بررسی فنی و بازار خودروهای الکتریکی (فنی)

1- بررسی فنی

1-1- بررسی فنی خودروهای الکتریکی

1-1-1- پیکربندی اصلی خودروهای تمام الکتریکی

خودرو الکتريکي خالص[1] یا خودروی الکتریکی با نیروی محرکه باتری[2] خودروهایی هستند که در آن‌ها نیروی محركه موردنیاز خودرو تنها از طريق باتري تأمین می‌گردد. انرژي تغذیه‌کننده اين موتورها مستقیماً از باتري موجود در خودرو گرفته می‌شود و خود باتري توسط منابع تغذيه خارجي شارژ می‌گردد؛ به همين دليل ميزان گازهاي آلاينده خروجي اين خودرو نزديك به صفر است.

بسياري از خودروهاي الکتريکي خالص نسل جديد قابليت استفاده از انرژي ترمزي را دارند كه با اين عمل، راندمان خودرو افزايش می‌یابد. در هنگام ترمز موتور الکتريکي خودرو در وضعيت ژنراتور خود قرار می‌گیرد و انرژي جنبشي كه تا پیش‌ازاین توسط گرما هدر می‌رفت به انرژي الکتريکي تبديل می‌کند و از طريق سيستم الکترونيکي موجود در خودرو اين انرژي در باتري ذخيره می‌گردد. بنابراين سه بخش الکتريکي اين خودرو شامل كانورتر (مبدل جریان DC به DC) – اينورتر (اینورتر (مبدل جريان DC به AC)، باتري و موتور – ژنراتور می‌باشد.

شکل زیر اجزا اصلی تشکیل‌دهنده خودرو الکتریکی را نشان می‌دهد.



[1] Pure Electric Vehicle (PEV)

[2] Battery Electric Vehicle (BEV)

شکل ۱ - اجزاء اصلی تشکیل‌دهنده خودرو الکتریکی

1-1-1- اجزای اصلی تشکیل‌دهنده‌ی خودرو الکتریکی

1-1-1-1- تجهیزات الکتریکی

‌أ.      موتور الکتریکی و ژنراتور

امروزه موتورها در صنعت خودروسازی بالأخص خودروي الکتريکي کاربرد فراواني دارند. از جمله كاربرد موتورها در خودروي الکتريکي و هيبريد می‌توان به مواردی از جمله توليد نيروي محركه خودرو، سيستم توليد انرژي از ترمز خودرو، فرمان خودكار، راه‌انداز ICE پمپ‌های سيستم خنک‌کننده و انتقال قدرت، فن‌ها، شیشه‌بالابرها اشاره كرد. بعضي از اين موتورها از برق DC و برخي ديگر از برق AC استفاده می‌کنند. شکل زیر شمای یک موتور الکتریکی نشان داده شده است.

 

شکل ‏2 - شمای موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی دارای انواع مختلفی هستند که در ادامه برخی از آن‌ها توضیح داده شده است.

یک نوع از موتورهاي الکتريکي مناسب براي خودروهاي الکتريکي، موتورهاي سوئيچ رلوكتانس SR هستند. موتورهاي SR داراي تکنولوژي ساخت آسان بوده و هيچ مغناطيس دائمي در ساخت خود ندارند. اين امر باعث می‌شود كه موتورهاي SR قابليت كاركرد خوب در دماهاي بالا و قابليت اطمينان مناسبي داشته باشند. همچنين اين موتورها می‌توانند در عين از دست رفتن يك فاز تغذيه نيز به گردش خود ادامه دهند. روتور موتور SR نمی‌تواند به‌خودی‌خود ميدان مغناطيسي توليد كند. به اين معني كه در اين موتور فقط گشتاور رلوكتانسي توليد می‌شود كه ريپل و ضربان بالايی دارد. طراحان با استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند تغيير شکل موج جريان موتور سعي در كاهش ريپل ولتاژي موتور SR دارند. بااین‌وجود اثر اين نوسان گشتاور روي فرمان آن‌قدر زياد است كه غلبه بر اين مشکل در حال حاضر به صورت اقتصادي ممکن نيست.

نوع ديگر از موتورها، موتور مغناطيس دائم بدون جاروبك[1] است. در طراحی‌هایی كه در اروپا روي خودروهاي بزرگ انجام شده، موتور مغناطيس دائم بدون جاروبك با مغناطیس‌های كمياب خاكي و با بازده و چگالي توان بالا مورداستفاده قرار گرفته است. شرکت‌های دلفي و موتورولا از مزاياي موتورهاي BLDC در طرح‌های خود استفاده کرده‌اند. موتورهاي BLDC نسبت به موتورهاي SR نوسان گشتاور بسيار كمتري دارند. به‌طوری‌که در موتور BLDC طراحي شده با ولتاژ برگشتي ذوزنقه‌ای، ضربان گشتاور به كمتر از 2 درصد خواهد رسيد.

