مسافت پیمایش خودروی برقی : علت فرق مقدار اعلامی با واقعی
فهرست مطالب
مقدمه
با توجه به کمبود فعلی زیرساختهای شارژ در جادهها و بزرگراههای کشور، یکی از دغدغههای اصلی مالکان خودروهای برقی و کسانی که قصد خرید این نوع خودروها را دارند “مسافت پیمایش خودروی برقی” در قالب این پرسشهاست :
اگر حین مسافرت در جاده یا اتوبان باتری خودروی من خالی بشود، چه اتفاقی میافتد؟
آیا باتری خودروهای برقی فعلی رایج در بازار جوابگوی یک مسافرت طولانی با یک بار شارژ در شروع حرکت هست؟
قبل از شروع سفر باتری خودروی خود را پر کردهام. چند کیلومتر با آن میتوانم بروم؟
در این مطلب به بررسی ابعاد مختلف مسئله مسافت پیمایش خودروی برقی میپردازیم.
تعریف مسافت پیمایش خودروی برقی
مسافت پیمایش خودروی برقی که به برد یا رنج (Range) نیز معروف است، به حداکثر مسافتی بر حسب کیلومتر میگوییم که یک خودروی الکتریکی قادر به طی کردن با یک بار شارژ کامل است. این مسافت در مشخصات فنی خودرو در وبسایت شرکتهای خودروساز درج و همچنین در کاتالوگ آنها چاپ میگردد.
شکل 1 – خودروی لوسید ایر دریم نسخه آر (Lucid Air Dream Edition R) دارای بیشترین مسافت پیمایش خودروی برقی با مقدار 837 کیلومتر
علت تفاوت مسافت پیمایش خودروی برقی بین مشخصات و شرایط عملی
در حال حاضر حداکثر مسافت پیمایش خودروی برقی با 4 نوع استاندارد مختلف اندازهگیری میگردد :
- استاندارد EPA رایج در آمریکای شمالی شامل ایالات متحده و کانادا
- استاندارد WLTP رایج در اروپا
- استاندارد NEDC چین
- استاندارد CLTC چین (که جایگزین استاندارد قدیمی NEDC شده است.)
در رویه تست همه این استانداردها، خودروی برقی در سیکلهای مختلف حرکت درون شهری، بزرگراه و حتی جادههای ناهموار در شرایط مختلف تست میگردد و در نهایت، میانگین نتایج چندین تست به عنوان حداکثر مسافت پیمایش (یا برد یا رنج) به صورت رسمی در کاتالوگ و مشخصات فنی خودرو اعلام میگردد.
اما باید توجه داشت که شرایط تست در بسیاری از مواقع با شرایط واقعی رانندگی متفاوت است. به خصوص در کشور ما به عنوان یک کشور گرمسیر که در بیش از نیمی از سال نیاز به استفاده از کولر خودرو هست و همچنین شرایط غیر استاندارد خیابانها و جادهها از نظر پوشش آسفالت و ناهمواریها، همگی موجب تفاوت برد پیمایش واقعی خودروی برقی با مشخصات اعلامی میگردد.
جهت مطالعه در مورد جزییات سیکلهای اندازهگیری مسافت پیمایش خودروی برقی بر پایه استانداردهای مختلف، لطفاً بخش «استانداردهای اندازهگیری» از مطلب «معرفی اصطلاحات و پارامترهای خودروهای الکتریکی» را مطالعه بفرمایید.
