خودرو برقی, مقالات
خودرو برقی و انواع آن
خرداد
همه چیز در مورد خودروی برقی و انواع آن
خودرو برقی و انواع آن
فهرست
- 1-چکیده
- 2-مقدمه
- 3-خودروی برقی و انواع آن
- 4- مقایسه خودروهای برقی با یکدیگر
- 5-نتیجه گیری
1-چکیده
وسایل نقلیه برقی (EV)، به عنوان ابزاری امیدوارکننده برای کاهش اثر گلخانه ای، به طور گسترده مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند.
با پیشرفت در زمینه‌های برق قدرت، ذخیره انرژی و پشتیبانی، خودروی برقی هیبریدی پلاگین (PHEV) در محدوده رانندگی و مصرف سوخت قابلیت رقابت با خودروی موتور احتراقی را یافته‌است.
با استفاده از استراتژی های کنترل بهینه یا استفاده از مفهوم سیستم مدیریت انرژی (EMS)، کارایی PHEV میتواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. در این مقاله، فرآیند عملکرد انواع مختلف خودروهای برقی توضیح داده خواهد شد.
2-مقدمه
مسائل مربوط به تغییر اقلیم یا گرمایش جهانی از اوایل قرن بیست و یکم به شدت توسط بسیاری از دولت ها مورد بحث قرار‌گرفته‌است.
تعداد زیادی از گزارش‌های مرتبط تأثیر منفی تغییرات آب و هوایی را که عمدتاً توسط فعالیت‌های انسانی هدایت میشود، نشان داده‌اند.
با افزایش جمعیت و صنعتی شدن کشورها، مصرف زیاد سوخت‌های فسیلی در صنایع مختلف منجر به معضل حاد آلودگی هوا شده‌است.
از طرف دیگر، گازهای خروجی از اگزوز وسایل نقلیه خودرو را نمی‌توان نادیده گرفت.
انتشار گازهای گلخانه ای که عمدتاً شامل CO2، CO، NOx و ذرات معلق (PM10 و PM2.5) هستند،
نه تنها به عنوان عوامل اصلی تأثیر گازهای گلخانه ای در نظر گرفته شده اند، بلکه منجر به افزایش انواع سرطان‌ها و سایر بیماری‌های خطرناک میشوند.
بخش حمل و نقل که به سرعت در حال رشد‌است، حدود 49 درصد از منابع نفتی را مصرف میکند.
با توجه به روند فعلی مصرف نفت و منابع نفت خام، پیش بینی میشود که منابع نفتی جهان تا سال 2038 کاهش یابد.
بنابراین، جایگزینی منابع انرژی تجدید ناپذیر با انرژی‌های تجدیدپذیر و استفاده از فناوری‌های مناسب جهت صرفه جویی انرژی الزامی به نظر میرسد.
از این رو وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) به عنوان یک راه حل بالقوه برای کاهش مشکلات زیست محیطی مرتبط با وسایل نقلیه مورد بررسی و مطالعه گسترده قرار گرفته اند.
ویژگی‌های جذاب خودروهای برقی در مقایسه با خودروهای موتور احتراق‌داخلی (ICEV) ، عمدتاً منبع تغذیه و سیستم درایو آن‌ها‌است.
3- خودروی برقی و انواع آن
وسیله نقلیه برقی (EV) خودرویی است که به جای موتور احتراق‌داخلی که با سوزاندن ترکیبی از سوخت و گاز نیرو تولید میکند، بر روی یک موتور الکتریکی کار میکند.
با در نظر گرفتن پشتوانه‌های قدرت و پیشرانه ها، خودرو برقی را میتوان به چهار نوع مختلف به شرح ذیل طبقه بندی کرد:
3-1) خودروی برقی با باتری (BEV):
وسایل نقلیه الکتریکی با استفاده از فناوری BEV به طور کامل بر روی یک پیشرانه الکتریکی با باتری کار می‌کنند و به عنوان وسیله نقلیه تمام الکتریکی شناخته میشوند.
برق مورد استفاده برای حرکت وسیله نقلیه در یک بسته باتری بزرگ ذخیره میشود که با وصل شدن به شبکه برق میتواند شارژ شود و با شارژ شدن باتری، نیروی یک یا چند موتور الکتریکی برای راه اندازی ماشین الکتریکی تامین میشود.