انتخاب ديگر، موتورهاي سنکرون مغناطيس دائم[2] هستند. با جايگزين نمودن مغناطيس دائم به‌جای سیم‌پیچی ميدان در موتورهاي سنکرون؛ جاروبك‌ها، حلقه‌های لغزان و تلفات مسي ميدان حذف می‌شود. در نتيجه موتورهاي سنکرون PM ، موتورهاي AC فاقد جاروبك PM يا موتورهاي بدون جاروبك PM با تغذيه سينوسي ناميده می‌شوند. ازآنجایی‌که اين موتورها اساساً موتورهاي سنکرون هستند، می‌توانند توسط منبع PWM يا سينوسي، بدون كموتاسيون الکتريکي، راه‌اندازی شوند. وقتي مغناطيس دائم روي سطح روتور قرار گيرد، به دليل اينکه نفوذپذيري مغناطيس دائم مشابه هوا است، به‌عنوان موتور سنکرون فاقد برجستگي رفتار می‌کند. با قرار دادن مغناطيس دائم در داخل مدار مغناطيسي روتور، اين برجستگي، گشتاور رلوكتانسي مضاعفي ايجاد می‌کند كه موجب فراهم شدن محدوده سرعتي بالا در عملکرد توان ثابت می‌شود. اين موتورها عموماً ساده و ارزان هستند. آن‌ها با داشتن پتانسيل بالا براي رقابت با موتورهاي القايي، امروزه در كاربري خودروهاي الکتريکي و هيبريدي پذیرفته‌شده‌اند.

‌أ.      کانورتر

کانورتورها مبدل DC به DC هستند. بسته به كاربرد دو مدل كانورتر افزايشي و كانورتر كاهشي وجود دارد. در كانورتر افزایشی سطح ولتاژ افزایش یافته و در کانورتر کاهشی سطح ولتاژ DC کاهش می‌یابد.

در خودروهاي الکتريکي و هيبريد هر دو مدل كانورتر افزايشی و كاهشي وجود دارند. يك كاربرد كانورتر افزايشي در خودروهاي الکتریکی و هیبریدی، تبدیل ولتاژ 180-300 ولت DC باتری به 650 ولت DC می‌باشد. ولتاژ 650 ولت DC سپس توسط اینورتر AC شده و به‌عنوان تغذيه تراكشن موتور در نظر گرفته می‌شود. مزيت بزرگ و اصلي در استفاده از كانورترهاي افزايشي، عدم نياز به باتری‌های بزرگ و گران‌قیمت می‌باشد.

كاربرد كانورتر كاهشي در خودرو الکتريکي و هيبريدی تبديل ولتاژ 180-300 ولت DC به ولتاژ 12-14 ولت DC جهت شارژ باتری خدمات جانبی خودرو می‌باشد. اين باتري كمکي برق موردنیاز برخي تجهيزات خودرو مانند سیستم روشنايي، راديو، پنجره‌ها و برف‌پاک‌کن می‌باشد.

در طراحي و انتخاب كانورتر براي خودرو الکتريکي و هيبريد می‌بایست كانورتري با راندمان بالاتر، سايز کوچک‌تر، سبک‌تر و قابل‌اعتمادتر انتخاب كرد.



[1] Permanent Magnet DC Motor or Brushless DC Motors (BLDC)

[2] Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)

 

شکل ۳ - کانورتر DC-DC مبدل 400 به 12 ولت

‌أ.      اینورتر

اینورتر، مبدل جريان DC به AC می‌باشد. كاربرد آن در خودروهاي الکتريکي و هيبريدی تأمین برق AC موردنظر براي پمپ سيستم خنک‌کننده و تراکشن موتور می‌باشد.

