آشنایی با خودروهای برقی و نحوه کارکرد آن‌ها

صنعت خودروسازی طی دهه‌های اخیر شاهد تحولات چشمگیری بوده است و یکی از مهم‌ترین این تحولات، ظهور و پیشرفت خودروهای الکتریکی (EV) است. با افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی و نیاز به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، این خودروها به‌عنوان یکی از راه‌حل‌های پایدار و دوستدار محیط‌زیست مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این مطلب از یدکیجات؛ وبسایت فروش آنلاین قطعات خودروهای خارجی، به بررسی نحوه کارکرد خودرو برقی، تاریخچه و انواع آن می‌پردازیم.

تاریخچه خودروهای برقی

تاریخچه خودرو برقی به اواسط قرن نوزدهم بازمی‌گردد. یک مخترع اسکاتلندی به نام رابرت اندرسون اولین وسیله نقلیه الکتریکی را ساخت، اما این وسیله بیشتر شبیه به یک کالسکه بود که با باتری‌های اولیه کار می‌کرد. در اوایل قرن بیستم، این خودروها محبوبیت زیادی یافتند و حتی نیویورک یک ناوگان از تاکسی‌های برقی داشت؛ اما با توسعه موتورهای احتراق داخلی و بهبود زیرساخت‌های جاده‌ای، خودروهای بنزینی به دلیل قیمت کمتر و محدوده حرکتی بیشتر، محبوبیت بیشتری یافته و این خودروها به حاشیه رانده شدند.

با وقوع بحران نفتی در دهه 1970، علاقه به خودروی برقی دوباره افزایش یافت، اما به دلیل محدودیت‌های فناوری باتری و هزینه‌های بالا، این خودروها چندان موفق نبودند. در دهه 1990 و اوایل 2000، با پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری باتری‌های لیتیوم-یون و افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی، این خودروها به‌سرعت محبوب شدند. شرکت تسلا موتورز به رهبری ایلان ماسک در سال 2008 خودروی تسلا رودستر را معرفی کرد که می‌توانست با یک بار شارژ بیش از 320 کیلومتر پیمایش کند. این خودرو نقطه عطفی در صنعت خودرو برقی بود.

امروزه، خودروهای الکتریکی  به‌طور گسترده‌ای در سراسر جهان استفاده می‌شوند و شرکت‌های بزرگی مانند تسلا، نیسان، بی‌ام‌و فولکس‌واگن و بسیاری دیگر مدل‌های متنوعی از این خودروها را عرضه می‌کنند. تا سال 2023، بیش از 10 میلیون خودروی برقی در سراسر جهان به فروش رسیده است و این عدد به‌سرعت در حال افزایش است. چین، اروپا و ایالات‌متحده بزرگ‌ترین بازارهای خودروهای الکتریکی هستند. با توجه به تعهدات کشورهای مختلف برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030 تعداد این خودروها به بیش از 100 میلیون برسد.

برای مطالعه بیشتر در این زمینه بخوانید : خودروی هیبریدی چیست؟

 

نحوه کارکرد خودرو برقی

اتومبیل‌های برقی از یک یا چند موتور الکتریکی برای حرکت استفاده می‌کنند. این موتورها انرژی خود را از باتری‌های قابل شارژ دریافت می‌کنند. مهم‌ترین اجزای این خودروها عبارت‌اند از:

باتری‌ها

باتری‌های لیتیوم-یون رایج‌ترین نوع باتری‌های مورد استفاده در خودروهای الکتریکی هستند. این باتری‌ها به دلیل چگالی انرژی بالا، عمر طولانی و بازدهی مناسب، انتخاب اصلی برای تأمین انرژی خودروها محسوب می‌شوند. باتری‌های لیتیوم-یون شامل سلول‌های جداگانه‌ای هستند که انرژی الکتریکی را از طریق واکنش‌های شیمیایی ذخیره و آزاد می‌کنند.

• شارژ باتری: هنگام شارژ، جریان برق از منبع تغذیه به باتری منتقل می‌شود و انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود. این فرآیند با استفاده از شارژرهای داخلی یا خارجی انجام می‌شود. در این موارد و این مدل خودرو عمل باتری به باتری کردن ماشین غیر ممکن است.

موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی نقش اصلی را در تبدیل انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری‌ها به انرژی مکانیکی بازی می‌کنند. موتورهای الکتریکی معمولاً از نوع موتورهای جریان متناوب (AC) یا جریان مستقیم (DC) هستند.

