إن التعبير مركبة كهربائية Electric vehicle (EVs) أو مركبات كهربائية قابلة لإعادة الشحن Electrically Chargeable Vehicles (ECVs) يشيران عادة لمركبة تستمد طاقتها بشكل جزئي أو كلي من بطارية.
إن مصطلح EV يستخدم لوصف كل أنماط السيارات الكهربائية بالعموم
طاقتها فقط من البطارية بجون محرك احتراق داخلي.
تزود بمحرك احتراق داخلي, وتزود ببطارية. يمكن أن تندفع بالمحرك الكهربائي أو الاحتراق الداخلي.
مشابهة للمركبات الكهربائية بالكامل, لكن تزود ببطارية بمدى أقل من 50 ميل. يزداد المدى بوجود محرك احتراق داخلي لشحن البطارية.
الفرق ان E-REV يكون الدفع دائماً كهربائي, بينما PHEV يكون الدفع إما كهربائي أو بمحرك الاحتراق الداخلي.
في بريطانيا متوسط الرحلات اليومية المفردة أقل من 10 أميال. متوسط المسافة المقطوعة يومياً حوالي 25 ميل. في أوروبا أكثر من 80% من السائقين يقطعون أقل من 100كم يومياً بالمتوسط. هذه المسافات يمكن أن تنجز باستخدام السيارات الكهربائية بالكامل, والعديد من الرحلات يمكن أن تنجز بالمركبات ذات الشحن الخارجي أو المركبات ذات المدى المطول بدون استخدام محركات الاحتراق الداخلي.
مصطلح عام لوصف المركبات التي تعمل بشكل كلي أو جزئي بطارية يمكن شحنها |
Electric Vehicle/Car (EV), Electrically Chargeable Vehicle/Car |
مركبة تعمل فقط ببطارية تشحن بتوصيلها بالشبكة. |
Pure-EV, Pure-Electric Car, All Electric, Batter Electric Vehicle (BEV), Fully Electric |
مركبة مع بطارية قابلة للشحن الخارجي وبمحرك كهربائي. بشكل نمطي يمكن لهذا النوع من المركبات العمل بشكل كهربائي كامل لمدى حوالي 10-30 ميل, بعد استنفاذ كل المدى الكهربائي تصبح المركبة هجينة.
|
Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV), Plug-In Hybrid Vehicle (PHV) |
تندفع المركبة ببطارية ومزودة بمحرك احتراق داخلي. هذا النوع يماثل المركبات الكهربائية بالكامل لكن مع بطارية بمدى قصير حوالي 50 ميل. يتم زيادة المدى باستخدام محرك احتراق داخلي يشحن البطارية أثناء سير السيارة. تكون السيارة كهربائية الاندفاع دائماً, أي أن محرك الاحتراق الداخلي فقط يشحن البطارية ولايدفع المركبة. هذا الترتيب (محرك يشحن بطارية التي تدير العجلات) يعرف باسم النمط الهجين المتوازي series hybrid
|
Extended-Range Electric Vehicle (E-REV), Range-Extended Electric Vehicle (RE-EV) |
مركبة هجينة تندفع ببطارية و/أو محرك احتراق داخلي. مصدر الطاقة تحدده المركبة آلياً حسب السرعة والحمل ومستوى شحن البطارية. لايمكن شحن البطارية خارجياً, لذلك تشحن من استعادة طاقة الفرامل ومن محرك الاحتراق الداخلي.
|
Hybrid Electric Vehicles (HEV), Full/Normal/Parallel/Standard Hybrid |
السيارات شبه الهجينة لايمكن شحن بطارياتها خارجياً ولايمكن قيادتها باستخدام البطارية فقط. تقوم بجمع الطاقة الضائعة في الفرملة وتعيدها عند التسارع, سيارات الفورمولا-1 الحالية مثال على ذلك.