‌ب.   سیستم کنترلی

كنترلر الکترونيکي در خودرو الکتریکی به منظور انجام و انتقال فرمان‌ها كنترلر سيستم به بخش‌های موردنظر در خودرو، طراحي شده است. اين كنترلر شامل واحد كنترل ماشين[1]، واحد كنترل موتور[2]، واحد كنترل ژنراتور[3]، واحد كنترل ترمز الکترونيکي (ترمز مکانيکي) و سيستم مديريت باتري[4] مي‌باشد. ECU یک واحد كنترل الکترونيکي جهت كنترل ICE مي باشد. ECU موجب می‌شود تا خروجي ICE مقدار مطلوب گشتاور را با توجه به سيگنال فرمان ورودي داشته باشد. اين كار از طريق تزريق سوخت در سيلندرهاي ICE صورت می‌گیرد. نقطه عملکرد ICE می‌تواند توسط سرعت و گشتاور بيان گردد. در موتورهاي سري كه ارتباط مکانيکي بين ICE و انتقال‌دهنده قدرت وجود ندارد كنترل ICE از طريق ارتباط مکانيکي بين ICE و ژنراتور صورت می‌گیرد. نقطه كار موتور نيز می‌تواند ر اساس دو مؤلفه سرعت و گشتاور در نظر گرفته شود. گشتاور موردنیاز موتور با توجه به ميزان گشتاور موردنیاز راننده تعيين می‌گردد. MCU گشتاور مطلوب موتور را با استفاده از تکنولوژي FOC تعيين می‌کند. موتورها در هنگام ترمز يا سرپایيني به ژنراتور تبديل می‌شوند. بنابراين انرژي جنبشي خودرو به‌جای اينکه به ‌صورت گرما تلف گردد، در باتري ذخيره می‌گردد. اگر باتري نتواند اين ظرفيت را قبول كند در اين صورت واحد كنترل سيستم ترمز الکترونيکي فعال خواهد شد.

‌ج.    باتری

باتری‌ها ذخيره كننده انرژي شيميايي می‌باشند و در مواقع لزوم، انرژي شيميايي ذخیره‌شده در خود را به انرژي الکتريکي تبديل می‌کنند. ظرفيت باتري در خودرو الکتريکي بايد به گونه‌ای باشد تا اين اجسام نسبتاً سنگين بتوانند مسافت مطلوبي را طي كنند. هر اندازه ظرفيت باتري در خودروي الکتريکي بيشتر باشد قدرت پيشرانه بيشتري به موتور الکتريکي منتقل خواهد شد و در نتيجه شتاب خودرو افزايش می‌یابد. همچنين ظرفيت بالاي باتري امکان راندمان بالاتر و مصرف بهينه سوخت بيشتري را به دنبال دارد.

مدل‌های مختلفي از باتری‌های قابل شارژ در خودروهاي الکتريکي وجود دارد كه مهم‌ترین و پركاربردترين آن‌ها به شرح زير می‌باشد:

·       اسيد سرب (Pb-acid): قدیمی‌ترین مدل از باتری‌های قابل شارژ هستند كه نرخ انرژي بر حجم و انرژي بر وزن اين باتري پايين می‌باشد. بنابراين اين باتري فضاي زيادي از خودرو را اشغال می‌کند و شدیداً به وزن خودرو اضافه می‌کند. قيمت پايين و نرخ توليد قدرت بر حجم بالا در اين باتري، موجب شده تا اين باتري از محبوبيت بالايی برخوردار باشد.

·       كاديوم-نيکل (NiCd): عمر اين باتري از تمام باتری‌های موجود بيشتر است اما در قياس با ساير باتری‌ها چگالي انرژي پاييني دارد. همچنين كادميوم يك عنصر سمي است كه همين امر موجب شده است تا اين باتري كاربرد عمومي كمتري داشته باشد.

·       نيکل متال هيدريد (NiMH): تکنولوژي اين باتري به تکنولوژي باتری‌های NiCd بسيار شبيه است. تنها تفاوت در جايگزيني كادميوم می‌باشد. اين باتري در قياس با باتري هم سايز NiCd ظرفيتي معادل دو الي سه برابر دارد. در قياس با باتری‌های Li-ion  ظرفيت كمتري دارد همچنين در قياس با Li-ion نرخ دشارژ بالاتري دارد.

·       ليتيم يون (Li-ion): گونه مدرن باتری‌ها می‌باشد كه چگالي شارژ بالایي دارد. تکنولوژي اين باتري امروزه در اكثر تجهيزات الکترونيکي و همچنين سيستم حمل‌ونقل موجود است.

·       لیتیم پلیمر: اين باتري تکنولوژي شبيه به  Li-ionدارد. این باتری در قياس با آن چگالي شارژ كمتري دارد اما عمر باتري افزايش يافته است. همچنين در قسمت طراحي نسبت به Li-ion از لایه‌های بسيار نازكي استفاده شده است. عيب اين باتري را می‌توان در امکان اور شارژ باتري و همچنين دشارژ باتري در ولتاژي پایین‌تر از حد ممکن دانست که امکان دارد كه باتري قابليت شارژ مجدد خود را از دست دهد.

