أساسيات تشغيل السيارات الكهربائية

على عكس محرك الاحتراق الداخلي النموذجي (ICE) الذي يعمل بالغاز ، لا تتطلب المركبات الكهربائية الاحتراق المتفجر عبر الوقود المحترق لتوليد الطاقة اللازمة للتحرك. بدلاً من ذلك ، يستخدمون الطاقة الكهربائية المخزنة في حزم البطاريات الخاصة بهم لتشغيل المحرك الكهربائي (أو المحركات) المتصل بالعجلات ودفع السيارة إلى الأمام. في المقال التالي سوف نستعرض أساسيات تشغيل السيارات الكهربائية.

السيارات الكهربائية.

تحتوي المركبات الكهربائية على أجزاء متحركة أقل من المركبات التي تعمل بالغاز ، وتتطلب عمومًا صيانة أقل ، على الرغم من أن تكلفتها أعلى حاليًا.

هناك عدة أنواع مختلفة من المركبات التي يمكن اعتبارها مركبات كهربائية ، ومجموعة متنوعة من السيارات الهجينة المزودة ببطاريات إضافية صغيرة إلى السيارات الكهربائية بالكامل التي تعمل بالبطاريات ، وحتى السيارات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.

معظم السيارات الكهربائية التي ستشاهدها على الطريق اليوم هي إما سيارات هجينة مثل تويوتا بريوس أو سيارات كهربائية بالكامل مثل طراز تسلا 3. سنركز بشكل خاص على كيفية عمل السيارات الكهربائية بالكامل هنا.

العلم وراء صناعة البطارية.

تحتوي كل سيارة كهربائية على حزمة بطارية مكونة من مجموعات من بطاريات الليثيوم أيون ، أو الخلايا ، التي توفر الطاقة اللازمة لكل شيء بدءًا من نقل السيارة إلى تشغيل مكيف الهواء. ستسمع أيضًا أن هذا يسمى بطارية الجر ، وعادة ما تكون موجودًا في الجزء السفلي من السيارة.

يتم شحن بطارية السيارة الكهربائية بنفس الطريقة التي يتم بها شحن بطارية ليثيوم أيون في هاتفك الخلوي ، ولكن على نطاق أكبر بكثير. تقوم بتوصيله بالشبكة عبر منفذ أو محطة شحن ، وتستمد الطاقة حتى يتم شحنه. تعتمد كمية الطاقة التي يمكن لبطارية السيارة الكهربائية الاحتفاظ بها على سعتها ، وتُقاس بالكيلوواط / ساعة (kWh). كلما زاد الرقم ، زادت السعة ، وكلما زادت قدرتك على القيادة بشحنة واحدة.

لا تحتوي جميع المركبات الكهربائية على نفس البطارية. على سبيل المثال ، تتمتع موديلات Smart EQ من مرسيدس بنز بقدرة بطارية تبلغ 16.7 كيلو واط في الساعة ، مما يمنحها حوالي 60 ميلاً من النطاق بشحنة واحدة. من ناحية أخرى ، يحتوي طراز Tesla Model S Long Range على بطارية 95 كيلو وات في الساعة ونطاق يقدر بـ 350 ميلاً. تتطور تقنية بطاريات السيارات الكهربائية باستمرار ، لذلك يمكننا أن نرى السيارات ذات المدى الأطول وأوقات إعادة الشحن الأقصر تصل إلى السوق في السنوات القليلة المقبلة.

على عكس الكهرباء القادمة من مقبس الحائط النموذجي ، تعمل البطاريات على إمداد طاقة التيار المباشر (DC). من أجل توليد قوة دورانية ، يجب تحويل هذه الطاقة إلى تيار متردد (AC). وهنا يأتي دور تصميم محرك السيارة الكهربائية.

تصميم المحرك.

لا يحتاج المحرك الكهربائي للمركبة الكهربائية إلى الضغط على البنزين وإشعاله لتحريك عجلات السيارة. بدلاً من ذلك ، فإنه يستخدم مغناطيسات كهربائية داخل المحرك تعمل بالبطارية لتوليد قوة دورانية.

