6 مكونات مهمة للسيارات الكهربائية

أصبحت السيارات التي تستخدم الكهرباء في جزء من قوتها الدافعة أكثر شيوعًا، حيث تم بيع أكثر من 250,000 سيارة هجينة كهربائية كل عام منذ عام 2007. بعد أن كانت محصورة في عدد قليل من المدن الكبرى، تنتشر محطات شحن السيارات الكهربائية الآن في جميع أنحاء الولايات المتحدة، حيث يوجد أكثر من 14,000 محطة عاملة من الساحل إلى الساحل.

التقنيات الأساسية التي تجعل السيارات الكهربائية ممكنة موجودة منذ سنوات، ولكنها لم تتجمع إلا مؤخراً لإنتاج سيارات آمنة للغاية وفعالة في استهلاك الوقود وذات مدى عالٍ. كافحت البنية التحتية لمواكبة الفرصة التي تمثلها هذه السيارات الجديدة، ولكن الآن، أمامها مستقبل مشرق. لـ مهندسو كهرباء, ، يجدر إلقاء نظرة فاحصة على الميزات والمكونات الهامة للسيارة الكهربائية وكيفية تعاملها مع مختلف التحديات.

دعونا ننظر في بعض الأجزاء الأكثر أهمية في السيارة الكهربائية:

البطارية

على الرغم من أن الكثير من الناس يفكرون في السيارات الهجينة التي تعمل بالغاز والكهرباء عندما يفكرون في السيارات الكهربائية، إلا أن السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات (BEV) هي التي تثير أكبر قدر من الإثارة. يمكن شحن البطاريات باستخدام الكهرباء العادية من شبكة الكهرباء في محطة طاقة متخصصة. إلى جانب تقنيات بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، هناك أربع تقنيات رئيسية للبطاريات على الأقل: الحالة الصلبة، وأيون الألومنيوم، وكبريت الليثيوم، والمعدن والهواء. على الرغم من أنه يمكن الآن الوصول إلى مدى يصل إلى 200 ميل أو أكثر، إلا أن المدى الأكثر شيوعًا هو حوالي 70-100 ميل عند الشحن الكامل.

وحدة التحكم في المحرك

يتحكم نظام التحكم في التشغيل الكامل للسيارة الكهربائية وتوزيع طاقتها في أي لحظة. وهو يراقب ويساعد في تنظيم جميع مؤشرات الأداء الرئيسية، بما في ذلك تلك المتعلقة بمشغل السيارة والمحرك والبطارية ووحدة التحكم في المحرك ودواسة الوقود وغيرها. وهو مزود بمعالج دقيق قوي، ويمكنه الحد من التيار أو إعادة توجيهه - إما لتحسين الأداء الميكانيكي للجهاز أو لتناسب أسلوب قيادة المشغل. بشكل عام، تتميز وحدات التحكم الأكثر تطورًا بدقة أكبر وبالتالي كفاءة أعلى.

المحرك الكهربائي

يمكن تصميم المحركات الكهربائية بحيث تستخدم التيار المتردد أو التيار المستمر. تميل المحركات التي تعمل بالتيار المتردد إلى أن تكون أقل تكلفة وأخف وزناً من المحركات التي تعمل بالتيار المستمر، حيث تصل كفاءتها إلى حوالي 95% عند الحمل الكامل مقارنة بـ 85%-95% التي تحققها المحركات التي تعمل بالتيار المتردد. المحركات التي تعمل بالتيار المتردد أكثر شيوعًا في أنواع أخرى من الأجهزة الكهربائية، وتتميز، إلى حد كبير، بانخفاض عدد الأجزاء المتحركة، مما يجعلها أقل عرضة للتلف الميكانيكي. ومع ذلك، تتطلب تقنية التيار المتردد وحدة تحكم أكثر تطورًا.

الكبح التجددي

بفضل قدرتها على زيادة مدى سيارة كهربائية، تم اعتماد الكبح التجددي في جميع طرازات السيارات الهجينة والكهربائية بالكامل الموجودة على الطرق اليوم. ببساطة، تسمح هذه التقنية باستخراج الطاقة من مكونات الفرامل بحيث يمكن إعادة استخدامها بدلاً من إهدارها. عندما يضغط السائق على الفرامل، ينتقل المحرك الكهربائي إلى الوضع العكسي، مما يسمح للمحرك نفسه بالقيام بمعظم عملية “الفرملة” وبالتالي منع فقدان المزيد من الطاقة الحركية. وهذا يختلف عن الأنظمة التقليدية التي تستخدم وسادات الفرامل، والتي تولد احتكاكًا على مستويات متعددة لتحقيق الفرملة.

نظام القيادة

تتمثل وظيفة نظام الدفع في نقل الطاقة الميكانيكية إلى عجلات الجر، مما يولد الحركة. لا تحتاج السيارة الكهربائية إلى أي شيء يشبه ناقل الحركة التقليدي، ولكن هناك عدة تكوينات داخلية مختلفة اعتمادًا على المكونات المستخدمة. على سبيل المثال، يمكن توصيل محرك كهربائي كبير بالعجلات الخلفية باستخدام غلاف تفاضلي. تستخدم بعض التصميمات عدة محركات أصغر حجمًا تعمل على تشغيل كل عجلة على حدة.

كفاءة الطاقة والأثر البيئي

ليس من المستغرب أن يكون التأثير البيئي أحد أكثر الحجج إقناعًا لصالح السيارات الكهربائية. فقد أشارت الأبحاث إلى أن حتى تلك السيارات الكهربائية بالكامل التي يتم شحنها باستخدام أكثر المناطق تلوثًا في شبكة الكهرباء الأمريكية لا تزال تنتج تلوثًا أقل من السيارات التي تعمل بالبنزين. تقلل السيارات الكهربائية من استهلاك الطاقة بعدة طرق، بما في ذلك إيقاف تشغيل المحرك تلقائيًا أثناء التوقف، وهو ما لا يكون فعالًا في السيارات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمستخدمي هذه السيارات توفير $1,000 أو أكثر سنويًا مقارنة بتكلفة السيارة التي تعمل بالبنزين.

المستقبل مشرق للسيارات الكهربائية

بينما يبحث الناس عن طرق لتلبية احتياجاتهم في التنقل بأقل تكلفة ممكنة الأثر البيئي ومن حيث التكلفة، من المؤكد أن السيارات الكهربائية ستحافظ على مكانتها المرموقة في سوق السيارات الحديثة. على الرغم من أن أول سيارة هجينة صُنعت في القرن التاسع عشر، لم يتم النظر إلى السيارات الكهربائية من أي نوع بجدية حتى أواخر الستينيات. لم تكن السيارات الكهربائية الاستهلاكية متاحة على نطاق واسع حتى مطلع القرن الماضي، ولم تظهر البنية التحتية اللازمة لاستخدامها إلا في السنوات القليلة الماضية. في هذا السياق، يعد النمو السريع للسيارات الكهربائية أمرًا مذهلاً حقًا. سيكون مهندسو الكهرباء في طليعة التغيير مع استمرار تطوير هذه التكنولوجيا المثيرة. في غضون بضعة عقود فقط، يمكن أن تصبح السيارات الكهربائية القوة المهيمنة على طرق أمريكا.