·        سديم- نيکل كلرايد (NaNiCl): در كلاس باتری‌های ذوب و گداخته شده قرار دارد. در اين باتري از نمک‌های مذاب به‌عنوان الکتروليت استفاده می‌شود. بنابراين اين باتري چگالي انرژي و توان بالایي دارد. اين مدل از باتری‌ها امیدبخش صنعت خودروهاي الکتريکي می‌باشند. اين باتری‌ها دماي نقطه كار بالا حدود 270 تا 300 درجه سانتی‌گراد را دارند. تلفات اين باتری‌ها به‌شدت پايين است.

 نکته قابل‌توجه در مورد باتري خودرو اين است كه برخلاف باتری‌های موجود در رایانه‌ها همراه، تلفن‌های همراه و تبلت‌ها، باتري خودرو در هر عمل افزايش شتاب يا كاهش شتاب خودرو مقدار زيادي انرژي ذخيره يا تخليه می‌کند. بنابراين يك مسئله مهم ديگر در باتری‌های خودرو دوام و طول عمر باتري می‌باشد. به همين دليل باتري اتومبييل‌های معمولی به صورت يك مجموعه متشکل از چندين سلول باتري می‌باشد كه در داخل يك محفظه قرار دارد و توسط سيستم خنک‌کننده خودرو، خنك می‌گردد تا طول عمر باتري افزايش يابد. به این دسته از باتری‌های، باتری‌های اصلی می‌گویند.

علاوه بر باتري ذکرشده در خودروها، همواره يك باتري جانبي 12 ولت وجود دارد كه انرژي الکتريکي موردنیاز سیستم‌های كنترلي موجود در خودرو، چراغ‌ها، شیشه‌بالابرها، راديو، دزدگير و نمايشگر خودرو را تأمین می‌کند. به این دسته از باتری‌ها نیز، باتری‌های جانبی می‌گویند.

‌د.     HVAC

سيستم [5]HVAC در يك خودرو می‌تواند انرژي موردنیاز خود را از دو منبع انرژي مختلف باتري و موتور احتراق دروني فراهم كند. بسته به ميزان قدرت و بار در يك خودرو جهت صرفه‌جویی انرژي، سيستم HVAC انرژي موردنیاز خود را از طريق باتري يا موتور احتراق دروني دريافت می‌کند. وجود سيستم HVAC الکتريکي در خودروها به اين دليل است که اگر زماني موتور احتراق دروني خودرو براي صرفه‌جویی در مصرف سوخت خاموش شد، سيستم تهويه مطبوع بدون هيچ مشکلي به كار خود ادامه دهد.

1-1-1-1- تجهیزات مکانیکی

‌أ.      انتقال قدرت

دو تکنولوژي انتقال قدرت در خودروهاي الکتريکي خالص وجود دارد. تفاوت اين دو مدل در اندازه و محل قرار گرفتن موتور در خودروهاي الکتريکي می‌باشد. قدرت در خودرو الکتريکي خالص از طريق يك موتور الکتريکي نسبتاً بزرگ يا دو موتور الکتريکي کوچک‌تر كه در داخل خود چرخ قرار دارند، به چرخ انتقال داده می‌شود. مدل موتور مركزي امروزه رایج‌تر می‌باشد؛ زيرا بر اساس اصول تست‌شده خودرو كار می‌کند. همچنين در خودروهاي بزرگ به دلیل آنکه موتور بايد به‌اندازه كافي قوي باشد از مدل موتور مركزي استفاده می‌کنند. مزيت وجود موتور در چرخ‌ها در حذف شفت انتقال‌دهنده قدرت و به دنبال آن كاهش تلفات و همچنين انجام بهتر عمل توليد انرژي از سيستم ترمز می‌باشد. اين سيستم بيشتر در خودروهاي كوچك استفاده می‌شود. عيب سيستم موتور در هر تاير خودرو در بالا رفتن وزن چرخ‌ها می‌باشد كه متعاقباً مقدار اينرسي تایرها افزايش می‌یابد و ممکن است موجب ناپايداري چرخ‌ها و همچنين خوردگي گوشه چرخ‌ها شود. يکي ديگر از معايب سيستم موتور در هر چرخ اين موضوع است كه هر شوک و ضربه‌ای كه به تاير خودرو وارد شود به‌احتمال خيلي بالا به موتور نيز انتقال می‌یابد و بنابراین احتمال خرابي آن بالا می‌رود. از طرفي به دليل پيچيدگي بيشتر اين مدل سيستم كنترلي آن پیچیده‌تر خواهد بود. به دليل نواقص عنوان‌شده اين احتمال وجود دارد كه دو تاير در يك سرعت يکسان به گردش درنیایند.



