نگاهی نزدیک به خودروهای الکتریکی و هیبریدی

دنده ۶/ انسان همواره بر اساس نیازهایی که دارد، دست به کارهایی میزند که بعضا شگفت انگیز هستند. از آن روز که خطر اتمام ذخایر سوخت های فسیلی و از آن مهمتر خطرهای زیست محیطی آن به گوش بشریت رسید، جنبش های مختلفی در سراسر جهان برای ساختن دنیایی بهتر دست به کار شدند. قطعا یکی از بهترین اقدامات که نیاز به پیشرفت هم دارد، خودروهای الکتریکی است.

پیشرفت روز افزون این فناوری غیرقابل چشم پوشی است. با توجه به اینکه در سالیان گذشته اختلاف هزینه سوخت های فسیلی و الکتریسیته بسیار بالا بود و از جنبه اقتصادی، که عامل زنده بودن شرکت های بزرگ است، خودروهای الکتریکی به مثابه یک سم مهلک بود. اما نیاز بالاتر از هرچیز دیگری نقش آفرینی خواهد کرد.

خودروهای الکتریکی از تکنولوژی قدیمی تری به نسبت خودروهای بنزینی استفاده میکنند و شرایط در اواخر قرن۱۹ به طوری بود که به نظر می آمد خودروهای الکتریکی حاکمان آینده جاده ها خواهند بود. اولین خودرو الکتریکی در سال ۱۸۳۴ میلادی ساخته شد و در سال ۱۹۰۰میلادی، ۳۸درصد خودروها الکتریکی بودند

خودروهای الکتریکی، اجداد خودروهای بنزینی

خودروهای الکتریکی از تکنولوژی قدیمی تری به نسبت خودروهای بنزینی استفاده میکنند و شرایط در اواخر قرن۱۹ به طوری بود که به نظر می آمد خودروهای الکتریکی حاکمان آینده جاده ها خواهند بود. اولین خودرو الکتریکی در سال ۱۸۳۴ میلادی ساخته شد و در سال ۱۹۰۰میلادی، ۳۸درصد خودروها الکتریکی بودند (منبع: کتاب Build Your Own Electric Car صفحه ۳۴).

اما از آنجایی که نفت ارزان بود و به وفور وجود داشت و از جهاتی قدرت بیشتری را در جاده های طولانی در اختیار خودرو قرار میداد، خودروهای الکتریکی به کنار رانده شدند. خودروهای گازی هنری فورد، میخ نهایی را بر تابوت خودروهای الکتریکی کوبید. اما در اواخر قرن۲۰ که قیمت نفت و فرآورده های نفتی بالا رفت و میزان آلاینده های محیط زیست افزایش یافتند، جنبش هایی برای بازگرداندن خودروهای الکتریکی به راه افتاد.

ذات خودروهای الکتریکی چگونه است؟

تمامی خودروها، اعم از گازی، بنزینی و الکتریکی نیازمند دستگاه هایی برای تبدیل انرژی هستند. آنها انرژی پتانسیل (انرژی ذخیره شده) را به انرژی جنبشی (انرژی سینتیک) تبدیل میکنند. برای مثال در یک خودرو با سوخت گاز، انرژی به شکل شیمیایی درون گاز حبس شده است و با یک واکنش شیمیایی که درون موتور احتراق اتفاق می افتد، این انرژی آزاد میشود. در این واکنش مولکول های هیدروکربنی بنزین با اکسیژن هوا میسوزد و گرما تولید میکند که این گرما پیستون ها و به تبع آن چرخ هارا به حرکت در می آورد.

درون یک موتورالکتریکی

خودروهای الکتریکی نیز انرژی را به شکل شیمیایی ذخیره میکنند و طی یک واکنش الکتروشیمیایی، بدون هیچ گونه احتراق، و با حرکت الکترونها از محل تخلیه باتری، آن را آزاد میکنند. هیچ سوختنی و هیچ آلودگی در کار نبوده و هیچ آلاینده ای از اگزوز خودرو خارج نمیشود.

طرز عملکرد خودروهای هیبرید (هایبرید – Hybrid) به چه شکل است؟

خب بالاخره خودرهای الکتریکی یا بنزینی؟ هرکدام از این تکنولوژی ها مزایا و معایبی را دارند. به همین دلیل است که خودروهای زیادی هستند که به صورت هیبرید (ترکیبی) کار میکنند. این تکنولوژی، هردو فناوری موتور احتراقی بنزینی و موتور الکتریکی را کنار یکدیگر قرار میدهد. این خودروها معمولا موتور بنزینی کوچکتری به نسبت موتورهای معمولی داشته و برای سرعت های بالاتر از آن استفاده میکنند. همچنین موتور الکتریکی بیشتر در مصارف شهری مورد استفاده قرار میگیرد.

