همه چیز درباره ی خودرو‌های برقی : اجزا و شیوه کار آن‌ها

تاریخچه

اولین تلاش‌ها برای ساخت ماشین های برقی در ابتدای قرن بیست صورت گرفت. آمریکا و انگلیس با عرضه‌ی تاکسی‌های الکتریکی و هیبریدی (گازوییل-الکتریسیته) سعی در برداشتن فشار از روی سوخت‌های فسیلی داشتند. مشکل اصلی این ماشین‌ها سرعت پایین و شعاع حرکتی بسیار محدود بود. این تلاش‌ در نهایت به علت سطح پایین فناوری در آن زمان به شکست منجر شد.

در ادامه‌ی قرن بیستم، تلاش‌هایی پراکنده در این زمینه انجام شد اما رسیدن پایان دهه ۹۰ و وقوع بحران انرژی، فشار مضاعفی بر صنعت برای یافتن جایگزین‌های انرژی وارد کرد. در نتیجه خودروهای برقی، این‌بار با تکنولوژی پیشرفته‌تر و سرمایه‌گذاری قدرتمند‌تر، تولید و عرضه شدند.

تلاش‌های ارزشمند شرکت تسلا در کنار اتحاد رنو-نیسان کمک‌های بسیاری به تسهیل این روند و محبوب شدن ماشین‌های الکتریکی کرد. در نتیجه تا سال ۲۰۱۵ تعداد ماشین‌های شارژی در حال تردد، از مرز یک میلیون دستگاه گذشت.

با افزایش این روند شرکت‌های بیشتری جذب صنعت تولید ماشین‌های برقی شدند و رقابت بالا گرفت. «لیف» از نیسان، مدل «S» ساخته‌ی تسلا و بی‌ام‌و «i3» از پیشرفت‌های چشم‌گیر این عرصه به حساب می‌آیند.

نگرانی‌های محیطی و کمبود منابع، نیرومحرکه‌ی این صنعت و فناوری‌های مربوط به آن است و پیش‌بینی می‌شود در آینده‌ی نزدیک، ماشین‌های برقی قابل رقابت با ماشین‌های بنزینی موجود در بازار باشند.

ویژگی‌های اساسی

ماشین الکتریکی در بسیاری از موارد شبیه ماشین بنزینی و گازوییلی است و تنها تفاوت موجود جایگزینی موتور احتراق با یک باتری قابل شارژ می‌باشد. این باتری، موتور الکتریکی را تامین کرده و موتور الکتریکی، چرخ‌ها را به حرکت در می‌آورد.

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های ماشین‌های برقی با دیگر ماشین‌ها، سیستم ترمز احیا کننده می‌باشد. این سیستم، که به رِجِن نیز معروف است (مخفف رجنراتیو یا احیان کننده)، انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی برای موتور تبدیل می‌کند. دیگر ویژگی شاخص این دسته‌ی نوظهور از وسایل نقلیه، خاموش کردن ماشین در توقف هاست؛ که هدررفت انرژی در ترافیک‌های سنگین شهری را کاهش می‌دهد.

راه‌های بسیاری برای افزایش ظرفیت باطری وجود دارد؛ اما بالاخره باشد ماشین خودرا شارژ کنید. ماشین‌های برقی اغلب پس از پیمودن ۱۶۰ الی ۲۴۰ کیلومتر نیازمند شارژ باطری می‌شوند. این‌کار از طریق ایستگاه‌های مخصوص شارژ خودرو صورت می‌پذیرد. تعداد این ایستگاه‌ها در کشور‌های صنعتی رو به افزایش است. در ایران نیز اولین ایستگاه شارژ خودرو توسط مپنا و در برج میلاد افتتاح شده است. باتری این ماشین‌ها در خانه و با سلول خورشیدی نیز قابل شارژ است.

چرا الکتریسیته؟

بحث‌های زیادی در این مورد وجود دارد. بسیاری معتقدند مهم‌ترین مزیت استفاده از انرژی الکتریکی کاهش آلودگی است. این ماشین‌ها به طور مستقیم هوا را آلوده نمی‌کنند؛ اگرچه آلودگی‌های حین تولید و آلودگی‌های حاصل از تولید الکتریسیته قابل چشم‌گیری نمی‌باشد. بحث دیگر بر سر باطری‌های لیتیومی و بازیافت آن پس از تعویض است که برای بررسی این مباحث نیازمند مقاله‌ای دیگر خواهیم بود.