• کارکرد موتور: هنگام فشردن پدال گاز، کنترلر جریان الکتریکی را از باتری به موتور الکتریکی هدایت می‌کند. این جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی در داخل موتور می‌شود که روتور را به حرکت درمی‌آورد و در نتیجه خودرو به حرکت درمی‌آید.

سیستم کنترل الکترونیکی

کنترلر الکترونیکی مغز متفکر اتومبیل‌های برقی است که جریان برق را از باتری به موتور الکتریکی کنترل می‌کند. این سیستم پیچیده با استفاده از سیگنال‌های الکترونیکی، جریان و ولتاژ مناسب را به موتور می‌رساند تا عملکرد بهینه‌ای داشته باشد.

• تنظیم سرعت و شتاب: کنترلر با تنظیم جریان برق به موتور، سرعت و شتاب خودرو را کنترل می‌کند. این سیستم با توجه به اطلاعات دریافتی از حسگرهای مختلف، مانند موقعیت پدال گاز و شرایط جاده، جریان مناسب را تنظیم می‌کند.

سیستم بازیابی انرژی ترمزی

سیستم بازیابی انرژی ترمزی (Regenerative Braking System) یکی از ویژگی‌های مهم اتومبیل‌های برقی است که به افزایش کارایی و بهره‌وری آن‌ها کمک می‌کند.

• عملکرد سیستم: هنگام ترمزگیری، موتور الکتریکی به‌عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند و انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به باتری بازمی‌گرداند. این فرآیند نه‌تنها باعث کاهش مصرف انرژی می‌شود بلکه عمر باتری را نیز افزایش می‌دهد.

سیستم انتقال قدرت

در این خودروها سیستم انتقال قدرت به دلیل عدم نیاز به گیربکس‌های پیچیده موتورهای احتراقی، ساده‌تر است. معمولاً از یک گیربکس تک‌سرعته استفاده می‌شود که مستقیماً به موتور الکتریکی متصل است.

• انتقال قدرت: انرژی تولید شده توسط موتور الکتریکی از طریق گیربکس به چرخ‌ها منتقل می‌شود. این سیستم ساده‌تر و کارآمدتر است و نیاز به نگهداری کمتری دارد.

سیستم‌های کمکی و مدیریت حرارتی

اتومبیل‌های برقی همچنین دارای سیستم‌های کمکی و مدیریت حرارتی هستند که به بهبود عملکرد و کارایی آن‌ها کمک می‌کنند.

• سیستم مدیریت حرارتی: این سیستم وظیفه حفظ دمای مناسب باتری‌ها و موتور الکتریکی را بر عهده دارد. دماهای بسیار بالا یا پایین می‌توانند کارایی و عمر باتری را کاهش دهند، بنابراین سیستم مدیریت حرارتی با استفاده از مایعات خنک‌کننده و فن‌ها دما را در محدوده مناسب نگه می‌دارد.

یدکیجات؛ ارائه دهنده انواع لوازم یدکی تویوتا

انواع خودرو برقی

خودروهای الکتریکی به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند تا نیازهای متنوع مصرف‌کنندگان را برآورده کنند. سه نوع اصلی این اتومبیل‌ها شامل خودروهای تمام برقی (BEV)، خودروهای هیبریدی (HEV) و خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV) هستند. هر یک از این انواع مزایا و ویژگی‌های خاص خود را دارند؛ که در جدول زیر به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

نوع خودرو	توضیحات	مدل‌ها
خودروهای تمام برقی (BEV)	تنها از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند و هیچ‌گونه موتور احتراقی ندارند.	تسلا مدل S، نیسان لیف
خودروهای هیبریدی (HEV)	دارای موتور احتراقی و موتور الکتریکی هستند و به‌صورت ترکیبی از هر دو نوع انرژی استفاده می‌کنند.	تویوتا پریوس
خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV)	دارای موتور احتراقی و موتور الکتریکی هستند، اما باتری‌های آن‌ها را می‌توان از طریق پریز برق شارژ کرد.	میتسوبیشی اوتلندر PHEV

خودروهای تمام برقی (BEV)

خودروهای تمام برقی (Battery Electric Vehicles یا BEV) تنها از باتری‌های قابل شارژ برای تأمین انرژی موتورهای الکتریکی خود استفاده می‌کنند. این خودروها هیچ‌گونه موتور احتراقی ندارند و به همین دلیل گازهای آلاینده تولید نمی‌کنند. باتری‌های این خودروها معمولاً از نوع لیتیوم-یون هستند که انرژی الکتریکی را ذخیره کرده و به موتور الکتریکی منتقل می‌کنند تا خودرو به حرکت درآید.