|
Mild Hybrid |
التهجين الضئيل عادة يوظف نظام إيقاف-تشغيل المحرك start-stop engine ونظام استعادة طاقة الفرامل لشحن بطارية 12 فولط
|
Micro Hybrid |
نظام إيقاف-تشغيل المحرك يوقف المحرك عند توقف المركبة, يستخدم محرك بدء حركة starter محسن للتلاؤم مع عدد مرات الاستخدام الكبير.
|
Stop-Start Hybrid |
أي مركبة لاتعمل بشكل كامل على الوقود التقليدي (البنزين والديزل) تسمى مركبة وقود بديل.
|
Alternative Fuel Vehicle (AFV) |
محركات الاحتراق الداخلي العاملة بالبنزين والديزل والتي تم تكييفها للعمل مع وقود بديل.
|
Internal Combustion Engine (ICE) |
بدأت السيارات الكهربائية منذ القرن التاسع عشر في إسكتلاندا والولايات المتحدة الامريكية. في عام 1832 بنى روبرت أندرسون Robert Anderson في اسكتلاندا نموذج أولي لسيارة كهربائية. في عام 1834 قام توماس دافنبورت Thomas Davenport في الولايات المتحدة باختراع أول محرك كهربائي في سيارة.
بدأ عهد السيارات الكهربائية منذ منتصف القرن التاسع عشر, سمي العصر الأول First Age, حيث بدأت السيارات الكهربائية الدخول للأسواق. في عام 1888 قام المهندس الألماني أندرياس فلوكن Andreas Flocken ببناء أول سيارة كهربائية رباعية الدفع. عام 1897 دخلت أول سيارة كهربائية لأسطول مدينة نيويورك من سيارات الأجرة. عام 1899 العربة La Jamias Contente المبنية في فرنسا أصبحت أول سيارة كهربائية تسير بسرعة فوق الـ100 كم/سا. في عام 1900 حققت السيارات الكهربائية أفضل مبيع في الولايات المتحدة الأمريكية بنسبة 28% من الأسواق.
من 1901 إلى 1950 وصلت السيارات الكهربائية لذروة مبيعاتها ثم انخفضت المبيعات لاستبدالها بسيارات الوقود. في عام 1908 قدمت فورد سيارة Model T إلى الأسواق. عام 1912 تم اختراع مبدئ الحركة الكهربائي electric starter من قبل شارلز كاترينغ Charles Kettering , هذا جعل قيادة سيارات الوقود أسهل. في عام 1930 انخفضت أعداد السيارات الكهربائية بشدة بسبب رخص الوقود.
بين عام 1951 و 2000 (الحقبة الثانية Second Age) بدأ عهد جديد للسيارات الكهربائية بسبب أزمة النفط وارتفاع أسعار الوقود, فزاد الاهتمام بالسيارات الكهربائية. عام 1976 أطلقت الحكومة الفرنسية برنامج PREDIT لتسريع تطوير السيارات الكهربائية. عام 1996 استجابة لمتطلبات المركبات عديمة الانبعاثات Zero Emission Vehicles (ZEV) لولاي كاليفورنيا قامت جنرال موتورز بتقديم سيارة EV1 الكهربائية. في عام 1997 في اليابان, بدأت تويوتا ببيع سيارتها بريوس Prius, والتي هي أول سيارة هجينة تنتج بشكل تجاري, وتم بيع ثمانين ألف سيارة في أول سنة.
منذ عام 2001 وحتى الآن حدثت تطورات مهمة في السيارات الكهربائية, وتسمى هذه الفترة الحقبة الثالثة Third Age. عام 2008 وصلت أسعار النفط بمستويات قياسية. عام 2010 أطلقت نيسان سيارتها الكهربائية LEAF. عام 2011 أطلقت في باريس أكبر خدمة لمشاركة السيارات الكهربائية Autolib مع 3000 سيارة. عام 2011 أيضاً وصل عدد السيارات الكهربائية في العالم إلى 50000 مركبة. وربحت سيارة نيسان ليف جائزة سيارة العام في أوروبا. عام 2012 وصل عدد السيارات الكهربائية في العالم إلى 180000 مركبة. عام 2014 أطلقت سيارة تسلا موديل أس Tesla Model S. عام 2015 وصل عدد السيارات الكهربائية عالمياً إلى حوالي 700000 مركبة.