منتقدان ماشین‌های برقی بر بیشتر بودن آلودگی حاصل از تولید این ماشین‌ها نسبت به ماشین‌های بنزینی تاکید دارند. در همین رابطه، شرکت رنو مقاله ای در مجله‌ی technology review منتشر کرده است. در این مقاله آمده است:

تحقیقات ما نشان می‌دهد با وجود بیشتر بودن آلودگی تولید ماشین‌های برقی، آلودگی حاصل از استفاده‌ی آن‌ها به مراتب کمتر بوده و این مسئله را کاملا جبران می‌کند.

همچنین این تحقیق اذعان می‌دارد که در دراز مدت، خودروهای الکتریکی، چه از لحاظ آلودگی و چه از لحاظ هزینه، بر خودروهای بنزینی برتری دارند.

از دیگر مزایای الکتریسیته می‌توان به ارزان‌ بودن صدا و آلودگی کمتر اشاره کرد. با این وجود این خودروها به دلایل بسیاری از جمله قیمت بالا، در حال حاضر یارای رقابت با خودروهای بنزینی را در بازارهای جریان اصلی (mainstream) ندارند.

مقایسه‌ی هزینه‌ها

تفاوت قیمت

در حال حاضر وسایل نقلیه‌‌ی برقی به مراتب گران‌تر از وسایل نقلیه‌ی عادی هستند؛ اما پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آتی، این وضعیت تغییر کند. همچنین کمک به صرفه‌جویی در دیگر هزینه‌ها، قیمت بالای خودروهای الکتریکی را توجیه‌پذیر می‌کند.

هزینه‌ی سوخت

یکی از برتری‌های ماشین‌های برقی به ماشین‌های بنزینی، کاهش هزینه‌ی سوخت می‌باشد. برای شارژ کامل باتری این ماشین‌ها در انگلیس، بین ۳ تا ۴ یورو هزینه می‌شود و با استفاده از آن‌ها، سالانه ۹۰۰ یورو (در مقایسه با ماشین‌های بنزینی)، در هزینه‌ها صرفه‌جویی خواهد شد.

هزینه‌های نگهداری

خودروهای الکتریکی قطعات کمتری نسبت به خودروهای معمول داشته و بالطبع خرابی کمتری دارند. همچنین نیاز نیست نگران مسائلی مانند تعویض روغن باشید. بر اساس مطالعه‌ی RAC، کسانی که به اتوموبیل برقی رو می‌آورند، هزینه‌ی سالانه‌ی نگهداری خود را تا ۳۰۰ یورو کمتر خواهند کرد.

تنها چالش نگهداری این ماشین‌ها مربوط به تعویض باطری لیتیومی می‌باشد. این باتری‌ها حداقل تا ۱۶۰هزار کیلومتر نیاز به تعویض پیدا نمی‌کنند .اما اگر زمان تعویض آن‌ها فرا برسد هزینه‌ی سرسام آوری را به صاحب ماشین تحمیل خواهند کرد. هزینه‌ای که گاهی تا ۳۰هزار یورو بالا می‌رود و با قیمت یک ماشین بنزینی برابری می‌کند.

مختصری در مورد خودروهای هیبریدی

اولین نوع ماشین‌های هیبریدی (مثل تویوتا Prius) دارای هر دو نوع موتور بوده و فقط از طریق سیستم ترمز احیاکننده شارژ می‌شوند. موتور الکتریکی موجود در این خودروها بسیار کوچک بوده و برای مسافت زیادی خودرو را پشتیبانی نمی‌کند. یکی از استفاده‌های موتور برقی در این ماشین‌ها، در شروع حرکت پس از توقف‌هاست. با شتاب‌گیری ماشین، نوع سوخت به طور خودکار روی بنزین سوییچ می‌شود. لازم به ذکر است این خودروها با کابل قابل شارژ نیستند.

خودرو‌های هیبریدی شارژی، به‌روز ترین و محبوب‌ترین نوع ماشین‌های هیبریدی هستند و در یک طیف، دقیقا وسط ماشین‌های بنزینی و ماشین‌های کاملا الکتریکی قرار می‌گیرند. این ماشین‌ها، هم در زمان گرفتن ترمز و هم با اتصال کابل، قابل شارژ می‌باشند. باتری الکتریکی در این نوع بر خلاف هیبریدی‌های ساده، قدرتمند بوده و می‌تواند بسیاری از رفت‌و‌آمد‌های روزانه را بدون مراجعه به موتور احتراق، پوشش دهد. از شاخص‌ترین ماشین‌های این دسته، می‌توان به Mini Countryman Hybrid و Range Rover p400e اشاره کرد.