برخی از معروف‌ترین مدل‌ها: تسلا مدل 3 (Tesla Model 3)، نیسان لیف (Nissan Leaf)، شورولت بولت (Chevrolet Bolt EV)، بی‌ام‌و i3(BMW i3)، هیوندای کونا الکتریک (Hyundai Kona Electric)، تسلا مدل S (Tesla Model S)

خودروهای هیبریدی (HEV)

خودروهای هیبریدی (Hybrid Electric Vehicles – HEV) دارای دو سیستم هستند: موتور احتراقی و موتور الکتریکی. موتور الکتریکی در این خودروها به کمک باتری‌های کوچک‌تری که از طریق بازیابی انرژی ترمزی و یا موتور احتراقی شارژ می‌شوند، کار می‌کند. این ترکیب به بهبود مصرف سوخت و کاهش آلایندگی کمک می‌کند، به‌ویژه در ترافیک شهری که نیاز به توقف و حرکت مکرر است.

برخی از معروف‌ترین مدل‌ها: تویوتا پریوس (Toyota Prius)، هوندا اینسایت (Honda Insight)، فورد فیوژن هیبرید (Ford Fusion Hybrid)، هیوندای سوناتا هیبرید (Hyundai Sonata Hybrid)، کیا اوپتیما هیبرید (Kia Optima Hybrid)، لکسوس ES 300h (Lexus ES 300h)

یدکیجات؛ ارائه دهنده انواع لوازم یدکی لکسوس اصل

خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV)

این نوع خودروها مشابه خودروهای هیبریدی هستند، اما باتری‌های بزرگ‌تری دارند که می‌توانند از طریق پریز برق نیز شارژ شوند. خودروهای هیبریدی پلاگین (Plug-in Hybrid Electric Vehicles – PHEV) می‌توانند مسافت‌های بیشتری را تنها با استفاده از انرژی الکتریکی طی کنند و در نتیجه مصرف سوخت و آلایندگی کمتری داشته باشند. باتری‌های این خودروها نیز عمدتاً از نوع لیتیوم-یون هستند و می‌توانند از طریق شارژرهای خانگی یا ایستگاه‌های شارژ عمومی شارژ شوند.

برخی از معروف‌ترین مدل‌ها: تویوتا پریوس پرایم (Toyota Prius Prime)، شورولت ولت (Chevrolet Volt)، میتسوبیشی اوتلندر PHEV (Mitsubishi Outlander PHEV)، بی‌ام‌و e330 (BMW 330e)، فورد اکسپلورر PHEV (Ford Explorer PHEV)، ولوو XC60 T8 (Volvo XC60 T8)

 

مزایا و معایب خودروهای برقی چیست؟

خودروهای الکتریکی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های صنعت خودروسازی با استفاده از موتورهای الکتریکی و باتری‌های قابل شارژ، توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در بازار حمل‌ونقل پیدا کنند. در ادامه به بررسی مزایای استفاده از ماشین برقی می‌پردازیم:

مزایا	توضیحات
کاهش آلودگی هوا	هیچ‌گونه گاز آلاینده‌ای تولید نمی‌کنند و به بهبود کیفیت هوا کمک می‌کنند.
صرفه‌جویی در هزینه سوخت	هزینه برق برای شارژ باتری کمتر از هزینه بنزین یا گازوئیل است.
کاهش وابستگی به نفت و سوخت‌های فسیلی	استفاده از آن‌ها می‌تواند وابستگی به واردات نفت را کاهش دهد و امنیت انرژی را افزایش دهد.
عملکرد بهتر و راندمان بالاتر	موتورهای الکتریکی بازدهی بالاتری نسبت به موتورهای احتراقی دارند و توانایی تولید گشتاور بیشتری را دارند.
کاهش سروصدا	موتورهای الکتریکی به‌مراتب کم‌صداتر از موتورهای احتراقی هستند.

فناوری ماشین‌های برقی مانند هر فناوری دیگری، علاوه بر مزایای قابل‌توجهی که دارد، با چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز همراه است. این چالش‌ها ممکن است برای برخی مصرف‌کنندگان موانعی ایجاد کنند که نیاز به توجه و حل‌وفصل دارند. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین محدودیت‌ها و چالش‌های خودروی الکتریکی می‌پردازیم:

چالش‌ها و محدودیت‌ها	توضیحات
زمان شارژ طولانی	شارژ کامل باتری‌ها ممکن است زمان زیادی ببرد.
محدوده پیمایش محدود	نمی‌توانند مسافت‌های طولانی را با یک بار شارژ طی کنند.
هزینه اولیه بالا	قیمت خرید خودرو برقی معمولاً بالاتر از قیمت خودروهای احتراقی است.
زیرساخت‌های شارژ ناکافی	کمبود ایستگاه‌های شارژ در برخی مناطق می‌تواند استفاده از این خودروها را محدود کند.
عمر باتری	باتری‌ها با گذشت زمان دچار کاهش ظرفیت می‌شوند و نیاز به تعویض دارند.