تكلفة شحن بطارية السيارة الكهربائية تعتمد على حجم البطارية, طريقة الشحن ومدى سرعة الشحن.
بالعموم, تكلفة شحن بطارية سيارة كهربائية بالكامل من الصفر إلى الشحن التام, حوالي 1 إلى 4 يورو عام 2015. وذلك بالنسبة لبطارية بسعة 24kWh تعطي مدى حوالي 100 ميل.
متوسط تكلفة الكهرباء حوالي 0.03 يورو لكل ميل. بالنسبة للسيارات من نمط PhEV و E-REV فإن بطارياتهم أصغر وبالتالي التكلفة أقل.
السيارات الكهربائية (الكهربائية بالكامل والهجينة) تستخدم بطاريات ذات جهد voltage عالي, لذلك فإن مقدار كبير من الطاقة يخرج من البطارية إلى المحرك ويعود إليها خلال الشحن.
على سبيل المثال, سيارة هوندا انسايت تستخدم بطارية بجهد 144 فولط, تويوتا بريوس الأصلية تستخدم بطارية بجهد 273.6 فولط, عام 2004 تم تعديل النظام وأصبحت البطارية ذات جهد 201.6 فولط.
حالياً من الشائع استخدام بطاريات ذات جهد بين 300 حتى 700 فولط, لذلك فإن موضوع السلامة مهم في التعامل معها.
بطارية ذات جهد عالي من تويوتا
يمكن للطاقة الكهربائية والمغناطيسية للبطاريات والمحركات أن تقتل أو تؤذي الأشخاص إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح. أي شخص لديه ناظم خطا heart pacemaker للقلب يجب أن لايتعامل مع محركات السيارات الكهربائية لأن الحقل المغناطيسي المتولد عن المحركات قد يؤذيه وقد يقتله.
بالعموم معظم المكونات ذات الجهد العالي تكون مجمعة مع بعضها في وحدة طاقة تتوضع غالباً خلف المقعد الخلفي أو تحت أرضية حجرة الحقائب, أو يمكن أن تكون تحت أرضية السيارة كما في سيارات تسلا. هذه الوحدة هي صندوق معدني مغلق ببراغي. المحرك الكهربائي يركب عادة بين المحرك العامل بالوقود وصندوق التروس, أو كجزء من علبة التروس, مركبات قليلة تستخدم محرك كهربائي مثبت على العجلات.
تستخدم أسلاك بلون برتقالي لنقل الطاقة بين البطارية والمحرك, عند الرغبة في فصل الأسلاك يجب إيقاف نظام الجهد العالي لمنع حدوث صدمة كهربائية أو قصر في الدارة.
يفضل الانتظار 5 دقائق بعد إلغاء تفعيل نظام الجهد العالي, وذلك كي يتم تفريغ المكثفات.
وحدة الطاقة لهوندا
مفتاح فصل الجهد العالي للبطارية
أسلاك الجهد العالي دائماً برتقالية اللون
يتم إجراء اختبارات التصادم على السيارات الكهربائية كما يتم إجراؤها على السيارات التقليدية. في شباط من عام 2011 أول سيارة كهربائية بالكامل اجتازت اختبارات السلامة Euro NCAP.
إن هدوء السيارات الكهربائية مفيد, لكنه أيضاً قد يكون خطر على المشاة الذين قد لايسمعون أي صوت للسيارة الكهربائية. أظهرت الدراسات أن صوت احتكاك إطارات السيارة الكهربائية سيحذر المشاة من وجودها عند سرعات أكبر من 20 كم/سا.
إن مصطلح الجهد المنخفض والجهد العالي هي مصطلحات نسبية.
تحدد اللجنة الكهروتقنية الدولية International Electrotechnical Commission الفروق كما يلي:
الجهد العالي أكبر من 1000 Vrms للتيار المتناوب AC و أكبر من 1500 فولط للتيار المستمر DC, وهنا خطر القوس الكهربائي.