[1] Engin Control Unit (ECU)

[2] Motor Control Unit (MCU)

[3] Generator Control Unit (GCU)

[4] Battery Management System (BMS)

[5] Heating Ventilation and Air Conditioning

شکل ۴ - خودرو الکتريکي با يک موتور مركزي
شکل ۵ - خودرو الکتريکي با يک موتور در هر چرخ

‌أ.      ترمز

در موتوربرقی مانند دوچرخه برقي از دو سيستم ترمز الکتريکي و ديسکي استفاده می‌شود. ترمز ديسکي تفاوتي با مدل‌های معمولي ندارد اما ترمز الکتريکي يا همان ترمز بازياب همان‌طور كه گفته شد باعث تبديل نيروي ناشي از شتاب منفي به جريان الکتريکي می‌شود و اين كار توسط موتور جاگذاري شده در هاب موتوردار صورت می‌گیرد.

‌ب.   سیستم کنترل

سیستم‌های كنترلي يکي از قسمت‌های حياتي و پيچيده خودروهاي الکتريکي و هيبريد است كه در آن بايستي قسمت‌های زيادي از خودرو به‌خوبی مانيتور و كنترل گردد. قطعات اضافي در خودروهاي الکتريکي و هيبريد شامل باتری‌های ولتاژ بالا، موتور، اينورتر، كانورتر، پمپ، ترمزهاي توليد توان و يك سري قطعات جانبي می‌باشد كه می‌بایست در خودرو كنترل گردد. كنترل اين قطعات مختلف با يکديگر از طريق مدول‌هاي اختصاصي صورت می‌گیرد. اين مدول‌هاي اختصاصي توسط يك شبکه ارتباطي با يکديگر در ارتباط‌اند.

در اين سيستم كنترلي زماني كه راننده پدال گاز را فشار می‌دهد كامپيوتر ماشين كه به‌عنوان مدول كنترلي انتقال[1] قدرت شناخته می‌شود از طريق سنسورها مقدار فشار پدال را به‌عنوان ورودي دريافت می‌کند سپس حجم تزريق سوخت در سيلندرها را افزايش می‌دهد. اين سيستم كنترلي در قياس با سيستم كنترلي الکتريکي بسيار ناچيز است. براي نمونه در يك خودرو هيبريد، زماني كه راننده پدال گاز را می‌فشارد شرايط متفاوتي از قبيل مقدار شارژ باتري و ميزان تورفتگی پدال گاز تعيين می‌کند كه چه نوع كنترلي می‌بایست بر روي خودرو در طول حركت صورت گيرد. اگر شارژ باتري به‌اندازه كافي باشد PCM يك سيگنال به موتور و ساير تجهیزات موردنظر می‌فرستد تا خودرو به‌صورت كامل الکتريکي به كار خود ادامه دهد. اگر باتري شارژ كافي براي حركت خودرو را نداشته باشد PCM يك سيگنال به تراكشن موتور می‌فرستد تا آن را به مود ژنراتوري ببرد در اين صورت انرژي حاصل از ترمزي يا ICE از طريق ژنراتور به انرژي الکتريکي تبديل می‌گردد تا در باتري ذخيره گردد. اين مثال درصد كوچکي از حجم كاري سيستم كنترلي در خودرو الکتريکي و هيبريد می‌باشد.

‌ج.    تایر

تایر تنها بخشی از خودرو است که با سطح زمین (آسفالت، شن و ماسه، سنگ‌ریزه، خاک، گِل و…) در تماس است. تایرها خود در دو نوع کلی بادی و غیر بادی تقسیم می‌شوند. تایرهای بادی خود از دو گروه کلی تیوب دار ( بایاس) و تیوبلس (رادیال) تشکیل شده است. در نوع غیر بادی به دو گروه تایرهای توپر (Solid) که معمولاً در دستگاه‌های صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد و تایرهای پلی اورتان که به تازگی اختراع‌شده‌اند قابل‌تقسیم است.

ساختار ظاهری تایر از آج (رویه)، منجید (کارکاسر)، بدنه (دیواره)، طوقه (بید) تشکیل شده است. مواد تشکیل‌دهنده تایر شامل انواع کائوچو، دوده، نخ، سیم، روغن، گوگرد، شتاب‌دهنده‌ها، محافظت‌کننده‌ها و می‌باشد.