اجزای اصلی BEV عبارتند از:
موتور الکتریکی، اینورتر، باتری، ماژول کنترل و پیشرانه
اصول کار BEV:
برق موتور الکتریکی از باتری DC به AC تبدیل میشود.
با فشار دادن پدال گاز، سیگنالی به کنترل کننده ارسال میشود. کنترل کننده با تغییر فرکانس برق AC از اینورتر به موتور، سرعت خودرو را تنظیم میکند.
سپس موتور از طریق یک چرخ دنده چرخ ها را به چرخش در میآورد.
اگر پدال ترمز فشار داده شود یا سرعت خودروی برق کاهش یابد، موتور تبدیل به دینام میشود و نیرو تولید میکند که به باتری بازگردانده میشود.
نمونه‌هایی از خودرو برقی تمام الکتریکی عبارتند از:
MG ZS, TATA Nexon, TATA Tigor, Mahindra E20 plus, Hyundai Kona, Mahindra Verito
3-2) خودروی برقی هیبریدی (HEV):
این نوع خودرو برقی به عنوان هیبرید سری یا هیبرید موازی نیز شناخته میشوند که هم از موتور احتراق‌داخلی و هم از موتور الکتریکی به همراه باتری استفاده میکند.
اجزای اصلی HEV عبارتند از:
موتور احتراق‌داخلی، موتور الکتریکی، باتری با کنترلر و اینورتر، مخزن سوخت، ماژول کنترل
اصول کار HEV:
موتور احتراق‌داخلی سوخت خود را از بنزین تامین میکند و موتور الکتریکی برق مورد نیاز خود را از باتری میگیرد.
موتور احتراق‌داخلی، هم برای رانندگی و هم برای شارژ باتری تخلیه شده‌استفاده میشود.
حرکت چرخ ها نیز به واسطه گیربکس که خود به طور همزمان توسط موتور احتراق‌داخلی و موتور الکتریکی میچرخد، صورت میگیرد.
3-3) خودروی برقی هیبریدی پلاگین (PHEV):
این نوع از خودروهای برقی به عنوان هیبریدهای سری نیز شناخته میشوند که هم از موتور احتراق‌داخلی و هم از باتری با قابلیت شارژ با سوکت خارجی استفادهمیکنند ( دارای دو شاخه هستند).
این بدان معناست که میتوان برای شارژ باتری خودرو از برق شبکه به جای موتور استفاده‌کرد.
از میان سوخت‌های موتور احتراقی نیز از سوخت معمولی (مانند بنزین) یا سوخت جایگزین (مانند بیودیزل) میتوان استفاده‌کرد.
دو حالت برای خودروهای PHEV وجود دارد:
1- حالت تمام الکتریکی (PEV) که در آن موتور و باتری تمام انرژی خودرو را تامین می‌کنند.
2- حالت هیبریدی (PHEV) که در آن هم از برق و هم بنزین/دیزل استفاده‌میشود.
اجزای اصلی PHEV عبارتند از:
موتور الکتریکی، موتور احتراق‌داخلی، اینورتر، باتری، مخزن سوخت، ماژول کنترل، شارژر باتری
اصول کار PHEV:
PHEV ها در حالت تمام الکتریکی راه اندازی میشوند و تا زمانی که باتری آن ها به اتمام برسد از برق استفادهمیکنند.
هنگامی که باتری دشارژ میشود، موتور کار را به دست می گیرد و خودرو به عنوان یک هیبرید معمولی و غیر پلاگین کار میکند.
PHEV ها را میتوان با وصل کردن به منبع برق خارجی، استفاده از موتور یا ترمز احیا کننده شارژ کرد.
هنگامی که ترمز اعمال میشود، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل میکند و از انرژی برای شارژ باتری استفاده‌میکند.
قدرت موتور توسط موتور الکتریکی تکمیل میشود. در نتیجه، میتوان از موتورهای کوچکتر استفاده کرد و بازده سوخت خودرو را بدون به خطر انداختن عملکرد افزایش‌داد.
نمونه‌هایی از PHEV عبارتند از:
Porsche Cayenne S E-Hybrid, BMW 330e, Porsche Panamera S E-hybrid, Chevy Volt, Chrysler Pacifica, Ford C-Max Energi, Mercedes C350e, Mercedes S550e, Mercedes GLE550e, Mini Cooper SE Countryman, Ford Fusion Energi, Audi A3 E-Tron, BMW i8, BMW X5 xdrive40e, Fiat 500e, Hyundai Sonata, Kia Optima, Volvo XC90 T8
3-4) خودروی برقی سلول سوختی (FCEV):
این نوع از خودروی برقی از “فناوری سلول سوختی” برای تولید برق جهت راه اندازی استفاده‌میکند.
