السيارات الكهربائية: كيف تعمل البطاريات والمحركات

على عكس المركبات التي تعمل بالبنزين أو الديزل، لا تحتاج السيارات الكهربائية إلى محركات احتراق داخلي لتشغيلها. وبدلاً من ذلك، فهي مجهزة بمحرك كهربائي وحزمة بطارية قابلة لإعادة الشحن. تنبعث من السيارات الكهربائية كميات أقل من الغازات الدفيئة طوال عمرها مقارنة بالسيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل، مما يجعل المركبات الكهربائية في نهاية المطاف أفضل للبيئة.

 وجدت الأبحاث التي أجرتها وكالة الطاقة الأوروبية أنه حتى مع حساب توليد الكهرباء، فإن انبعاثات الكربون الصادرة عن السيارة الكهربائية أقل بحوالي 17-30٪ من انبعاثات السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل.

في نسخة مبسطة لكيفية عمل المركبات الكهربائية، فإنها تقوم بشحن وتخزين الطاقة في بطارياتها قبل توفير الطاقة للمحرك، الذي يدير العجلات. تحدث العديد من العمليات الأصغر والأكثر تعقيدًا، وسيتم استكشافها بشكل أكبر في هذا المنشور.

تعتبر العديد من المكونات متكاملة وفريدة من نوعها للسيارات الكهربائية، بدءًا من البطاريات وحتى أنظمة الكبح المتجددة. دعونا نتعمق في:

الفكرة وراء بطارية الليثيوم أيون هي تحريك الإلكترونات عن طريق إحداث فرق في الطاقة بين جزأين: أحدهما سالب والآخر موجب. هذه الأجزاء، التي تسمى الأقطاب الكهربائية، موجودة في سائل خاص يسمى المنحل بالكهرباء. عندما يتم استخدام البطارية لتشغيل شيء ما، فإن الإلكترونات المتجمعة في الجزء السالب تمر عبر مسار خارج البطارية إلى الجزء الموجب.

قراءة المزيد: ما الفرق بين السيارات الكهربائية والعادية؟

 هذا هو الوقت الذي تعطي فيه البطارية الطاقة. من ناحية أخرى، عندما يتم شحن البطارية، فإن الطاقة الصادرة من الشاحن تعيد الإلكترونات من الجزء الموجب إلى الجزء السالب. وسوف نناقش هذا بمزيد من التفصيل في وقت لاحق.

يقوم العاكس بتحويل طاقة التيار المباشر (DC) إلى طاقة التيار المتردد (AC) التي يحتاجها محرك السيارة الكهربائية. يمكن للعاكس التحكم في سرعة دوران المحرك عن طريق تغيير تردد التيار المتردد. ويمكنه أيضًا جعل المحرك أكثر أو أقل قوة عن طريق ضبط قوة الإشارة.

الحصول على الكهرباء من العاكس، محرك الجر الكهربائي هو ما يجعل السيارة الكهربائية تسير. تعمل هذه المحركات عادةً بالتيار المتردد (AC)، وهو أفضل وأكثر موثوقية من التيار المباشر (DC). عندما تصل إلكترونات التيار المتردد إلى المحرك من خلال العاكس، فإنها تخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يجعل المحرك يدور. تعتبر محركات الجر الكهربائية فعالة وقوية للغاية لأنها لا تحتوي على عدة تروس مثل محرك السيارة العادي. لذلك، عندما تضغط على الدواسة، تبدأ قوة المحرك على الفور تقريبًا.

تشتمل مجموعة نقل الحركة في السيارة الكهربائية على النظام الكهربائي عالي الجهد اللازم للتشغيل. تتألف هذه المحركات عادةً من عاكس، ومحرك جر كهربائي، ومحرك تخفيض، وبطارية جر، وهي خفيفة الوزن، وصغيرة الحجم، وتوفر عزم دوران سلسًا وفوريًا. يمكن للعديد من العاكسات في مجموعات نقل الحركة هذه استعادة الطاقة أثناء التباطؤ من خلال عملية تسمى التجديد، وتحويل طاقة التيار المتردد غير المستخدمة أثناء الكبح إلى طاقة تيار مستمر مخزنة في حزمة البطارية.