توانایی حمل بار، انتقال گشتاور، رانش، ترمز گیری و جذب ضربات وارده به چرخ جهت راحتی سرنشین از کاربردهای اصلی تایر خودرو می‌باشد و درعین‌حال باید فرمان پذیری خوب، ثبات شکل،مصرف سوخت کمتر، لرزش و صدای کم داشته باشد. دیگر وظیفه این قطعه حساس می‌توان به دوام و ایمنی بالا، توانایی تحمل حرارت تا 60 درجه اشاره کرد.

‌د.     شاسی و بدنه

شاسی خودرو یک چارچوب است که از فولاد سخت ساخته شده و در حالت عادی قابل‌مشاهده نیست. یک شاسی خوب مشخصاتی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به حجم کم، سبکی، استحکام، تحمل فشار و ضربه، مقاومت در برابر خوردگی و انتقال کمترین لرزش و صدا به اتاق اشاره کرد. اهمیت شاسی در خودرو از این جهت است که در صورت بروز تصادف‌های سنگین، از آسیب جدی خودرو و سرنشینان جلوگیری می‌کند.

شاسی خودرو به‌طورکلی در دو نوع مستقل و یکپارچه ساخته می‌شود. شاسی مستقل به‌صورت یک قطعه مجزا ساخته می‌شود و اتاق و سایر اجزای خودرو در مراحل بعدی به آن متصل می‌شوند. البته این نوع شاسی تقریباً منسوخ شده و جز در مورد خودروهای خاص مانند کامیون‌ها کاربرد ندارد. اما شاسی یکپارچه دارای فرم گسترده‌ای شبیه به اتاق خودرو است. تنها با اضافه کردن سقف، گلگیر، کاپوت، درها و اجزای دیگر به شاسی یکپارچه، فرم کلی اتاق و بدنه خودرو کامل می‌شود. شکل زیر شاسی خودرو و محل قرارگیری آن در خودرو نشان داده شده است.



[1] Powertrain Control Module (PCM)

شکل ۶ - نمونه شاسی خودرو

در بسیاری از خودروهای سواری جهت کاهش وزن ، مصرف سوخت و دلایل مختلف اقتصادی دیگر ، خودرو را بدون شاسی تولید می‌کنند و اجزایی که روی شاسی نصب می‌شدند را به‌جای نصب بر روی شاسی ، بر روی بدنه خودرو نصب می‌کنند.

اولین بخش خودرو که به چشم می‌آید بدنه‌ آن است. خودروها با بدنه‌های مختلف و متنوعی ساخته می‌شوند. فرم، سایز و جنس بدنه‌ خودرو بر اساس کارایی آن‌ها تعیین می‌شود. بر اساس همین فاکتورها بدنه‌ خودروها در تقسیم‌بندی‌های مجزا قرار می‌گیرند.

1-1-1- عمر خودروهای الکتریکی

با توجه به این‌که خودروها الکتریکی تنها حدود یک دهه است که به بازار آمده‌اند، نمی‌توان در خصوص مدت عمر آن‌ها نظر قطعی را ارائه نمود؛ ولی ازآنجایی‌که قطعات متحرک کمتری در این دسته از خودروها وجود دارد لذا امکان سایش و آسیب دیدن قطعات کمتری ایجاد می‌شود و این طول عمر خودروهای الکتریکی را بیشتر می‌کند.

این در حالی است ‌که قطعات الکترونیکی می‌تواند خراب شوند، اکثر آن‌ها می‌توانند بدون پرداخت هزینه زیاد جایگزین شوند. بااین‌حال، زمانی وجود دارد که یک خودرو به‌شدت فرسوده شده که ارزش آن بیش از ۵0% کاهش می‌یابد. تعویض یک بسته باتری برای خودرویی مانند نیسان لیف (مدل ۲۴ کیلووات ساعت)، می‌تواند هزینه‌ای بین ۳ تا ۸ هزار دلار داشته باشد. لذا این به معنای خسارت به‌کل وسیله نقلیه است، زیرا هزینه جایگزینی باتری در حال نزدیک شدن یا حتی بالاتر از ارزش خود خودرو است. درصورتی‌که کاربر مایل به جایگزینی باتری باشد، طول عمر خودرو تا ۲ برابر و یا بیشتر ازآنچه قبل از تعمیر بود، افزایش می‌یابد.