اجزای اصلی FCEV:
موتور الکتریکی، سلول سوختی، مخزن ذخیره هیدروژن، باتری با مبدل و کنترلر
اصول کار FCEV:
در خودرو FCEV ، پیل سوختی تامین کننده اصلی انرژی‌است و فناوری حیاتی برای FCEV یک دستگاه الکتروشیمیایی‌است که انرژی الکتریکی DC را از طریق یک واکنش شیمیایی تولید کند.
پنج جزء اصلی در پیل سوختی وجود‌دارد که شامل آند، لایه آند، الکترولیت، کاتد و لایه کاتالیزور کاتدی‌است.
با اتصال موازی/سری مناسب منابع پیل سوختی میتوان مقدار نیروی مورد نیاز برای راندن خودرو را تولید کرد.
نمونه‌هایی از FCEV ها عبارتند از:
Toyota Mirai, Riversimple Rasa, Hyundai Tucson FCEV, Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Nexo
4-مقایسه خودروهای برقی با یکدیگر
حال که با انواع خودرو برقی، اجزا و اصول کار هریک آشنا شدیم به مقایسه آن ها با یکدیگر میپردازیم
در PHEV حالت تمام الکتریکی و BEV ، که به طور ساده به عنوان وسیله نقلیه الکتریکی به همراه باتری شناخته میشوند، ظرفیت ذخیره انرژی کاملاً به فناوری باتری بستگی دارد.
یک مزیت قابل توجه برای این نوع از خودرو برقی عدم انتشار آلودگی‌است
زیرا انرژی الکتریکی تنها از طریق باتری نصب‌شده در خودرو تامین میشود.
از سوی دیگر، محدودیت‌های موجود در وضعیت فعلی فن‌آوری باتری، جذابیت این دسته از خودرو های برقی را نسبت به خودروهای موتور احتراق‌داخلی در شرایط اقتصادی و رانندگی یکسان کاهش داده‌است.
باتری‌هایی با چگالی توان بالا، اما چگالی انرژی کم، زمان شارژ طولانی‌تری دارند به طوریکه حتی با فناوری‌های شارژ سریع، از یک ساعت تا چندین ساعت برای شارژ کامل زمان لازم‌است.
بنابراین، چالش‌های اصلی PHEV حالت تمام الکتریکی و BEV مسافت رانندگی محدود، هزینه اولیه بالا و کمبود زیرساخت های شارژ‌است.
در ادامه:
FCEVها نیز به دلیل عدم انتشار آلاینده‌ها حتی با در نظر گرفتن انتشار آلاینده‌های کلی، مانند آلاینده‌های ناشی از کارخانه‌های شیمیایی، جذاب هستند. و قابلیت رقابت با سایر خودروها را نیز دارند.
برای مثال از‌نظر مسافت رانندگی، قابلیت مقایسه با خودروی موتور احتراق‌داخلی را دارد.
استفاده از FCEV، منجر به کاربرد طیف گسترده پیل‌های سوختی از نیروگاه های مقیاس کوچک مرتبه 200 وات تا نیروگاه های 500 کیلو وات میشود.
با این حال، هزینه اولیه بالا و کمبود ایستگاه های سوخت‌گیری هنوز به عنوان چالش‌های مهم برای موفقیت FCEV در نظر گرفتهمیشوند.
همچنین، تداوم تامین برق توسط پیل سوختی نسبت به باتری معمولی مورد استفاده در سایر خودروهای برقی از قابلیت اطمینان کمتری برخوردارست.
خودرو HEV ترکیبی از خواص خودروی موتور احتراق‌داخلی و BEV است.
منابع نیروی محرکه HEV شامل بنزین/دیزل و برق‌است.
بنابراین پیشرانه خودرو به موتور احتراق‌داخلی و موتور الکتریکی متکیست.
از آنجایی که هم برق و هم بنزین، HEV را به حرکت در می آورند، محدوده رانندگی آن با خودروی موتور احتراق‌داخلی قابل مقایسه‌است.