تعمل الفرامل المتجددة على عكس المحركات الكهربائية، التي تعمل كمولدات لإعادة الطاقة إلى النظام الهجين أو الكهربائي، مما يزيد من نطاق السيارة. تساهم هذه التعزيزات الدورية في نطاق البطارية في تعزيز الكفاءة مع الاستخدام المنتظم.

تقوم إلكترونيات الطاقة بتحويل وتوزيع الطاقة الكهربائية إلى أنظمة المركبات الأخرى مثل التدفئة والتهوية والإضاءة والترفيه. تشتمل مكونات إلكترونيات الطاقة على المحولات ومحولات التيار المستمر وأجهزة الشحن (للمركبات الكهربائية الموصولة بالكهرباء).

هناك سؤال شائع يدور حول سخانات السيارات الكهربائية وكيفية عملها - العملية بسيطة إلى حد ما. يتم تمرير الكهرباء من خلال موصل لإنتاج الحرارة. يتم بعد ذلك نفخ الهواء عبر عنصر التسخين إلى داخل المقصورة. ولا تختلف آلية أنظمة التبريد والتدفئة في المركبات الكهربائية كثيرًا عن تلك الموجودة في السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل. والفرق الرئيسي هو مصدر طاقة الضاغط - حيث تستخدم البطاريات في السيارات الكهربائية.

أحدثت السيارات الكهربائية ثورة في عملية تغيير التروس مع تغير سرعة المحرك لأنها تولد مقدارًا ثابتًا من عزم الدوران عبر نطاق من الدورات في الدقيقة. تعمل هذه الخاصية المتأصلة على تبسيط الآلية، مما يسمح للمحرك الكهربائي بتوزيع الطاقة مباشرة على العجلات دون الحاجة إلى عمليات نقل الحركة متعددة السرعات أو عمليات نقل الحركة اللاحقة. وهذا يعني أن غالبية السيارات الكهربائية أوتوماتيكية.

قراءة المزيد: أفضل 10 سيارات كهربائية من حيث المدى الذي تقطعه

وبالنظر إلى أن الفرق الرئيسي بين السيارة الكهربائية والسيارة التي تعمل بالوقود هو البطارية، فقد ارتأينا أننا سنقدم لك بعض التفاصيل حول كيفية عملهما.

أثناء القيادة، يتم تفريغ البطارية عندما تنتقل الإلكترونات من قطب كهربائي إلى آخر، مما يولد تيارًا كهربائيًا يدفع المحرك ويحرك عجلات السيارة. إن إعادة شحن البطارية، سواء في المنزل أو العمل أو نقطة شحن عامة، يؤدي إلى عكس تدفق الإلكترونات، مما يعيد شحن البطارية.

على الرغم من أن بطاريات السيارات لها عمر طويل، إلا أن عملية التفريغ وإعادة الشحن المستمرة تؤدي في النهاية إلى انخفاض سعة البطارية بمرور الوقت، على غرار الطريقة التي تتحلل بها بطارية الهاتف المحمول.

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من خلايا بطاريات السيارات الكهربائية: الأسطوانية، والمنشورية، والحقيبة. جميع هذه البطاريات الثلاث تعتمد على ليثيوم أيون مع غلاف. تحتوي كل بطارية على تركيب كيميائي محدد وحجم وسعة وعمر افتراضي محدد، مما يجعل من المرغوب فيه إلى حد ما أن تفضل الشركات المصنعة بطارية واحدة على أخرى.

البطاريات الأسطوانية هي الإصدار الكلاسيكي لبطاريات السيارات الكهربائية وتتكون من بطاريات ليثيوم أيون بغلاف من الألومنيوم أو الفولاذ. يتم إنشاء الشكل الأسطواني بواسطة أقطاب كهربائية وفواصل يتم وضعها معًا ثم يتم دحرجتها.

تتمتع البطاريات الأسطوانية بمقاومة درجات الحرارة العالية ويمكن دمجها لتكوين بطارية قوية. تسلا هو من المدافعين عن البطاريات الأسطوانية. إن إنتاج هذا النوع من البطاريات يمكن الاعتماد عليه وذو خبرة، ونظرًا لأن الإنتاج موحد، فإن التكلفة منخفضة للإنتاج السريع.