1-2- بررسی فنی شارژر خودروهای الکتریکی

بخش مهمی از داشتن یک ماشین الکتریکی کابل‌های شارژ است. این کابل‌ها دارای طیف وسیعی از قدرت و اتصالات هستند. اولین چیزی که همیشه هنگام خرید کابل شارژ اتومبیل برقی باید به آن توجه کنید ، مشخصات و الزامات موردنیاز خودروی برقی شما برای تعیین بهترین نوع کابل‌های شارژ EV برای شماست.

1-2-1- انواع شارژ خودروهای الکتریکی

شارژ خودروهای برقی بر اساس خروجی‌های برق به سه دسته بسیار سریع (or rapid ultra fast )، سریع ( fast ) و آرام (slow). که به ترتیب از بیشترین توان شارژ به کم‌ترین توان می‌باشد، تقسیم می‌شوند. توجه داشته باشید که توان شارژ در کیلووات محاسبه و اندازه‌گیری می‌شود.

1-2-1-1- شارژ بسیار سریع

توان شارژ بین 50 تا 120 کیلووات. خودرو به طور میانگین در کمتر از یک ساعت قابل شارژ کامل است.

1-2-1-2- شارژ سریع

توان شارژ بین 7 تا 22 کیلووات. شارژ کامل بین 3 تا 4 ساعت طول می‌کشد.

1-2-1-3- شارژ آرام

توان شارژ زیر 3 کیلووات.شارژ کامل بین 6 تا  15 ساعت طول می‌کشد.

1-2-2- انواع کابل‌های خودروهای الکتریکی

کابل‌های شارژ استفاده‌شده در صنعت خودروهای الکتریکی دارای انواع مختلفی می‌باشد که برخی از انواع آن در جدول زیر ارائه شده است.

جدول 1انواع کابل‌های شارژ استفاده‌شده در خودروهای الکتریکی

ردیف

نوع شارژ

منطقه مورداستفاده

مشخصات

شکل

شدت‌جریان (A)

ولتاژ (V)

توان (kW)

نوع شارژ

1

Type 1

SAE J1772 (J Plug)

آمریکای شمالی/ ژاپن

80

120 / 240

0.96 – 19.2

آرام/

سریع

2

Type 2

(GB/T 20234.2)

چین / اروپا /

آمریکای جنوبی

32

220 / 440

3.52 – 14.08

آرام/

سریع

3

Chademo

اروپا / آمریکا

100 / 120

500

60

بسیار سریع

4

Tesla

کل جهان

12 / 80 / 250

110 / 240 /

500

1.32-135

آرام/

سریع/

بسیار سریع

5

CCS/SAE

آمریکا / ژاپن

80 /

 200

120 / 240

200 / 600

90

آرام/

سریع/

بسیار سریع

6

Tesla Roadster

اروپا / آمریکا

70

208 / 240

16.5 / 22

سریع

7

Type 3

اروپا

16

250

3.6

آرام

1-3- بررسی فنی ایستگاه‌های شارژر خودروهای الکتریکی

1-3-1- انواع ایستگاه‌های شارژرهای وسایل نقلیه الکتریکی

انواع شارژرهای وسایل نقلیه به شرح زیر می‌باشد.

1-3-1-1- شارژرهای دیواری

این شارژر طراحی شده است تا به‌راحتی در پارکینگ‌های اختصاصی و یا در فضای داخل ساختمان، شرکت‌ها و مکان‌های دیگر که به احراز هویت کاربر نیازی نیست نصب گردد و یا به تولیدکنندگان خودرو جهت ارائه آن به همراه خودرو تحویل داده می‌شود. شایان‌ذکر است در طراحی ساختار، شکل ظاهری و کارایی دستگاه این مطلب همواره مدنظر بوده است که این دستگاه شارژر به‌نوعی یکی از لوازم‌خانگی تلقی می‌گردد.

شکل ۷ – انواع مدل‌های شارژرهای دیواری

1-1-1-1- پست شارژ

این شارژر برای نصب در محیط با دسترسی عمومی مانند فضاهای شهری، مراکز خرید، پارکینگ‌ها، فرودگاه‌ها، ایستگاه‌های بنزین و یا در محیط‌های خصوصی مانند شرکت‌ها، سایت‌های پارکینگ محلی و … طراحی‌شده است که با ارائه شارژر هوشمند طیف وسیعی از امکانات را فراهم کنند.

