی و میزان آلایندگی خودروهای رایج
در این شکل میبینید که با تکامل تکنولوژی و گذار از خودروهای رایج دارای موتور احتراق داخلی به سمت خودروهای تمام برقی، از میزان آلایندگی گازهای خروجی اگزوز کاسته میشود تا اینکه در خودروهای تمام برقی به صفر میرسد.
مطالعه بیشتر
جهت مطالعه مطالب بیشتر در مورد خودروهای الکتریکی به منابع زیر مراجعه بفرمایید:
- شارژر خودروی برقی
- سیستم ترمز بازیاب انرژی
- تفاوت بین شارژرهای سطح 1 و 2 و 3
- ساختار داخلی شارژر خودروهای برقی
- کانکتور خودروی برقی
- آشنایی با ساختار و انواع باتری خودروی برقی
- پارامترها و اصطلاحات خودروهای الکتریکی
- هزینه شارژ خودرو برقی و مقایسه آن با هزینه سوخت خودرو بنزینی
- معرفی اپ شارژ خودرو برقی EVSEMaster
- ایستگاههای شارژ خودروهای برقی
- خودروهای برقی
- ترمز بازیابنده انرژی