تتكون البطاريات المنشورية أيضًا من بطاريات ليثيوم أيون ذات غلاف من الألومنيوم أو الحديد. تحصل هذه الأنواع من خلايا البطاريات على شكلها من صفائح الأقطاب الكهربائية ذات الطبقات والفواصل الموضوعة في أغلفة معدنية مستطيلة. إنها أكبر بطاريات السيارات الكهربائية مقارنة بالبطاريات الأسطوانية أو الحقيبة.

تحصل البطاريات المنشورية على شكلها من صفائح الأقطاب الكهربائية ذات الطبقات والفواصل الموضوعة في غلاف معدني مستطيل. تم تصنيع هذه الأنواع من البطاريات منذ عقود وهي شائعة في سيارات BMW وVolkswagen. لا يترك الشكل المستطيل للبطاريات المنشورية أي فجوات عند دمجها مع حزمة البطارية.

قراءة المزيد: ما هي اضرار السيارات الكهربائية؟

بطاريات الحقيبة هي الأصغر بين الأنواع الثلاثة لبطاريات السيارات الكهربائية وهي صغيرة في الطول والوزن. غالبًا ما يتم استخدامها في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف ولكن يمكن استخدامها للمركبات الكهربائية أيضًا. يمكنها أن تفي بنفس الطاقة التي توفرها البطاريات الأسطوانية بنفس السعة، ولهذا السبب قد تختار الشركات المصنعة هذه البطاريات إذا كانت المساحة محدودة.

 لا تزال هذه البطاريات جديدة نسبيًا في عالم بطاريات السيارات الكهربائية، ولهذا السبب، غالبًا ما تشير بطاريات الحقيبة إلى احتمال ارتفاع درجة الحرارة (المعروف أيضًا باسم الهروب الحراري).

تعمل أنظمة الاسترداد في المركبات الكهربائية على إعادة تدوير الطاقة المفقودة عادة أثناء الكبح عن طريق تخزينها ثم استخدامها للتسارع أو التشغيل، وبالتالي توفير الوقود وخفض الانبعاثات.

يتم قياس سعة بطارية السيارة الكهربائية بالكيلووات/ساعة (kWh). يبلغ متوسط ​​سعة البطارية في السيارة الكهربائية حوالي 40 كيلو واط في الساعة، ولكنها تختلف بين موديلات السيارات ويمكن أن تتراوح من 20 كيلو واط في الساعة إلى 100 كيلو واط في الساعة. كلما زادت كمية الكيلووات التي تحملها بطاريتك، زاد نطاق القيادة وتمكنت من السفر لمسافة أبعد بشحنة واحدة.

 كقاعدة عامة، كلما زاد حجم البطارية، من المرجح أن تكون السيارة أكثر تكلفة. من المهم أن تفكر في سعة البطارية ونطاق القيادة الذي ستحتاج إليه قبل أن تتطلع إلى استئجار سيارة كهربائية.

يمكنك شحن سيارتك الكهربائية في المنزل أو العمل أو عبر شبكات شحن السيارات الكهربائية.

يعد شحن سيارتك في المنزل هو الطريقة الأكثر ملاءمة، حيث يوفر نطاق قيادة يومي كافٍ للسائق العادي، خاصة عند القيام بذلك أثناء الليل. توفر أجهزة الشحن المنزلية عادةً 7 كيلو واط في الساعة من الطاقة.

 تبلغ التكلفة المعتادة لنقطة الشحن المنزلية حوالي 800 جنيه إسترليني، ولكن في المملكة المتحدة، يوجد برنامج خصم يسمى منحة نقطة شحن السيارة الكهربائية OZEV والذي يمكن أن يقلل من تكلفة التركيب. تمت الإجابة على جميع أسئلتك في مدونتنا: ما هي تكلفة شحن السيارة الكهربائية بالكامل في المنزل؟

قراءة المزيد: ما الفرق بين السيارات الكهربائية والعادية؟

يمكنك أيضًا شحن سيارتك الكهربائية في العمل والذي يتضمن تركيب شحن السيارة الكهربائية في أماكن العمل مثل المكاتب أو مواقف السيارات أو المصانع أو المستودعات. وهذا مهم بشكل خاص للموظفين الذين قد لا يتمكنون من الوصول إلى الشاحن في عنوان منزلهم. وهذه فائدة رائعة للموظفين بينما تسمح للشركة بتحقيق أهداف الاستدامة الخاصة بها. يمكنك معرفة المزيد حول فرض الرسوم في مكان العمل هنا.