انواع خودرو برقی در ایران

بازار انواع خودرو برقی در ایران به‌تدریج در حال رشد است و چندین مدل از این خودروها در بازار موجود یا در حال ورود به بازار هستند. در ادامه به بررسی انواع مدل‌های ماشین برقی موجود در ایران و تلاش‌های انجام شده در این زمینه می‌پردازیم:

 

خودروهای وارداتی

ایران‌خودرو (IKCO)، برنامه‌هایی برای واردات 6000 خودروی برقی شرکت دانگ‌فنگ (Dongfeng) چین دارد. این خودروها با توجه به قیمت مناسب و تکنولوژی‌های پیشرفته، می‌توانند گزینه‌ای مناسب برای بازار ایران باشند. علاوه بر دانگ‌فنگ، مدل‌های برقی شرکت هایما (Haima) نیز در بازار ایران موجود است. این خودروهای چینی به دلیل قابلیت‌های فنی مناسب و قیمت‌های رقابتی، مورد توجه مصرف‌کنندگان قرار گرفته‌اند.

خودروهای تولید داخل

در زمینه تولید داخلی، در مارس 2022، شرکت خودروسازی KSJ Motors ایران اولین خودروی تمام برقی خود به نام خودروی برقی Oxygen را معرفی کرد. این خودرو با برد حدود 220 کیلومتر و قیمت مناسب، توانسته توجه بسیاری از مصرف‌کنندگان را به خود جلب کند. همچنین اتوبوس هیبریدی E-Atros از ایران‌خودرو، نمونه دیگری از تلاش‌های داخلی برای تولید خودرو الکتریکی است.

زیرساخت‌های شارژ

زیرساخت‌های شارژ خودروهای الکتریکی در ایران هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارند و بسیاری از ایستگاه‌های شارژ به بهره‌برداری نرسیده‌اند. تعداد محدودی از ایستگاه‌های شارژ در تهران تأسیس شده‌اند، اما نیاز به سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی بیشتری برای پوشش گسترده‌تر در سراسر کشور وجود دارد. توسعه این زیرساخت‌ها یکی از چالش‌های اصلی برای گسترش استفاده از این نوع خودروها در ایران است.

خودروهای برقی با توجه به مزایای متعددشان، در حال تبدیل شدن به یک انتخاب محبوب‌تر در میان مصرف‌کنندگان و همچنین یک راه‌حل پایدارتر برای آینده حمل‌ونقل هستند. توسعه زیرساخت‌های شارژ، کاهش هزینه‌های باتری و افزایش آگاهی عمومی می‌تواند به تسریع پذیرش این نوع خودروها کمک کند و شاهد رشد روزافزون این صنعت و استفاده گسترده‌تر از آن‌ها در سراسر جهان باشیم.

مدت زمان شارژ خودروی برقی چقدر است؟

مدت زمان شارژ بسته به نوع شارژر و ظرفیت باتری متفاوت است. شارژرهای خانگی معمولاً بین 8 تا 12 ساعت زمان می‌برند، درحالی‌که شارژرهای سریع می‌توانند باتری را در کمتر از یک ساعت تا 80 درصد شارژ کنند.

هزینه شارژ خودرو برقی چقدر است؟

هزینه شارژ معمولاً کمتر از هزینه سوخت بنزین یا گازوئیل است. این هزینه بسته به تعرفه‌های برق منطقه‌ای و نوع شارژر مورد استفاده متغیر است، اما به‌طورکلی، شارژ خودروی الکتریکی اقتصادی‌تر از سوخت‌گیری خودروهای احتراقی است.

خودروهای الکتریکی چقدر برد دارند؟

برد این خودروها بسته به مدل و ظرفیت باتری متفاوت است. یک ماشین برقی مدرن معمولاً بین 200 تا 500 کیلومتر برد دارند. برد خودروهای لوکس و پیشرفته‌تر ممکن است تا 600 کیلومتر و بیشتر هم باشد.

طول عمر باتری ماشین‌های برقی چقدر است؟

طول عمر باتری بسته به نوع و نحوه استفاده معمولاً بین 8 تا 15 سال است. بسیاری از تولیدکنندگان ضمانت‌هایی برای باتری‌ها ارائه می‌دهند که می‌تواند شامل چندین سال یا هزاران کیلومتر باشد.