فهرست مطالب
مقدمه
رقابت بین خودروهای برقی و بنزینی بر سر تصاحب سهم عمده بازار بسیار بالا گرفته است. به همین دلیل، بحثهای داغی بین طرفداران و مخالفین خودروهای برقی در جریان میباشد. یکی از ایرادات منتقدین این است که پیمایش خودروهای برقی نسبت به خودروهای بنزینی کمتر است. یعنی یک خودروی برقی با باتری فول شارژ نسبت به همرده بنزینی خود با باک پر مسافت کمتری میپیماید. این انتقاد تا حدی درست است.
با مطالعه این مطلب، دلیل صحیح بودن آن را خواهید دانست. همچنین، راهکارهایی را معرفی مینماییم که با یک بار شارژ، بیشترین مسافت را با خودروی برقی خود بپیمایید. به عبارت دیگر، خواهید دانست که چگونه بهرهوری انرژی خودروی برقی خود را به حداکثر مقدار ممکن برسانید.
مقایسه پیمایش خودروهای برقی و بنزینی
یک خودروی بنزینی در کلاس امکانات و قیمت متوسط با ظرفیت باک بنزین 50 لیتر را درنظر بگیرید. با لحاظ ضریب تبدیل انرژی بنزین که 9/5 کیلووات-ساعت بر لیتر میباشد، در باک بنزین این خودرو 475 کیلووات-ساعت انرژی نهفته است. اما راندمان تبدیل انرژی موتورهای احتراق داخلی در بهترین حالت حداکثر %20 است. پس انرژی مفید قابل استفاده حدود 95 کیلووات-ساعت خواهد بود. در شرایط واقعی با مصرف 8 لیتر در هر 100 کیلومتر، این خودرو با یک باک پر حدود 625 کیلومتر پیمایش خواهد داشت.
حال یک خودروی برقی در کلاس مشابه خودروی بنزینی فوق از نظر امکانات و با ظرفیت باتری 60 کیلووات-ساعت را درنظر بگیرید. در شرایط واقعی با مصرف 15/4 کیلووات-ساعت بر 100 کیلومتر که میانگین مصرف انرژی یک خودروی برقی متوسط میباشد، این خودرو حدود 390 کیلومتر پیمایش خواهد داشت.
نکته این مقایسه اینجاست که اگر بخواهیم مسافت پیمایش خودروی برقی فوق را به 625 کیلومتر مشابه خودروی بنزینی همرده برسانیم، باید باتری با ظرفیت 96 کیلووات-ساعت روی آن نصب کنیم. اما چنین باتری بسیار سنگین و گران است. طوری که وزن خودرو را به بیش از 2/5 تن و رده قیمتی آن را از یک خودروی متوسط خارج و به رده خودروهای برقی لوکس بازار خواهد رساند.
شکل 1 – مقایسه خودروهای برقی و بنزینی از نقطهنظر مصرف و اتلاف انرژی در یک مسافت 100 کیلومتری
چرا پیمایش خودروهای برقی از همرده بنزینی کمتر است؟
علت این تفاوت فاحش در چگالی انرژی جرمی باتری لیتیوم-یون نسبت به بنزین نهفته است. فعلاً کفه ترازوی این مقایسه، به سمت برتری خودروهای بنزینی از دید پیمایش میباشد. اما خبر خوب این است که با پیشرفت باتریها و توسعه فناوریهایی همچون باتریهای حالت جامد، این تفاوت به تدریج در حال کاهش است. پس روزی فرا خواهد رسید که این تنها نکته برتری خودروهای بنزینی نیز از میان خواهد رفت. آنگاه مخالفین دیگر هیچ بهانهای برای جایگزینی خودروهای بنزینی با برقی نخواهند یافت!
نکته شایان ذکر دیگر از مقایسه مثال دو خودروی فوق این است که با لحاظ راندمان بسیار چشمگیر 95 درصدی تبدیل انرژی در خودروهای برقی نسبت به راندمان فاجعهبار 20 درصدی خودروهای بنزینی، برای داشتن 95 کیلووات-ساعت انرژی مفید، ظرفیت باتری خودروی برقی باید حدود 100 کیلووات-ساعت باشد. حال با لحاظ مصرف 15/4 کیلووات-ساعت در هر 100 کیلومتر، به پیمایش بسیار خوب 650 کیلومتر خواهیم رسید! یعنی اگر تکنولوژی باتری خودروهای برقی به نقطهای برسد که چگالی جرمی انرژی باتری با بنزین برابر گردد، پیمایش یک خودروی متوسط برقی با یک بار شارژ به بالای 600 کیلومتر خواهد رسید.