شکل ۸ - نمونه‌ای از پست شارژ

1-1-1-1- شارژرهای سریع

این شارژر به منظور نصب در محیط‌هایی با دسترسی عمومی همانند فضاهای شهری، مراکز خرید، فرودگاه‌ها، استراحتگاه بین جاده‌ای و یا در مراکزی مانند شرکت‌های دارای ناوگان خودروی الکتریکی، ایستگاه‌های تاکسی و اتوبوس یا به‌طورکلی در محل‌هایی که در آن وسایل نقلیه باید برای ادامه سفر خود کمتر از نیم ساعت حرکت کند، طراحی شده است. با تکنولوژی قدرتمند مدولار پیشرفته این دستگاه، راندمان و پایداری در سرویس‌دهی بالایی را دارا می‌باشد. از دیگر ویژگی‌های کلیدی این محصول می‌توان به طراحی پیشرفته، باریک بودن با بدنه مقاوم آن اشاره نمود که آن را برای استفاده در هر محلی از محیط‌های شیک و لوکس گرفته تا محیط‌های کاملاً صنعتی مهیا نموده است.

شکل ۹ - نمونه ای از دستگاه شارژر سریع

1-1-1- نحوه شارژ و زمان شارژ خودروهای الکتریکی

شارژ کردن ماشین الکتریکی بسیار راحت است. در هرجایی که یک خروجی الکتریکی بین ۱۱۰ تا ۲۲۰ ولت وجود دارد، نباید هیچ مشکلی برای شارژ خودرو وجود داشته باشد. رسیدن به سطح قدرت ۴۴۰ ولت نیاز به استفاده از یک کابل قوی‌تر دارد که بسیار بعید است بتوان آن را در منطقه مسکونی با ولتاژ 440 پیدا نمود. منبع تأمین برق می‌تواند از باد، خورشید، هیدروژن و یا زغال‌سنگ تأمین می‌شود.

شکل ۱۰  سیستم شارژ خودروهای الکتریکی

شارژ کردن یک ماشین الکتریکی می‌تواند بین چند روز تا کمتر از یک ساعت طول بکشد. این بستگی به‌اندازه باتری و میزان شارژ باتری دارد. یک خودروی نیسان لیف با یک بسته باتری ۲۴ کیلووات ساعت از یک منبع برق ۱۱۰ ولت برای شارژ کامل زمان بیشتری نسبت به شورلت اسپارک EV که دارای بسته باتری ۱۹ کیلووات ساعت است می‌برد. درحالی‌که منبع شارژ یکسان می‌باشد، با توجه به تفاوت اندازه باتری، مدت‌زمان لازم برای شارژ متفاوت خواهد بود.

1-1- نرم‌افزار مدیریت بار پویا) Dynamic Load Management)

این نرم‌افزار به‌طور هم‌زمان شارژ آسان‌تر، سریع‌تر و ارزان‌تر را برای خودروهای الکتریکی مدیریت و فراهم می‌آورد. رانندگان خودروهای الکتریکی تمایل دارند تا سریع‌تر وسایل نقلیه خود را، به‌ویژه در فضاهای عمومی و نیمه عمومی، شارژ کنند. این درحالی‌که ارائه‌دهندگان خدمات شارژ می‌خواهند هزینه‌هایشان را کاهش دهند. برای انجام این مهم و رسیدگی به این وضعیت نیاز به یک سیستم هوشمند برای مدیریت شارژ خواهید داشت و در اینجا جایی است که مدیریت بارگیری پویا (DLM) پاسخگوی نیازها است. DLM باعث شارژ هم‌زمان بیشترین تعداد خودرو درعین‌حال با استفاده از حداقل قدرت را می‌دهد و موجب صرفه‌جویی می‌گردد. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان با چالش اصلی که همانا مواجه‌شدن با اضافه‌بار است بدون نیاز به سرمایه‌گذاری یا هزینه اضافی مشکلات را مرتفع نمود.

این نرم‌افزار در دو سطح به شرح زیر ارائه می‌گردد.

1-1-1- سطح استاندارد DLM

برای مکان‌هایی که الکتریسیته به‌طور کامل به ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی EV اختصاص داده شده است.

1-1-2- سطح DLM Premium

برای مکان‌هایی که ایستگاه‌های شارژ EV به یک مرکز دیگر برای تأمین الکتریسیته متصل می‌شوند و از حداکثر توان موجود آن به اشتراک گذاشته‌شده آن استفاده می‌نمایند.

شکل 9– تفاوت استفاده یا عدم استفاده از نرم افزار مدیریت بار پویا

یک دیدگاه ارسال کنید

ایده خود را ارسال کنید

Fill in the form below to book a 30 min no-obligation consulting session.

I will reply within 24 hours.