خودرو هیبریدی به مانند دو خودرو درون یک خودرو است. یک موتور بنزینی برای مسافت های طولانی و سرعت های بالاتر و یک موتور الکتریکی برای مسافرتی بدون آلودگی و اقتصادی تر. در طراحی های مختلف، چرخ ها توسط موتور بنزینی یا موتور الکتریکی و یا هردو به حرکت در خواهند آمد.

در تصویر بالا نحوه عملکرد یک خودرو هیبریدی Plug-in را مشاهده میفرمایید. هر شماره بیانگر یک فعالیت است که در زیر به طور مختصر به آنها اشاره شده است.

پمپ بنزین اصلی ترین منبع انرژی برای خودرو است.

مخزن ذخیره بنزین در خودرو سواری

موتور احتراق داخلی خودروهای سواری

موتور بنزینی توسط گیربکس به قدرت را به چرخ ها منتقل میکند.

ایستگاه های شارژ باتری توسط یک دوشاخه الکتریکی به باتری خودرو متصل میشود.

باتری در طول شب که خودرو پارک شده است، شارژ خواهد شد. باتری به نحوی زیر صندلی های عقب جاسازی شده است.

موتور الکتریکی، قدرت به دست آمده از باتری را برای به حرکت درآوردن دو چرخ و یا چهار چرخ به کار میگیرد.

ترمزهای احیاکننده (Regenerative Brakes): این قابلیت که نیز Regen. نامیده میشود و در خودروهای دارای باتری و موتور الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرد، وسیله ای برای تبدیل انرژی از دست رفته سینتیک به انرژی شیمیایی است که در باتری ذخیره میشود و بعدا مورد استفاده قرارخواهد گرفت. از این رو که این قابلیت به منظور کاهش سرعت خودرو نیز در خودرو تعبیه شده است، اسم “ترمز” روی آن قرار گرفته است.

مزایا و معایب خودروهای الکتریکی

مزایا

عدم گسیل آلاینده های زیست محیطی

در نگاه اول خودروها الکتریکی، خودروهای سبز و پاک بوده و بعضی از آنها نیز به خودروهای گسیل صفر (Zero-emission) شهره هستند.

در تصویر بالا شش خودرو الکتریکی (به رنگ سبز)، شش خودرو هیبریدی (به رنگ زرد) و شش خودرو بنزینی (به رنگ قرمز) را مشاهده میکنید. محور عمودی نشان دهنده میزان هر مایل (۱.۶کیلومتر) طی شده به ازای معادل هر گالن بنزین (۳.۸لیتر بنزین) است و برای مقایسه بین خودروها با هر منبع انرژی به کار میرود (mpge – Miles per gallon gasoline equivalent).

به این صورت میتوان دریافت که خودروهای الکتریکی میزان آلودگی کمتر (حتی صفر) را به ازای طی کردن مسافت بیشتر برای ما به ارمغان خواهند آورد.

بازدهی بالاتر موتور الکتریکی

خودروها الکتریکی بازدهی بیشتری نسبت به خودروهای بنزینی دارند. دلیل آن هم به خاطر این است که موتورهای الکتریکی ذاتا نزدیک به ۸۰درصد بازدهی بالاتری به نسبت موتور های احتراق داخلی دارند.

در تصویر زیر مقایسه ای بین خودروهای مختلف برای میزان انرژی مصرفی به واحد kWh برای طی کردن یک مسافت ۱۰۰کیلومتری (تقریبا ۶۰مایل) به همراه یک مسافر، صورت گرفته است:

عملکرد بهتر

عملکرد موتورهای الکتریکی در برخی اوقات از نمونه های بنزینی بسیار بالاتر است. این موتورها گشتاور بالایی را حتی در سرعت های پایین تولید میکنند.

نگهداری آسان تر

به دلیل پیچیدگی کمتر موتورهای الکتریکی، نگهداری آنها ساده تر و اقتصادی تر است.

معایب

باتری، انرژی کم تولیدی

به نسبت واحد های انرژی، باتری انرژی کمتری را در اختیار خودرو قرار میدهد. در نمودار زیر، مقایسه ای از میزان انرژی تولیدی به مگاژول به ازای یک کلیوگرم سوخت صورت گرفته است:

هزینه بالاتر شارژ الکتریسیته و خودروهای الکتریکی

همانطور که هزینه شارژ در ایستگاه ها بالاتر است، قیمت خودروهای سبز نیز به نسبت خودروهای بنزینی بالاتر است. مثلا قیمت خودرو هیبرید هوندا Civic دربازه ۲۴تا۲۷هزار دلار بوده، در صورتی که قیمت خودرو مشابه در حالت بنزینی از ۱۸تا۲۴ هزار دلار متفاوت است.

خودرو هوندا Civic

از آنجایی که کشور ما فاصله زیادی برای رسیدن به ابتدای جاده خودروهای سبز دارد، اما به نظر میرسد برای حل مشکلات پیش آمده چاره ای جز رفتن به این راه نباشد.