الجهد المنخفض, من 50 إلى 1000Vrms للتيار المتناوب ومن 120 إلى 1500 فولط للتيار المستمر, هنا خطر الصدمة الكهربائية.
الجهد المنخفض جداً, أقل من 50Vrms للتيار المتناوب وأقل من 120 فولط للتيار المستمر, هنا الخطر قليل.
Vrms هو الجذر المتوسط المربع Root mean square: يعرف تيار جذر متوسط المربع للتيار المتردد بأنه قيمة التيار المستمر الذى اذا مر في دائرة ما لزمن معين يحدث نفس التأثير الحراري الذى يحدثه التيار المتردد و مر في نفس الدائرة و لنفس الزمن . كما يسمى أيضا القيمة الفعالة للتيار المتردد.
في السيارات عادة يشير مصطلح الجهد المنخفض إلى الجهد 12 أو 24 فولط. أما الجهد العالي فيشير لجهد البطارية والمحرك الكهربائي وباقي الملحقات (غالباً بين 60 إلى 1500 فولط).
عند العمل مع الجهد العالي يجب استخدام تجهيزات الحماية الشخصية Personal protective equipment (PPE), التي تشمل: بدلات عمل مع سحاب fastener غير ناقل, قفازات مخصصة للجهد العالي تختلف عن القفازات العادية, أحذية عازلة, نظارات عند الضرورة.
من أجل تسهيل التعرف على المكونات التي تحوي جهد عالي, يتم تمييزها بالألوان والإشارات والرموز.
أسلاك جهد عالي برتقالية
لصاقة تحذيرية
المواصفات المنشورة من قبل IEC والتي تم تحديثها عام 2016, حددت تأثيرات التيار الكهربائي على جسم الإنسان. فيما يلي جدول مناطق الوقت/التيار لتأثيرات التيار المتناوب على جسم الإنسان عندما يمر من اليد اليسرى إلى القدم.
المنطقة AC-1 يكون التيار غير محسوس
المنطقة AC-2 يمكن الاحساس بالتيار
المنطقة AC-3 تكون تأثيراته الضارة عكوسة: انقباض العضلات
المنطقة AC-4: يمكن أن تكون الأضرار غير عكوسة
المنقطة AC-4-1: احتمال 5% حدوث رجفان في القلب
المنطقة AC-4-2: احتمال 50% حدوث رجفان في القلب
المنطقة AC-4-3: احتمال أكثر من 50% لحدوث رجفان في القلب
المنحني A: عتبة الاحساس بالتيار
المنحني B: عتبة رد فعل العضلات
المنحني C1: يستبعد حدوث رجفان بطيني
المنحني C2: احتمال 5% حدوث رجفان بطيني
المنحني C3: احتمال 50% حدوث رجفان بطيني
التيار المستمر يتطلب مقدار أكبر من التيار ليحدث نفس الضرر عند نفس الجهد مقارنة بالتيار المتناوب.
لحدوث رجفان في القلب يجب توفر 30 ميللي أمبير للتيار المتناوب (تردد 50-60 هرتز) أو 300-500 ميللي أمبير للتيار المستمر.
بشكل تقليدي تستخدم السيارات التي تعمل على الكهرباء بشكل كامل محرك كهربائي وحيد متصل بالمحور الأمامي أو الخلفي. غالباً لاتزود هذه السيارات بصندوق تروس لأن المحرك الكهربائي قادر على توليد عزم كافي في كل السرعات. يتصل المحرك الكهربائي مباشرة بالتروس الفرقية عبر نسبة ثابتة.
في بعض المركبات الهجينة القابلة للشحن الخارجي PHEV يصمم المحرك الكهربائي ليكون جزء من الحدافة flywheel, ويدعى ذلك المحرك المساعد المتكامل integrated motor assist (IMA).
في تصاميم أخرى يكون المحرك الكهربائي جزء من العجلات, يسمى محرك العجلة Wheel motor, بعض التصاميم تكون مبردة بالماء, وبعضها يحتوي نظام تعليق. من مساوئ هذا التصميم أن وزن العجلة unsprung weight يزداد, ممايؤثر على التحكم بالمركبة والتوجيه.
