خودروهای برقی چگونه حرکت می‌کنند؟
خودروهای برقی از نظر ظاهر و هدف نهایی تفاوت زیادی با خودروهای معمولی ندارند؛ آن‌ها هم برای حرکت، نیروی چرخشی تولید می‌کنند و این نیرو را به چرخ‌ها می‌رسانند. اما تفاوت اصلی اینجاست که به‌جای سوزاندن بنزین یا گازوئیل در موتور احتراقی، از انرژی الکتریکی باتری استفاده می‌کنند.
در این آموزش از آکادمی گاراژینو می‌خواهیم خیلی ساده ببینیم انرژی داخل باتری چگونه به حرکت خودرو تبدیل می‌شود.
خودرو برقی انرژی خود را از کجا می‌گیرد؟
منبع اصلی انرژی در بیشتر خودروهای برقی، یک مجموعه باتری بزرگ است که معمولاً در قسمت پایینی خودرو قرار دارد.
این باتری انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می‌کند.
وقتی راننده خودرو را روشن می‌کند و پدال گاز را فشار می‌دهد، انرژی ذخیره‌شده در باتری در اختیار سیستم محرکه قرار می‌گیرد.
مسیر کلی انرژی را می‌توان این‌طور تصور کرد:
باتری → کنترلر → موتور برقی → انتقال نیرو → چرخ‌ها
موتور برقی چه کاری انجام می‌دهد؟
در خودروهای بنزینی، موتور با احتراق سوخت، حرکت ایجاد می‌کند.
اما در خودروهای برقی، موتور الکتریکی با استفاده از انرژی برق، نیروی چرخشی تولید می‌کند.
این موتور می‌تواند با سرعت بسیار زیادی بچرخد و گشتاور تولیدشده را به سیستم انتقال قدرت و سپس چرخ‌ها منتقل کند.
یکی از ویژگی‌های مهم موتورهای برقی این است که می‌توانند گشتاور زیادی را از دورهای بسیار پایین تولید کنند.
به همین دلیل خودروهای برقی معمولاً هنگام شروع حرکت، شتاب‌گیری سریعی دارند.
باتری چگونه خودرو را حرکت می‌دهد؟
باتری انرژی را به صورت الکتریکی ذخیره می‌کند.
هنگام حرکت، این انرژی از باتری خارج شده و به سیستم کنترل توان می‌رسد. سیستم کنترل مشخص می‌کند که چه مقدار انرژی و با چه شرایطی باید به موتور برسد.
موتور نیز این انرژی الکتریکی را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند.
در نهایت این حرکت به چرخ‌ها منتقل می‌شود و خودرو حرکت می‌کند.
اینورتر چیست؟
یکی از قطعات مهم در بسیاری از خودروهای برقی، اینورتر است.
باتری معمولاً برق DC تولید می‌کند، در حالی که بسیاری از موتورهای کششی خودروهای برقی به برق AC نیاز دارند.
اینورتر وظیفه دارد انرژی الکتریکی را به شکل مناسب برای موتور تبدیل و همچنین میزان توان ارسالی به موتور را کنترل کند.
به همین دلیل اینورتر را می‌توان یکی از بخش‌های مهم ارتباط بین باتری و موتور دانست.
پدال گاز در خودرو برقی چگونه کار می‌کند؟
در خودروهای برقی، پدال گاز معمولاً مستقیماً موتور را به شکل مکانیکی کنترل نمی‌کند.
وقتی راننده پدال را فشار می‌دهد، سیستم کنترل خودرو میزان درخواست راننده را تشخیص می‌دهد.
سپس کنترلر تعیین می‌کند چه مقدار توان باید از باتری به موتور ارسال شود.
هرچه راننده بیشتر پدال را فشار دهد، در شرایط مناسب توان بیشتری به موتور داده می‌شود و موتور می‌تواند نیروی بیشتری برای حرکت خودرو تولید کند.
آیا خودرو برقی گیربکس دارد؟
بیشتر خودروهای برقی سواری به گیربکس چندسرعته معمول خودروهای بنزینی نیاز ندارند.
موتور الکتریکی می‌تواند در محدوده وسیعی از سرعت‌ها کار کند و گشتاور مناسبی تولید کند. به همین دلیل در بسیاری از خودروهای برقی از یک کاهنده تک‌سرعته برای انتقال نیرو استفاده می‌شود.
البته همه خودروهای برقی دقیقاً یک ساختار ندارند و در برخی مدل‌ها از سیستم‌های چندسرعته یا طراحی‌های متفاوت استفاده شده است.
چرا خودروهای برقی شتاب خوبی دارند؟
یکی از دلایل مهم شتاب مناسب خودروهای برقی، تولید گشتاور زیاد توسط موتور از همان سرعت‌های پایین است.
در موتورهای احتراقی، موتور باید در محدوده خاصی از دور قرار بگیرد تا بتواند بیشترین گشتاور خود را تولید کند.
اما موتور الکتریکی می‌تواند تقریباً بلافاصله پس از دریافت توان، گشتاور قابل توجهی ایجاد کند.
به همین دلیل هنگام فشردن پدال گاز، واکنش خودرو می‌تواند بسیار سریع باشد.
خودرو برقی چگونه متوقف می‌شود؟
خودروهای برقی علاوه بر ترمز معمولی، می‌توانند از ترمز احیاکننده یا Regenerative Braking نیز استفاده کنند.
وقتی راننده پدال گاز را رها می‌کند یا خودرو شروع به کاهش سرعت می‌کند، موتور الکتریکی می‌تواند در شرایط مشخص به‌عنوان یک ژنراتور عمل کند.