راهکارهای جلوگیری از کاهش پیمایش خودروهای برقی
حال این پرسش را خواهید پرسید که در نقطه فعلی فناوری باتریهای لیتیوم-یون و اعداد رایج مندرج در کاتالوگ برای پیمایش خودروهای برقی، چه کنیم که در عمل نیز بتوانیم به مقدار پیمایش مندرج در مشخصات برسیم؟ همانطور که در مطلب «علت تفاوت بین مقادیر پیمایش خودروهای برقی مندرج در کاتالوگ با مقادیر واقعی» به تفصیل توضیح دادیم، شرکتهای سارنده پیمایش خودروهای برقی را تحت یکی از 4 سیکل استاندارد زیر میسنجند و در کاتالوگ مشخصات خودرو درج مینمایند:
مقادیر پیمایش خودروهای برقی تحت استانداردهای EPA (رایج در آمریکا و کانادا) و WLTP (رایج در اروپا) نسبت به دو استاندارد NEDC و CLTC (رایج در چین) به مقادیر واقعی روزمره نزدیکترند. علت این است که سیکلهای سنجش دو استاندارد نخست از لحاظ تعداد و همچنین نزدیک بودن به شرایط رانندگی واقعی، بهتر هستند. در مقابل، دو استاندارد آخر دارای تعداد سیکل اندازهگیری کمتر و از نظر شرایط تست دورتر از واقعیت و بنا بر تعبیر دیگر، بر پایه شرایط ایدهآل هستند.
اما با رعایت نکات زیر، میتوانید بهرهوری انرژی را تا حد امکان افزایش دهید تا با مقدار شارژ معین، پیمایش بیشتری داشته باشید.
عامل اصلی کاهش پیمایش خودروهای برقی: سرعت بالا
مهمترین عامل افزایش مصرف انرژی و در نتیجه کاهش پیمایش خودروهای برقی، سرعت زیاد است. زیرا نیروی مقاومت هوا با توان سوم سرعت افزایش مییابد. به عنوان مثال نیروی مقاومت هوا در سرعت 100 کیلومتر، 8 برابر همان نیرو در سرعت 50 کیلومتر میباشد! پس اگر میخواهید مسافت پیمایش بیشتری با خودروی برقی خود داشته باشید، از رانندگی با سرعت زیاد بپرهیزید.
پرهیز از شتابگیریهای ناگهانی
به خاطر گشتاور بالای موتور خودروهای برقی، شتاب این خودروها نسبت به خودروهای بنزینی بسیار بیشتر است. پس اگر مالک یک خودروی برقی هستید، حتماً به دفعات به استفاده از لذت این شتاب بالا و بکسوات و پشت سر گذاشتن سایر خودروها بعد از سبز شدن چراغ راهنمایی در عبور از چهارراه وسوسه شدهاید!
اما توجه نمایید که به دلیل وزن زیاد پکیج مجموعه باتری، وزن کلی یک خودروی برقی نسبت به خودروی همرده بنزینی بیشتر است. پس شتابگیری ناگهانی نیاز به مصرف انرژی بسیار زیادی دارد که اگر در ترافیک شهری باشید و در پی آن نیاز به گرفتن ترمز پیدا کنید، بیشتر این انرژی به صورت گرما از طریق اصطکاک لنتها با دیسک چرخها تلف میگردد. درست است که خودروهای برقی دارای سیستم «بازیافت انرژی» ( نام دیگر آن RBS مخفف Regenerative Braking System) هستند که یکی از نقاط قوت بسیار مهم آنها نسبت به خودروهای بنزینی میباشد. اما راندمان این سیستم در بهترین حالت حدود %30 است.