يوجد داخل المحرك مجموعتان من المغناطيس. مجموعة واحدة متصلة بالعمود الذي يعمل على دوران عجلات السيارة ، والأخرى داخل السكن المحيط بهذا العمود. يتم شحن مجموعتي المغناطيسات بحيث تكون قطبيتهما متماثلة ، وتتنافران. تدفع قوة المغناطيسات التي تبتعد عن بعضها البعض العمود ، وتدور العجلات ، وتحرك السيارة إلى الأمام.

من أجل الحفاظ على حالة تنافر ثابتة بين المغناطيس ، يجب أن تتغير قطبيتها باستمرار مع دوران العمود. وإلا ، فسوف يستديرون في النهاية إلى نقطة يجتذبون فيها بدلاً من أن يتنافروا ويثبتوا أنفسهم في مكانهم. تقوم طاقة التيار المتردد بذلك تلقائيًا ، بالتناوب باستمرار بين الموجب والسالب. ولكن نظرًا لأن الطاقة من بطارية EV هي التيار المستمر ، هناك حاجة إلى جهاز يسمى العاكس للاستمرار في قلب قطبية المغناطيس.

يقلب عاكس التيار الكهربائي القطبية بسرعة ، حوالي 60 مرة في الثانية ، للحفاظ على استمرار قوة الدوران. يتم استخدام محول تيار مستمر منفصل لتوجيه الطاقة إلى أنظمة المركبات الأخرى (التدفئة والإعلام والترفيه والإضاءة) التي لا تتطلب تيارًا متناوبًا. يمكن للسائق تغيير تردد التيار المرسل إلى المحرك ، وكلما زاد التردد ، كلما تقلبت القطبية بشكل متكرر. هذا يولد المزيد من القوة الدورانية ، أو عزم الدوران ، ويدور العجلات بشكل أسرع.

فن الشحن.

هناك ثلاثة مستويات مختلفة من محطات الشحن، من الأبطأ (المستوى 1) إلى الأسرع (المستوى 3).

أجهزة الشحن من المستوى 1 هي مقابس حائط نموذجية بجهد 120 فولت ، وهي مفيدة للغاية في المنازل الخاصة حيث يمكنك تناولها طوال الليل. إنها بطيئة: بحيث تضيف شحن لمدة 8 ساعات حوالي 40 ميلاً من النطاق ؛ قد يستغرق الشحن الكامل 20 ساعة أو أكثر.

تصل محطات المستوى 2 إلى 240 فولت وتخرج في أي مكان من 10-25 كيلو وات لشحن كامل في حوالي ثماني ساعات. وهذا يجعلها الحل المشترك للشحن طوال الليل في المنزل أو في مواقع مثل الفنادق.

تُعرف محطات Tesla Level 2 بشواحن الوجهة (مقابل Superchargers). إذا لم يكن لديك القابس المناسب ، فستحتاج إلى تركيب منفذ 240 فولت أو محطة شحن منزلية لإعادة شحن EV في منزلك.

توفر محطات الشحن السريع من المستوى 3 DC (DCFC) أكبر قدر من الطاقة ؛ يمكنهم شحن بطارية EV إلى حوالي 80٪ في حوالي 30 دقيقة. إنها توفر 50 كيلوواط في المتوسط ، على الرغم من وجود تلك التي تنقل المزيد من الطاقة إلى البطارية ، مثل شاحن Tesla الفائق.

المستوى 3 من محطة Tesla Supercharger مزودة بشحن يصل إلى 250 كيلو وات.

هناك بعض الجدل حول ما إذا كان استخدام محطات الشحن السريع من المستوى 3 طوال الوقت يمكن أن يكون له تأثير ضار على بطارية EV الخاص بك. في الوقت الحالي ، ربما يجب عليك فقط استخدام ما هو أكثر منطقية بالنسبة لك بناءً على المكان الذي تعيش فيه وما يمكنك تحمله.

تأتي معظم المركبات الكهربائية مزودة بسلك طاقة يمكن توصيله بمحطات شحن من المستوى 1 والمستوى 2 ، وهما أكثر مستويي الشحن شيوعًا. تأتي Teslas أيضًا مع مهايئ يمكن استخدامها في محطات بخلاف Tesla (لم تعد أجهزة الشحن المحمولة مجمعة). تحتوي معظم محطات الشحن العامة على مجموعة من منافذ التوصيل التي توفر طاقة من المستوى 2 و 3.