در این حالت بخشی از انرژی حرکتی خودرو به انرژی الکتریکی تبدیل شده و دوباره به باتری بازگردانده می‌شود.
این فرآیند را بازیابی انرژی ترمز می‌نامند.
البته ترمز احیاکننده نمی‌تواند تمام انرژی مصرف‌شده را برگرداند و خودرو همچنان به ترمزهای اصطکاکی معمول نیز مجهز است.
باتری خودرو برقی چگونه شارژ می‌شود؟
برای شارژ باتری، خودرو به یک منبع برق متصل می‌شود.
برق از طریق سیستم شارژ خودرو وارد باتری می‌شود و انرژی موردنیاز برای حرکت‌های بعدی در آن ذخیره می‌شود.
سرعت شارژ به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
- نوع خودرو
- ظرفیت باتری
- نوع شارژر
- توان برق ورودی
- دمای باتری
- میزان شارژ فعلی باتری
به‌طور کلی شارژرهای سریع می‌توانند در مدت کوتاه‌تری انرژی بیشتری وارد باتری کنند.
چرا باتری خودروهای برقی بزرگ است؟
خودروی برقی برای طی کردن مسافت مناسب به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد.
به همین دلیل مجموعه باتری آن نسبت به باتری معمولی خودرو بسیار بزرگ‌تر و پرظرفیت‌تر است.
باتری خودرو برقی معمولاً از تعداد زیادی سلول باتری تشکیل شده که در قالب ماژول‌ها و پک باتری کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.
سیستم مدیریت باتری نیز وضعیت این سلول‌ها را کنترل می‌کند.
سیستم مدیریت باتری یا BMS چیست؟
BMS یا Battery Management System یکی از بخش‌های مهم خودروهای برقی است.
این سیستم وضعیت باتری را زیر نظر دارد و مواردی مانند:
- ولتاژ سلول‌ها
- دمای باتری
- میزان شارژ
- جریان ورودی و خروجی
- شرایط ایمنی باتری
را کنترل می‌کند.
BMS کمک می‌کند باتری در محدوده کاری مناسب فعالیت کند و از شرایطی مانند شارژ یا تخلیه نامناسب جلوگیری شود.
آیا خودرو برقی موتور احتراقی هم دارد؟
در یک خودروی تمام‌برقی، نیروی حرکت توسط موتور الکتریکی تأمین می‌شود و موتور بنزینی یا دیزلی وجود ندارد.
البته خودروهای هیبریدی داستان متفاوتی دارند. در خودروهای هیبریدی، موتور احتراقی و موتور الکتریکی می‌توانند در کنار یکدیگر برای حرکت خودرو استفاده شوند.
پس نباید خودرو برقی و هیبریدی را یکی دانست.
خودروهای برقی چگونه خنک می‌شوند؟
با اینکه موتور برقی مانند موتور بنزینی احتراق ندارد، اما قطعات الکتریکی و باتری همچنان هنگام کار گرما تولید می‌کنند.
به همین دلیل خودروهای برقی دارای سیستم مدیریت حرارتی هستند.
این سیستم می‌تواند دمای باتری، موتور، اینورتر و سایر اجزای حساس را کنترل کند.
کنترل دما اهمیت زیادی دارد؛ زیرا دمای نامناسب می‌تواند روی عملکرد، عمر و ایمنی باتری تأثیر بگذارد.
آیا خودروهای برقی نیاز به روغن موتور دارند؟
خودروهای تمام‌برقی موتور احتراقی ندارند؛ بنابراین روغن موتور به معنای رایج آن که در موتورهای بنزینی و دیزلی استفاده می‌شود، ندارند.
اما این به معنی بی‌نیازی کامل خودرو برقی از سیالات و سرویس نیست.
بسته به طراحی خودرو، ممکن است مواردی مانند:
- روغن یا روان‌کننده مجموعه کاهنده
- مایع خنک‌کننده
- روغن ترمز
- مایع شیشه‌شوی
نیاز به بررسی و سرویس داشته باشند.
خودرو برقی چه تفاوتی با خودرو بنزینی دارد؟
مهم‌ترین تفاوت در منبع انرژی و نحوه تبدیل آن به حرکت است.
در خودرو بنزینی:
بنزین → احتراق → حرکت پیستون → میل‌لنگ → گیربکس → چرخ‌ها
در خودرو برقی:
برق ذخیره‌شده در باتری → اینورتر و کنترل توان → موتور برقی → انتقال نیرو → چرخ‌ها
در نتیجه ساختار خودرو برقی در بخش پیشرانه ساده‌تر است و قطعات متحرک کمتری نسبت به بسیاری از موتورهای احتراقی دارد.
جمع‌بندی
خودروی برقی انرژی موردنیاز خود را از باتری دریافت می‌کند. این انرژی توسط سیستم کنترل توان در اختیار موتور الکتریکی قرار می‌گیرد.
موتور انرژی الکتریکی را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند و این حرکت از طریق سیستم انتقال نیرو به چرخ‌ها می‌رسد.
در هنگام کاهش سرعت نیز موتور می‌تواند بخشی از انرژی حرکتی را دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به باتری بازگرداند.
پس اگر بخواهیم کل فرآیند را خیلی ساده خلاصه کنیم:
باتری برق می‌دهد → موتور برق را به حرکت تبدیل می‌کند → نیرو به چرخ‌ها می‌رسد → خودرو حرکت می‌کند.