یعنی به عنوان مثال اگر در یک شتابگیری ناگهانی 1 کیلووات-ساعت از انرژی باتری را مصرف نمایید، با ترمز شدید در پی آن تا توقف کامل خودرو، حدود 0/3 کیلووات-ساعت به شارژ باتری برمیگردد و حدود 0/7 کیلووات-ساعت انرژی به صورت گرما در سیستم ترمز تلف میشود.
پس تا حد امکان از شتابگیریهای ناگهانی که در پی آن نیاز به ترمز شدید پیدا خواهید کرد، بپرهیزید. زیرا این عادت هم از پیمایش خودرو به میزان زیادی میکاهد و هم استهلاک لنتها را به شدت افزایش میدهد.
استفاده از سیستمهای تهویه در حد لازم
در خودروهای برقی فاقد «سیستم هیت پمپ» اگر در فصل زمستان در کل مسیر بخاری را روشن کنید، از پیمایش شما حدود %30 کاسته خواهد شد. اما در فصل تابستان روشن نمودن کولر در کل مسیر حدود %25 از پیمایش میکاهد. به عنوان مثال فرض کنید در شرایط واقعی با یک بار شارژ کامل تا %100 پیمایش 400 کیلومتری داشتید. حال اگر کولر را روشن کنید، این مقدار به 300 کیلومتر و اگر بخاری را روشن نمایید، به 280 کیلومتر کاهش خواهد یافت. (در صورتی که خودروی شما فاقد هیت پمپ باشد.)
راهکارهای فصل زمستان برای جلوگیری از کاهش پیمایش خودروهای برقی
1) اگر خودروی شما دارای هیت پمپ نیست و به گرمکن صندلی مجهز است، استفاده از گرمکن انرژی بسیار کمتری از باتری نسبت به بخاری مصرف مینماید. چون توان مصرفی هیتر صندلی از هیتر بخاری بسیار کمتر است. در ضمن، هیتر بخاری باید کل فضای اتاق را گرم نماید تا پس از رسیدن به دمای تنظیمی، خاموش شود. اما هیتر صندلی فقط کفی و گاه پشتی صندلیها را گرم میکند. بنابراین زودتر به حد دمایی بالا میرسد و خاموش میشود.
2) دمای بخاری را در حد دمای آسایش یعنی بین 24 تا 25 درجه سانتیگراد تنظیم نمایید. در دماهای بالاتر احساس گرما خواهید نمود و مجبور به بازکردن پنجرهها خواهید شد که سبب هدر رفتن انرژی گرانبهای باتری میگردد.
شکل 2 – استفاده از گرمکن صندلیها به جای بخاری، راهکاری مؤثر برای جلوگیری از کاهش پیمایش خودروهای برقی
راهکارهای فصل تابستان برای جلوگیری از کاهش پیمایش خودروهای برقی
1) اگر مجبور به پارک خودرو زیر آفتاب مستقیم برای مدت طولانی هستید، دمای داخل کابین بسیار بالا رفته و بسته به رنگ سطوح داشبورد و پوشش صندلیها، حتی به بیش از 70 درجه سانتیگراد هم خواهد رسید! در این صورت روشن کردن کولر بلافاصله بعد از حرکت نیاز به کارکرد بسیار طولانی و صرف انرژی زیاد توسط کمپرسور کولر برای کاهش دما دارد. بنابراین در شروع حرکت قبل از روشن نمودن کولر برای مدتی پنجرهها و سانروف خودرو را باز نمایید تا جریان هوای بیرون به تخلیه هوای داغ داخل کابین کمک نماید، سپس پنجرهها و سانروف را ببندید و کولر را روشن نمایید.
2) دمای کولر را در حد دمای آسایش یعنی بین 24 تا 25 درجه سانتیگراد تنظیم نمایید. در دماهای پایینتر احساس سرما نموده و مجبور به بازکردن پنجرهها خواهید شد که انرژی باتری را به هدر میدهد.
استفاده از سیستم بازیاب انرژی
تمام خودروهای برقی شامل تمام برقی و پلاگین-هیبرید مجهز به سیستم «بازیابی انرژی» هستند. مطابق شکل 3 این سیستم حین ترمز گرفتن یا حرکت در سرازیری، مقداری از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل و باتری را شارژ مینماید. پایه کاری این سیستم، قابلیت معکوس شدن عملکرد موتورهای الکتریکی به ژنراتور است. وقتی شما پدال ترمز یک خودروی برقی را فشار میدهید یا در سرازیری حرکت میکنید، حالت عملکرد موتور خودروی شما به ژنراتور تبدیل میگردد و شروع به شارژ باتری مینماید.