المكان الأخير الذي يمكنك فيه شحن سيارتك الكهربائية هو مكان عام. هذه هي الطريقة الأكثر تكلفة لشحن سيارتك ولكنها قد تكون مريحة عندما تكون في رحلة طويلة. يمكن العثور عليها في محطات الخدمة ومواقف السيارات ومحلات السوبر ماركت ودور السينما وعلى جانب الطريق. يوفر الشحن السريع ما يصل إلى 80% من الشحن في أقل من 20 إلى 30 دقيقة.

يعتمد سعر شحن سيارتك الكهربائية على مكان ومكان شحن سيارتك. يستغرق شحن سيارتك الكهربائية في المنزل وقتًا أطول ولكن يمكنك توصيلها طوال الليل عندما لا يكون هناك زيادة في الأسعار، في حين أن شحن سيارتك الكهربائية في الأماكن العامة سيمنحك 80% في 30 دقيقة ولكنه سيكلف أكثر.

عادةً ما تتحلل بطاريات السيارات الكهربائية بسبب درجة الحرارة والدورات والوقت. درجات حرارة التخزين والتشغيل لها تأثير كبير على عمر البطارية - فالبيئات الأكثر دفئًا تؤثر سلبًا على ذلك. في المتوسط، تتحلل بطاريات السيارات الكهربائية بمعدل 2.3% من سعتها القصوى سنويًا. وهذا يعني أن بطارية السيارة الكهربائية يجب أن تدوم طويلاً مثل منافسي ICE.

ومع ذلك، بالنسبة لمالك السيارة الكهربائية العادي، لا ينبغي أن يمثل تدهور البطارية مشكلة. تفرض الحكومة على مصنعي السيارات الكهربائية ضمان البطاريات لمدة 8 سنوات أو 100000 ميل. ومن المثير للاهتمام أن تيسلا تعمل على تحقيق هدف البطارية التي تقطع مسافة مليون ميل. هناك عدة طرق يمكنك من خلالها إطالة عمر البطارية - اقرأ المزيد في مدونتنا: ما هو العمر الافتراضي للسيارة الكهربائية في المملكة المتحدة؟

كيف تعمل محركات السيارات الكهربائية؟

كما أوضحنا حتى الآن في هذه المدونة، تحتوي المركبات الكهربائية على محركات بدلاً من المحركات. تستخدم المركبات الكهربائية كلاً من التيار المتردد والتيار المباشر للمخرج، وهناك العديد من الاختلافات لكل منهما.

يُعرف هذا أيضًا بمحرك DC المصقول. تتمثل ميزة هذا المحرك في قدرته على إنتاج عزم دوران أولي عالي، مع توفير تحكم سهل في السرعة أيضًا. يتمثل القيد في الفرش وأجهزة الاتصال الخاصة بالمحرك والتي تتطلب كلاهما درجة أعلى من الصيانة مقارنة بالمحركات الأخرى.

تعمل هذه على التخلص من الفرش وأجهزة الاتصال، مما يجعلها أكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية وأقل صيانة. إنها فعالة وتوفر عزم دوران أعلى. وعادة ما يتم دمجها في محور العجلة، والتي تقودها مباشرة.

قراءة المزيد: ما الفرق بين السيارات الكهربائية والعادية؟

على غرار محرك DC بدون فرش، يحتوي PMSM على مغناطيس دائم مدمج في الدوار لإنشاء مجال مغناطيسي. لديهم تصنيف طاقة عالي وعادة ما يتم استخدامها في المركبات عالية الأداء، مثل السيارات الرياضية. هذه هي المحركات التي ستجدها في سيارة Tesla Model Y.

يتم استخدام نوعين من محركات التيار المتردد في المركبات الكهربائية: متزامن وغير متزامن. يمكن لكلا النوعين العمل في الاتجاه المعاكس وتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء بحيث يمكن تخزينها في بطارية السيارة الكهربائية أثناء التباطؤ - والمعروف باسم الكبح المتجدد. في المحرك غير المتزامن، يولد الجزء الثابت الذي يعمل بالطاقة الكهربائية مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، بينما في المحرك المتزامن، يعمل الجزء الدوار كمغناطيس كهربائي.