در ادامه:
بنابراین، به نظر می رسد خودروHEV از‌نظر اقتصادی مزایای بیشتری نسبت به PHEV دارد که دلیل آن وضعیت کنونی فناوری باتری‌است.
با این حال، نیاز به بنزین برای موتور احتراق‌داخلی HEV موجب شده‌است که انتشار آلاینده‌ها در این خودرو به صفر نرسد.
از طرف دیگر، ترکیب ژنراتور الکتریکی و موتور، پیچیدگی فرآیند تولید و هزینه اولیه را افزایش میدهد.
بنابراین، چالش های HEV بر هماهنگی این دو پیشرانه برای دستیابی به راندمان مطلوب و در عین حال کاهش پیچیدگی طراحی متمرکزست.
با گذر از توسعه کلی خودروهای الکتریکی و با در نظر گرفتن اقتصاد و فناوری، HEV بیشترین پتانسیل را برای توسعه و تسلط در چند دهه آینده دارد.
5-نتیجه گیری
خودروی الکتریکی هیبریدی پیشرفته‌ترین فناوری‌ها را در خود جای‌‌داده و به طور قابل توجهی به حفاظت از محیط زیست کمک میکند.
با در نظر‌گرفتن منابع انرژی، خودروهای برقی به طور کامل یا جزئی از باتری برق میگیرند،
که خود به طور مستقیم یا غیرمستقیم از یک منبع توان و/یا واکنش های الکتروشیمیایی شارژ میشود.
بنابراین، منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر باید برای بهبود انتشار کلی خودروهای برقی استفاده‌شود.
شکل زیر تنوع انرژی را بر اساس معیارهای تغذیه مختلف برای خودروی برقی نشان میدهد.
در ادامه:
برای به حداقل رساندن مشکل آلودگی و به تاخیر‌انداختن فرسودگی منابع انرژی تجدید ناپذیر، نیاز فوری برای جایگزینی موتور احتراق‌داخلی با خودروهای برقی وجود دارد.
اگرچه، تمام مطالعاتی که تاکنون بررسی شده‌اند، نتوانسته‌اند عملکرد خودرو و تجربه رانندگی را برای انواع مختلف خودروهای برقی به طور قابل توجهی بهبود بخشند.
مسئله حیاتی در خودرو برقی تکنولوژی باتری‌است.
اگر فناوری باتری بتواند به تراکم انرژی کافی دست یابد و همزمان چگالی توان مناسب را حفظ کند، استفاده از BEV و FCEV به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.
از طرف دیگر پیشرفت های فنی در فناوری باتری های قابل شارژ میتواند موجب جذابیت PHEV گردد.
در ادامه:
اگرچه در PHEV ها چالش های دیگری از جمله بهینه سازی منابع داخلی وجود دارد.
از‌نظر عملکرد داخلی، PHEV میتواند از طریق ایجاد یا تغییر یک سری قوانین بهره برداری موتور احتراق‌داخلی، ژنراتور الکتریکی و بسته‌های باتری به کارایی بهینه دست یابد.
چالش دیگر سیستم مدیریت انرژی برای منابع برق خارجی‌است.
مسائل سیستم های بهینه برای شبکه های ایستگاه های شارژ در شرایط مختلف نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
اگر امکان ساخت یک سیستم بهینه سازی منابع داخلی و سیستم مدیریت انرژی به طور همزمان وجود داشته باشد، PHEV قادر است اکثر نیازهای سیستم حمل و نقل را حتی با محدودیت‌هایی که در حال حاضر در فن آوری‌های باتری مدرن وجود دارد، برآورده کند.
در ادامه:
PHEV ها به عنوان کاندیدای بالقوه برای رقابت با خودروهای موتور احتراق‌داخلی از‌نظر انتظارات راننده، برد رانندگی و مصرف سوخت در نظر گرفتهمیشوند.
تحقیقات نشان میدهد که ابرخازن به دلیل ظرفیت بالای الکتریسیته، برای پیاده سازی در PHEV بسیار مناسب به نظر میرسد.
برای کاهش هزینه کلی در BEV و PHEV، مواد و فناوری‌های جایگزین باید کاوش و تحقیق شوند. فناوری الکترونیک قدرت مورد نیاز برای انتقال انرژی داخلی نیز باید برای بهبود بازده کلی مورد تحقیق قرار گیرد.
مراجع