محرك كهربائي متصل بالتروس التفاضلية
محرك كهربائي متكامل مع الحدافة
سيارة PHEV, لاحظ محرك الوقود, المحرك الكهربائي, علبة التروس (فولزفاغن)
محرك كهربائي مركب في العجلة
تحتوي السيارات الهجينة على محرك وقود, ومحرك كهربائي واحد على الأقل. إن عملية الدمج بين المحركين يمكن أن تتم بأكثر من طريقة, الغاية هي تحقيق الاستفادة من ميزات كل منهما, من أجل تخفيض استهلاك الوقود وتقليل الانبعاثات وزيادة العزم والقوة.
المحرك الكهربائي يتميز بعزم عالي عند عدد دورات قليل, بينما محرك الوقود يقدم عزم عالي عند سرعات عالية. لذلك فإن الجمع بينهما يعطي اداء جيد على كل السرعات.
فيما يلي مخطط لناتج الدمج بين المحركين في سيارة هجينة نمطية. عادة تكون سعة محرك الوقود أقل في السيارات الهجينة لكن الأداء الإجمالي يكون افضل.
1 ناتج الدمج بين المحركين (أداء السيارة الهجينة)
2 محرك وقود قياسي (1600cc)
3- محرك وقود بسعة مخفضة (1200cc)
4- محرك كهربائي (15 كيلو واط)
يوجد العديد من التصنيفات وطرق التصنيف, حالياً يمكن تصنيف المركبات في أربع فئات أساسية:
نظام تشغيل/إيقاف تشغيل المحرك يقوم بالتحكم بالمولد الكهربائي التقليدي الموجود بالمركبة, في القيادة العادية يعمل المولد بخرج منخفض. عند الدوران الزائد overrun (مثلاً استخدام المحرك للفرملة) يزداد خرج المولد ممايزيد مقاومة الدوران ويساهم في الفرملة. ويقوم بإيقاف المحرك عند سرعة اللاحمل فيوفر وقود ويقلل الانبعاثات, يستخدم مبدئ حركة starter معدل ليناسب عدد مرات الاستخدام الكثيرة. هذا النظام يوفر وقود حتى 5% في دورة القيادة الأوروبية الجديدة NEDC.
السيارات شبه الهجينة مثل النمط السابق لكنها توفر بعض المؤازرة للمحرك خلال التسارع خاصة عند السرعات المنخفضة. لايمكن القيادة باستخدام المحرك الكهربائي فقط, حيث أن المحرك الكهربائي يمكنه دفع المركبة لكن محرك الوقود يعمل دائماً. توفير الوقود في هذا النظام يصل حتى 15% في NEDC.
السيارات الهجينة بقوة تماثل الأنماط السابقة لكن البطارية تكفي لتحريك المركبة لمسافة قصيرة ويكون فيها محرك الوقود متوقف عن العمل وتعمل السيارة بالكهرباء فقط. توفير الوقود هنا حوالي 30% في NEDC.
السيارات الهجينة القابلة للشحن الخارجي تماثل النمط السابق لكن بطاريتها تكون كبيرة ويمكن شحنها من مقبس مناسب. في هذا النمط توفير الوقود يصل لحوالي 70% في NEDC.
النظام الهجين ذو قابض واحد هو نظام شبه هجين mild hybrid حيث يمكن استخدام محرك الوقود والمحرك الكهربائي بشكل منفصل, وتسير الطاقة بشكل متوازي بحيث يمكن دمجها لتشكيل قدرة خرج واحدة. محرك الوقود سيعمل كل الوقت بنفس سرعة محرك الكهرباء. فائدة هذا التصميم هي المحافظة على الشكل التقليدي لنظام الدفع. غالباً يستخدم محرك كهربائي واحد. لايمكن القيادة باستخدام الكهرباء لوحدها في هذا التصميم.