یک مثال عملی برای توضیح مسافت پیمایش خودروی برقی
بیایید با یک مثال موضوع را روشنتر کنیم :
فرض کنید به تازگی یک خودروی اسکای ول ET5 خریداری نمودهاید و میخواهید در فصل تابستان مسافرتی به طول 260 کیلومتر از منطقه ولنجک تهران با ارتفاع 1800 متر از سطح دریا به ساحل شهر رامسر (تراز صفر همسطح دریا) انجام دهید. در کاتالوگ و همچنین وب سایت شرکت سازنده، حداکثر مسافت قابل پیمایش خودروی اسکای ول تمام برقی 520 کیلومتر بر پایه استاندارد اندازهگیری NEDC ذکر شده است. پس از نظر تئوری، مسافرت رفت و برگشت در این مسیر نباید نیاز به شارژ در طول مسیر داشته باشد. حال ببینیم از نظر عملی، چرا دستیابی به این مقدار در این مسافرت نمونه ممکن نیست؟
محاسبات بدون لحاظ مصرف کولر
ظرفیت باتری خودروی اسکای ول تمام برقی 72 کیلووات-ساعت و وزن خالص آن 1880 کیلوگرم میباشد که با 3 نفر سرنشین و بار همراه، فرض میکنیم وزن کلی خودرو به 2100 کیلوگرم برسد. به دلیل مصرف باتری بیشتر در مسیر سربالایی (شیب مثبت) در مسیر برگشت، ابتدا به این مسیر میپردازیم. اگر بردار حرکت خودرو را به دو مؤلفه حرکت افقی و حرکت عمودی تجزیه کنیم، باتری باید علاوه بر یک حرکت در یک مسیر کاملاً افقی، انرژی لازم برای بالابردن یک جرم 2100 کیلوگرمی را به ارتفاع 1800 متری به صورت کاملاً عمودی تأمین نماید که مقدار این انرژی را به صورت زیر بدست میآوریم :
ژول 000‚044‚37 = 1800 × 9/8 × 2100 = مسافت × نیرو = انرژی
هر کیلووات-ساعت انرژی معادل 000‚600‚3 ژول است. پس اضافه مصرف باتری برای پیمایش مسیر سربالایی این مسافرت برابر است با :
کیلووات-ساعت 10/29 = 3600000 / 37044000 = اضافه مصرف انرژی برای طی سربالایی
در مشخصات این خودرو، حداقل میزان بازیافت انرژی برابر %30 ذکر شده است. پس در سرازیری مسیر رفت این مسافرت، حداقل %30 از اضافه مصرف انرژی برای طی مسیر سربالایی در مسیر برگشت بازیافت میشود :
کیلووات-ساعت 3/087 = 0/3 × 10/29
پس باقیمانده ظرفیت باتری فقط ناشی از جابجایی عمودی خودرو در مسیرهای رفت و برگشت به صورت زیر محاسبه میگردد :
کیلووات-ساعت 64/797 = 10/29 – 3/087 + 72
تأثیر روشن کردن کولر بر مسافت پیمایش خودروی برقی
با فرض روشن بودن کولر در تمام طول مسیر و اینکه انرژی مصرفی توسط کمپرسور کولر حدوداً %15 از انرژی باتری را به خود اختصاص میدهد، ظرفیت باقیمانده باتری برابر خواهد بود با :
کیلووات-ساعت 55 ≈ 0/85 × 64/797
پس سربالایی مسیر این مسافرت و روشن بودن کولر در تمام طول مسیر، 17 کیلووات-ساعت از ظرفیت باتری را مصرف میکند و با یک تناسب ساده میتوانیم تأثیر سربالایی و روشن بودن کولر را بر حداکثر مسافت قابل پیمایش توسط خودروی برقی اسکای ول ET5 محاسبه نماییم :
کیلومتر 398 ≈ 520 × (55/72)
بنابراین با حرکت از تهران و طی 260 کیلومتر مسیر و رسیدن به مقصد در ساحل رامسر، شما در مسیر برگشت به طرف تهران برای طی 138 کیلومتر مسافت شارژ خواهید داشت و تقریباً در میانه مسیر، باید دوباره باتری خودرو را شارژ کنید.
شکل 2 – خودروی اسکای ول ET5 دارای مسافت پیمایش 520 کیلومتر طبق استاندارد NEDC
خلاصه محاسبات
اطلاعات مسافت پیمایش خودروی برقی اسکای ول ET5 در این مسافرت نمونه به صورت جدول زیر قابل نمایش است :
شارژ باتری (کیلووات-ساعت) | مصرف باتری (کیلووات-ساعت) | |
| شارژ اولیه | 72 + | |
| شارژ به دلیل بازیافت انرژی در سرازیری مسیر رفت | 3/087 + | |
| مصرف کمپرسور کولر در تمام مسیر | 10/8 – | |
| اضافه مصرف باتری در سربالایی مسیر برگشت | 10/29 – |
جدول 1 – اطلاعات شارژ و مصرف باتری خودروی برقی اسکای ول ET5 در یک مسافرت نمونه 520 کیلومتری با لحاظ شیب جاده و روشن بودن کولر
لازم به ذکر است که برای سادگی درک محاسبات، تمام شرایط رانندگی و ترافیک مسیر رفت و برگشت برابر فرض شده است.