حداکثر سرعت

یکی از دلایل شکست خوردن تلاش‌های قبلی، سرعت پایین محصولات بود. امروزه حداکثر سرعت ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت نیز در بازار خودروهای الکتریکی موجود است. بالاترین سرعت محصولات شاخص برندهای مختلف عبارتند از:

• Tesla Model S– ۲۵۰kmh
• Hyundai Ioniq– ۱۸۵kmh
• Mercedes-Benz B-Class Electric Drive– ۱۶۰kmh
• BMW i3– ۱۵۰kmh
• Nissan Leaf– ۱۵۰kmh
• Fiar 500e– ۱۴۲kmh
• Renault Fluence ZE– ۱۳۵kmh

بنابراین با وجود اینکه همچنان برتری با خودروهای بنزینیست، ماشین‌های برقی نیز به سرعتی قابل قبول رسیده اند.

اجزا و شیوه‌ی کار

سنگین‌ترین قسمت ماشین‌های برقی، باتری آن‌هاست. این سنگینی باعث پایین آمدن مرکز ثقل شده و به‌همین‌دلیل، ویژگی مثبت تلقی می‌شود. بدیهی است که اجزای مربوط به احتراق و سوخت در این ماشین‌ها وجود ندارد.

باتری کمکی(Auxiliary): این قطعه وظیفه‌ی برق‌رسانی جانبی را بر عهده دارد و قطعات داخلی مثل ضبط و کولر انرژی خود را از این باتری می‌گیرند.

پورت شارژ(Charge Port): این پورت به وسیله‌ی نقلیه اجازه می‌دهد تا به یک ورودی مناسب وصل شده و باتری اصلی اش را شارژ کند.

مبدل DC/DC: وظیفه‌ی این قطعه گرفتن جریان مستقیم (DC) ولتاژ بالا از باتری اصلی و تامین جریان مستقیم ولتاژ پایین لازم برای پر کردن باتری کمکی و برق‌رسانی به قطعات داخلی اتوموبیل است.

موتور الکتریکی(Electric traction motor): کار اصلی آن استفاده از توان باتری و به حرکت درآوردن چرخ‌های ماشین است. در بعضی از مدل‌ها، این موتور علاوه بر تامین انرژی جنبشی، علمیات احیاکنندگی از طریق ترمز را نیز انجام می‌دهد.

شارژر داخلی(Onboard charger): جریان متناوب (AC) وارد شده از طریق پورت شارژ را گرفته و تبدیل به جریان مستقیم مورد نیاز باتری می‌کند. علاوه بر این، در حین شارژ اطلاعاتی از قبیل دمای باتری، ولتاژ و درصد شارژ را در اختیار ما می‌گذارد.

کنترل نیرو(Power electronics control): کارایی این واحد، کنترل جریان الکتریسیته‌ی خارج شده از باتری و کنترل سرعت موتور و گشتاور تولیدی آن می‌باشد.

سیستم خنک‌کننده(cooling): همانطور که از نام آن پیداست، کار این سیستم حفظ قطعات در دمای مناسب برای کاراییست.

باتری اصلی(Traction battery pack): انرژی الکتریکی را برای استفاده‌ی موتور الکتریکی ذخیره می‌کند.

واحد انتقال(Transmission):  کار آن انتقال انرژی جنبشی تولید شده توسط موتور به چرخ‌هاست.

معرفی پرفروش‌ترین ماشین‌های برقی

Tesla model 3

این مدل یکی از بهترین ماشین‌های برقی موجود در بازار است که قیمت قابل قبولی نیز دارد. «تسلا مدل ۳» به دو شکل در بازار عرضه می‌شود. اولی نسخه‌ی استاندارد با حداکثر سرعت ۴۰۲ کیلومتر‌برساعت و دومی نسخه‌ی دوربُرد با حداکثر سرعت دیوانه وار ۵۱۸ کیلومتربرساعت می‌باشد. در این مدل، سخت‌افزار راننده‌ی اتوماتیک موجود است و به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری متناسب با آن نیز، به طور مرتب، توسط تسلا عرضه می‌شود.

این ماشین یکی از زیبا‌ترین ماشین‌های برقیست و پرفروش‌ترین محصول این بازار می‌باشد. باتری فابریک ۵۰ کیلواتی بوده و  شما را تا شعاع ۳۵۰ کیلومتری همراهی خواهد کرد. این درحالیست که در هنگام خرید، می‌توانید باتری ۷۵ کیلوواتی را انتخاب کرده و این شعاع را تا ۵۰۰ کیلومتر افزایش دهید.

قیمت این خودرو، بسته به شعاع حرکتی آن، چیزی بین ۳۵هزار تا ۵۶هزار دلار می‌باشد. از لحاظ امنیت نیز تمام تست‌های انجام شده از جمله تست تصادف را با موفقیت و امتیاز‌های بالا پشت سر گذاشته است.