نظام هجين ذو قابض واحد
النظام الهجين ذو القابضين هو نظام هجين بقوة Strong hybrid وهو امتداد للنظام شبه الهجين. وجود قابضين يسمح لمحرك الوقود أن يتم فصله أي يمكن القيادة باستخدام الكهرباء لوحدها. يستخدم نظام إلكتروني لتحديد أي محرك يتم فصله, مثلاً عند التباطؤ يمكن فصل محرك الوقود للسماح بأكبر قدر ممكن من استعادة الطاقة من الفرملة. يمكن إعادة تشغيل المحرك بوصل القابض الخاص به بدلاً من استخدام مبدئ الحركة, هذا يتطلب حساسات ونظام إلكتروني دقيق للتحكم, يمكن أيضاً أن يكون المحرك مزود بمبدئ حركة تقليدي. إن إضافة القابض الثاني يزيد من طول علبة التروس, هذا قد يكون مشكلة خصوصاً في سيارات الشد الأمامي.
هجين متوازي بقابضين
يمكن تجاوز هذه المشكلة باستخدام علبة تروس مزدوجة القابض, حيث يتصل المحرك الكهربائي بوحدة فرعية لعلبة التروس بدلاً من اتصاله بالعمود المرفقي أو بالحدافة. هنا يمكن القيادة باستخدام المحرك الكهربائي لوحده أو استخدام كلا المحركين على التوازي.
هجين متوازي مع علبة تروس ثنائية القابض
استخدام نظام المحور المقسم يعني أن كل من المحركين منفصلين تماماً, كل منهما يدير محور. يمكن فصل محرك الوقود تماماً والعمل باستخدام الكهرباء. تصنف كنظام هجين بشدة strong hybrid. يمكن لهذا النظام أن يقدم دفع رباعي للمركبة عندما تكون البطارية مشحونة.
نظام هجين مع محور مقسم
في النظام الهجين المتسلسل يقوم محرك الوقود بإدارة مولد يشحن البطارية, البطارية تدير محرك كهربائي. هذا النظام يصنف دائماً هجين بشدة strong hybrid, لاحاجة لوجود علبة تروس ممايقلل حجم القطع الميكانيكية ويفسح مجال لوجود بطارية أكبر. يتم التحكم بمحرك الوقود بطريقة أتوماتيكية, عمل محرك الوقود أو توقفه لايؤثر على سير المركبة. من أهم مساوئ هذا النظام أن الطاقة يجب أن تتحول مرتين, من طاقة ميكانيكية إلى إلكترونية ثم من إلكترونية إلى ميكانيكية, وعند تخزين الطاقة في بطارية تتحول الطاقة ثلاث مرات, من وإلى طاقة كيميائية, هذا يقلل الكفاءة, لكن يسمح بعمل محرك الوقود ضمن مجال سرعات اقتصادي, كما لايوجد وصلات ميكانيكية بين محرك الوقود والعجلات مما يسهل ترتيب القطع ضمن المركبة. هذا النظام يشيع استخدامه في القطارات والحافلات الكبيرة أكثر من السيارات. يشيع استخدامه في السيارات من نمط المركبات الكهربائية ذات المدى المطول REVs, حيث تزود بمحرك وقود صغير لشحن البطارية وبالتالي زيادة المدى.
هجين متوازي
النظام الهجين المتوازي امتداد للنظام الهجين المتسلسل مع إضافة قابض يمكنه وصل محرك الوقود ومحرك الكهرباء ببعضهما ميكانيكياً. هذا يمنع تحويل الطاقة أكثر من مرة ويزيد الكفاءة. هذا الترتيب يلغي ميزة سهولة ترتيب العناصر, لأن محرك الوقود سيكون متصل ميكانيكياً بالعجلات.
نظام هجين متسلسل
نظام تقسيم القدرة يجمع محاسن النظام المتسلسل والمتوازي لكن تزداد التكلفة والتعقيد. يصنف هذا النظام كنظام هجين بشدة strong hybrid.
نظام تقسيم القدرة
ابحث في أكثر من 45 الف سيارة وأكثر من 700 محرك...
© CarsArt.net كل الحقوق محفوظة.