يُنظر إلى المحرك المتزامن على أنه الخيار الأفضل للقيادة في المناطق الحضرية حيث يمكن أن يكون هناك الكثير من التوقف والبدء بسرعات أقل. وفي المقابل يفضل المحرك غير المتزامن للقيادة بسرعات عالية لفترات طويلة.

يمكن استخدام المحركات الكهربائية ضمن نطاق سرعة أوسع بكثير من محركات الاحتراق الداخلي. يتوفر الحد الأقصى لعزم الدوران منذ البداية، مما يوفر قوة جر كاملة ومذهلة على الفور. يمكنك قراءة المزيد عن أسرع السيارات الكهربائية في مدونتنا.

 وهذا ما يفسر سبب عدم حاجة الطرازات ذات المحرك الكهربائي إلى القابض أو علبة التروس. بشكل عام، يتم استخدام ترس تخفيض فعال بنسبة ثابتة (ترس واحد فقط). علاوة على ذلك، بما أن الآلات الكهربائية يمكنها التحرك في كلا الاتجاهين، فإن السيارات الكهربائية لا تحتاج بالضرورة إلى ترس عكسي منفصل.

يعد التحول إلى السيارة الكهربائية أحد أهم الطرق التي يمكنك من خلالها إحداث تغيير إيجابي إلى صافي الصفر. كثير من الناس مقيدون بالمعلومات والوصول والسعر والتعقيد.

الميزة الرئيسية للسيارات الكهربائية هي المساهمة التي يمكن أن تقدمها لتحسين نوعية الهواء في البلدات والمدن. لا تنتج السيارات الكهربائية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء القيادة مما يقلل من تلوث الهواء بشكل كبير.

يعد فهم التكلفة الحقيقية لامتلاك سيارة كهربائية أمرًا بالغ الأهمية قبل إجراء عملية الشراء. على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية للسيارات الكهربائية، إلا أن إجمالي نفقات الملكية أقل بكثير من تكاليف السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل. لإعطاء فكرة عن تكاليف الوقود مقابل تكاليف الكهرباء - تبلغ تكلفة الوقود السنوية التقريبية لسيارة Ford Focus 1,230 جنيهًا إسترلينيًا، في حين أن التكلفة التقريبية لشحن سيارة EV Volkswagen ID.3 هي 630 جنيهًا إسترلينيًا. وهذا يعني أنك ستوفر في المجمل 600 جنيه إسترليني كل عام! يمكنك معرفة المزيد حول تكلفة تشغيل سيارة كهربائية هنا.

في هذه المقالة، قمنا بتغطية طريقة عمل السيارات الكهربائية، وتبديد المفاهيم الخاطئة الشائعة، واستكشاف المكونات الرئيسية، ومناقشة خيارات الشحن. بالإضافة إلى ذلك، سلطنا الضوء على فوائد المحركات الكهربائية، وقمنا بتفصيل أنواع البطاريات الموجودة في المركبات الكهربائية، وشرحنا كيفية عملها.

قراءة المزيد: ما الفرق بين السيارات الكهربائية والعادية؟

في المستقبل، نتوقع أن نرى تطورات في البطاريات المستخدمة في المركبات الكهربائية. تشمل هذه التحسينات كثافة الطاقة، والتي ستؤدي إلى نطاقات أطول بشحنة واحدة - مما يجعل المركبات الكهربائية في نهاية المطاف أكثر عملية للسفر لمسافات طويلة.

إن التضحية بالراتب تجعل ركوب السيارة الكهربائية أسهل من أي وقت مضى، لأنها تتيح للموظفين توفير ما بين 30 إلى 60% على أي سيارة كهربائية عن طريق تخفيض رواتبهم مقابل الحصول على سيارة كهربائية كميزة. في The Electric Car Scheme، لدينا مجموعة واسعة من السيارات الكهربائية المتاحة للتأجير. تصفح أداة الأسعار الخاصة بنا للعثور على السيارة الكهربائية المثالية لك.