Chevrolet Bolt EV

شرکت جنرال موتورز این محصول را با همکاری ال‌جی در سال ۲۰۱۶ به بازار عرضه کرد. این ماشین الکتریکی در اروپا با نام Opel Ampera-e به فروش می‌رسد و در سال‌های اخیر محبوبیت قابل توجهی کسب کرده است. «بولت» در سال ۲۰۱۶ از دید مجله‌ی تایم در زمره‌ی اختراعات برتر سال قرار گرفت و مجله‌ی موتور ترند آن را به عنوان ماشین سال ۲۰۱۷ معرفی کرده است.

شورلت بولت، یک ماشین هاچ‌بک است و از طراحی بسیار زیبایی برخوردار می‌باشد. بر سر سوددهی این محصول بحث‌ها همچنان ادامه دارد. به گفته‌ی کارشناسان، باتری این ماشین برای تولید کننده هزینه‌ی بالایی دارد و پیش‌بینی می‌شود تولید انبوه آن تا سال ۲۰۲۵ به سوددهی قابل اتکایی دست یابد.

از ویژگی‌های مثبت بولت، می‌توان به مرکز ثقل پایین و در نتیجه کنترل‌پذیری خوب آن اشاره کرد. باتری این خودرو تا شعاع ۵۰۴ کیلومتری در جاده‌های بیرون شهر و تا ۴۱۰ کیلومتر برای مسیرهای درون‌شهری شما را همراهی می‌کند. این ماشین هم‌اکنون قیمتی در حدود ۳۶ هزار دلار دارد.

Nissan leaf

محصول ۲۰۱۰ ژاپن، ماشینی شیک و پر از امکانات است که مناسب مسافت‌های بلند نیست. باتری کاملا شارژ شده‌ی این ماشین، مسافتی در حدود ۲۴۳ کیلومتر را پشتیببانی می‌کند. پس برای خرید آن باید ابتدا از وجود ایستگاه‌های شارژ متعدد در شهر و کشور محل سکونت اطمینان حاصل کرد. طراحی زیبا و امکانات جانبی خوب، این ماشین را به یکی از محبوب‌ترین ها در بازار تبدیل کرده است. «نیسان لیف» در دسامبر ۲۰۱۹ با پشت سر گذاشتن «تسلا مدل ۳» پرفروش‌ترین ماشین برقی نام گرفت.

جالب است بدانید فعالیت نیسان در زمینه‌ی ماشین‌های برقی به اواسط قرن گذشته باز می‌گردد. پروژه‌ی «لیف» اما از سال ۲۰۱۰ آغاز شده و همچنان در حال توسعه است. این محصول هم‌اکنون در پنج مدل مختلف به‌فروش می‌رسد و بین ۳۱ تا ۴۳ هزار دلار .قیمت دارد.

«نیسان لیف» طراحی خانواده‌پسندی داشته و دوست‌دار محیط است. بر اساس تحقیقات انجام شده توسط ASG، این ماشین کمترین اثر منفی را بر چرخه‌ی محیط زیست دارد. شرکت نیسان در سال ۲۰۱۶ اعلام کرد رانندگان لیف از مرز ۳ میلیارد کیلومتر طی مسیر گذشته اند و در نتیجه از تولید ۵۰۰ میلیون کیلوگرم گاز گلخانه‌ای جلوگیری شده است.

Porsche Taycan

به‌مانند دیگر شرکت‌های معروف، پورشه نیز در این بازار نمایندگانی را به خود اختصاص داده است. «تایکان» یکی از شاخص‌ترین آن‌هاست. رویکرد پورشه برای ماشین‌های الکتریکی نیز تولیداتی گران‌قیمت و به اصطلاح لاگژری می‌باشد. تایکان هم از این قاعده مستثنی نیست و بنا به مدل انتخابی، قیمتی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ هزار دلار خواهد داشت.

شعاع حرکتی مدل‌های مختلف تایکان طیفی از ۳۵۰ تا ۴۶۰ کیلومتر را شامل می‌شود. یکی از جذابیت‌های این خودرو، تکنولوژی پیشرفته‌ی آن است. برای مثال شما می‌توانید ماشین خود در حالت صرفه‌جویی گذاشته و مسافت بیشتری را طی کنید. این در حالیست که یکی از ایرادات ذکر شده توسط مصرف‌کنندگان، کمبود دکمه و دستگیره‌های کلاسیک و تکیه‌ی بیش‌از‌حد بر تکنولوژی می‌باشد.

یکی دیگر از امتیازهای تایکان شتاب بالای آن است. از دیگر برتری‌های این ماشین می‌توان به کنترل‌پذیری فوق‌العاده و صندلی‌های راحت اشاره کرد. نتایج تست‌هایی مثل تصادف هنوز در دست نیست اما امتیاز‌های بالایی توسط منتقدان به این ماشین برقی لوکس داده شده است.