تقریباً در تمام خودروهای برقی، میزان بازیافت انرژی توسط این سیستم قابل تنظیم است. زیرا حین عملکرد به دلیل جذب انرژی جنبشی، وقتی شما پا را از پدال گاز برمیدارید، سرعت خودرو کاهش مییابد . هر قدر درصد بازیافت در تنظیمات بیشتر باشد، روند کاهش سرعت شدیدتر خواهد بود و احساس میکنید که ترمز گرفتهاید که شاید در مواقعی مثل حرکت در سربالایی، حس ناخوشایندی ایجاد نماید. به همین دلیل، درصد بازیافت انرژی از طریق پدل شیفتر (Paddle Shifter) کنار فرمان یا منوی تنظیمات مریوطه قابل تنظیم است.
توصیه میکنیم حین حرکت در سرازیری، میزان بازبافت را به %100 افزایش دهید. زیرا از این طریق هم بیشترین میزان شارژ باتری را خواهید داشت و هم استهلاک لنتها کاهش مییابد. چون مقدار زیادی از کاهش سرعت مطلوب شما به جای اصطکاک لنتها، توسط سیستم بازیافت تأمین میگردد.
شکل 3 – مسیر قرمز مصرف انرژی از باتری موقع گاز دادن و مسیر سبز، برگشت انرژی به باتری حین ترمز یا حرکت در سرازیری را در دو حالت کارکرد به ترتیب موتور و ژنراتور نشان میدهد.
تنظیم باد چرخها: کاهنده مورد غفلت پیمایش خودروهای برقی
هر جقدر فشار باد لاستیکها از میزان استاندارد مندرج در کاتالوگ خودرو کمتر باشد، اصطکاک بین سطح لاستیکها با سطح آسفالت جاده بیشتر میگردد. بنابراین، اتلاف انرژی به صورت گرما اتفاق میفتد که پیمایش خودروی برقی شما را کاهش میدهد. این موضوع همچنین سبب افزایش استهلاک تایرها و کاهش عمر مفید آنها میگردد. متأسفانه با وجود اهمیت تنظیم باد چرخها به ویژه در خودروهای برقی، رانندگان اهمیت چندانی بدان نمیدهند.
توصیه میکنیم ماهی یک بار و همچنین پیش از مسافرت، فشار باد لاستیکها را کنترل کنید. لازم به یادآوری است که همیشه شرکت سازنده، فشار استاندارد را با یک برچسب روی بدنه خودرو (اغلب سمت راننده) نشان میدهد تا نیاز به مراجعه به کاتالوگ نداشته باشید.
عدم تغییر شرایط آیرودینامیکی بدنه
مقاومت در برابر جریان هوا را با ضریبی به نام درگ (ِDrag) اندازهگیری مینمایند. طراحی بدنه هر خودرو به گونهایست که در تستهای تونل باد، کمترین میزان مقاومت در برابر هوا را نشان دهد. تغییراتی مانند نصب اجزای اضافه روی بدنه (مانند بال عقب) یا حتی باز کردن پنجرهها حین حرکت، جریان هوا در اطراف بدنه را دچار اغتشاش (Turbulence) مینماید که در نهایت منجر به افزایش نیروی مقاومت هوا و کاهش پیمایش خودروی برقی شما میگردد.
نتیجهگیری
«پیمایش خودروهای برقی» یعنی حداکثر مسافت قابل طی نمودن یا یک بار شارژ که در ایدهآلترین حالت، همانست که شرکت سازنده در مشخصات خودرو اعلام مینماید. اما در شرایط عملی و غیر ایدهآل مانند سربالایی، روشن کردن سیستم تهویه، وجود سرنشین و بار و شرایط دمایی غیر ایدهآل، مقدار پیمایش کاهش مییابد. با رعایت نکات فوق، میزان کاهش پیمایش را به حداقل خواهید رساند. به عبارت سادهتر، با یک بار شارژ مسافت بیشتری را خواهید پیمود.