چگونه مسافت پیمایش خودروی برقی خود را به حداکثر مقدار ممکن برسانیم؟
با انجام راهکارهای ساده زیر و محدود نمودن استفاده بارهای بزرگ مصرفکننده انرژی باتری فقط به موارد ضروری، میتوانید مسافت پیمایش خودروی برقی خود را به حداکثر مقدار ممکن برسانید :
- عدم استفاده از کولر
- عدم استفاده از گرمکن و سردکن صندلیها
- عدم استفاده از سیستمهای بخارزدای شیشههای جلو و عقب
- عدم رانندگی با سرعت بالای 90 کیلومتر بر ساعت (نیروی مقاومت هوا با توان سوم سرعت رابطه مستقیم دارد. به عنوان مثال با دو برابر شدن سرعت از 60 به 120 کیلومتر بر ساعت، نیروی مقاومت هوا که موتور خودروی برقی میبایست با انرژی باتری بر آن غلبه نماید، 8 برابر میگردد!)
- عدم رانندگی در دمای محیط بالای 50 یا زیر 20- درجه سانتیگراد
- خودداری از رانندگی با شتابگیری و توقفهای پیاپی و بیمورد
- عدم حمل دایمی وسایل سنگین غیرضروری
- تنظیم دورهای فشار باد لاستیکها
- عدم حمل بار روی سقف، طوری که سطح مقطع آیرودینامیک خودرو را افزایش دهد.
- نگهداری شارژ در محدوده بهینه %20 تا %80
- انجام سرویسهای دورهای خودرو در زمان مقرر
کدام استاندارد اندازهگیری مسافت پیمایش خودروی برقی به مقدار واقعی نزدیکتر است؟
همانطور که ذکر کردیم، در حال حاضر مسافت پیمایش خودروهای برقی با دستورالعملهای 4 نوع استاندارد متفاوت EPA، WLTP، NEDC و CLTC بدست میآید. روشن است که به دلیل شرایط متفاوت سیکلهای تعریف شده در این استانداردها، بیشینه مسافت پیمایش یک خودروی برقی مقادیر متفاوتی خواهد داشت.
متأسفانه به ندرت پیش میآید که مقادیر مسافت پیمایش یک خودروی برقی تحت هر 4 استاندارد فوق موجود باشد. زیرا سازندگان بسته به نیاز بازارها در مناطق جغرافیایی مختلف، مشخصات فنی متفاوتی حتی برای یک مدل خودروی واحد در نظر میگیرند. مثلاً ظرفیت باتری و امکانات هیوندای مدل کنا صادراتی به بازار آمریکا با ظرفیت باتری و امکانات مدلهای صادراتی به بازارهای اروپا و آسیا متفاوت است.
اما در مورد خودروهای معدودی که برد آنها را با هر 4 استاندارد فوق داریم، میتوان دید که استاندارد EPA به دلیل داشتن سیکلهای متعدد شهری و برون شهری و لحاظ نمودن شرایط مختلف رانندگی در دمای بالا با کولر روشن و دمای پایین با بخاری روشن، نزدیکترین مقدار را به شرایط واقعی رانندگی با خودروهای برقی دارد.
نتیجهگیری
علت تفاوت مسافت پیمایش خودروی برقی بین مشخصات فنی و مقدار واقعی این است که شرکت سازنده، خودرو را تحت شرایط استانداردی تست نموده که تفاوت زیادی با شرایط اقلیمی و همچنین وضعیت خیابانها و جادههای ایران دارد.
به عنوان مثال، در بسیاری از مناطق ایران بیش از نیمی از سال نیاز به روشنکردن کولر خودرو در تمام طول شبانهروز وجود دارد. اما در تمام استانداردها، روشن بودن کولر فقط بخشی از یک سیکل تست است و تمام مدت در همه سیکلها لحاظ نشده است که همین امر، تفاوت زیادی بین نتایج تست و مقادیر واقعی ایجاد مینماید.
همچنین، وجود سرعتگیرها و چالههای متعدد در تمام مسیرهای رانندگی در ایران، نیاز به ترمزگیری و شتابگیریهای پیاپی را افزایش میدهد که باز منجر به افزایش مقدار واقعی مصرف باتری نسبت به شرایط تستها میگردد.
جنس و اجرای نادرست آسفالت خیابانها و بزرگراهها نیز موجب افزایش ضریب اصطکاک و در نتیجه اتلاف انرژی بیشتری از باتری نسبت به شرایط استاندارد تستها میگردد.
مطالعه بیشتر
جهت مطالعه بیشتر در مورد مطالب مرتبط با این موضوع، لطفاً به مطالب زیر مراجعه بفرمایید :