إليك معلومات عن كيف تعمل السيارة الكهربائية

كيف تعمل السيارة الكهربائية من الأسئلة التي تدور بأذهان كثيرين في وقتنا الحالي. فمن الملاحظ في السنوات الأخيرة الإقبال على اقتناء السيارات الكهربائية والتخلي عن سيارات البنزين. فالتوجه الآن منصب نحو الطاقة النظيفة المتجددة لأسباب اقتصادية وبيئية. ويتوافق هذا الأمر مع توجهات واستراتيجيات ورؤى المملكة العربية السعودية 2023؛ فهذا كله جعل الأمر يتزايد بوتيرة عالية.

معلومات عن كيف تعمل السيارة الكهربائية

تعمل السيارات الكهربائية خلافاً لسيارات البنزين من خلال الطاقة الكهربائية بالكامل التي تولد من البطاريات القابلة للشحن. تحول هذه الطاقة للمحرك الكهربائي الذي يتحكم بقيادة العجلات. وتستخدم السيارات الكهربائية بدال الحركة (المحرك الكهربائي) الذي له سرعة واحدة ويولد المزيد من عزم الدوران ويلغي الحاجة لبدال الحركة التقليدي. وتنتقل القوة مباشرةً إلى العجلات لتحقق التسارع الفوري.

وذلك لأن محركها يستطيع توفير الحد الأقصى من القوة والعزم عند أقل السرعات.

مكونات السيارات الكهربائية

لفهم كيف تعمل السيارة الكهربائية وطريقة توليد الطاقة فيها يجب معرفة مكونات السيارات الكهربائية بالكامل وهي: 

حزمة بطارية الجر (Traction battery pack)

 تعرف كذلك بأنها بطارية السيارة الكهربائية (EVB). تعد أهم مكونات السيارات الكهربائية وهي تعمل كنظام تخزين الكهرباء على شكل تيار مستمر، لتستخدم من قبل محرك الجر الكهربائي. ويعتمد عمر البطارية وطريقة تشغيلها على تصميمها.

البطارية الكهربائية المساعدة

تعمل البطاريات الإضافية المساعدة على منع انخفاض الجهد عند بدء تشغيل السيارة كما توفر الطاقة الكهربائية لجميع ملحقات السيارة. وتساعد في شحن السيارة.

منفذ الشحن

يصل منفذ الشحن مصدر الطاقة الكهربائية الخارجية (الشاحن) بالمركبة لشحن البطارية الكهربائية (حزمة بطارية الجر).

محول DC/DC

يعمل محول DC/DC كجهاز يقوم بتحويل طاقة التيار المستمر ذات الجهد العالي المستقبلة من حزمة بطارية الجر إلى طاقة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض، التي تلزم في تشغيل ملحقات السيارة وإعادة شحن البطارية المساعدة الإضافية. وتوفر حزمة بطارية الجر جهداً ثابتاً خلال عملها. وبما أن ملحقات السيارة تحتاج لجهد مختلف، يقوم محول DC/DC بتوزيع الطاقة والجهد بالمستوى المطلوب لكل مكون.

محرك الجر الكهربائي 

يقوم هذا المحرك بتحويل الطاقة الكهربائية من مجموعة بطارية الجر إلى طاقة حركية لتشغيل عجلات السيارة. وقد تستخدم بعض المركبات مولدات المحركات التي تؤدي وظائف القيادة. لاستخدام المحرك الكهربائي مزايا عديدة خلاف محرك الاحتراق الداخلي فهو يقلل الضوضاء والاهتزاز الذي يصدر عن المحركات التقليدية. ويضيف  الهدوء والراحة أثناء القيادة. كما توفر مجموعة نقل الحركة EV بحجمها الصغير مساحات إضافية لتصميم السيارة بطريقة مميزة تضيف مساحات واسعة في المقصورة الداخلية.

يعمل كذلك المحرك الكهربائي كمولد كهربائي جزئياً حيث يقوم بتحويل الطاقة الحركية المولدة أثناء الغيار المحايد خلال نزول السيارات على المنحدرات مثلاً إلى طاقة كهربائية تحفظ في البطارية. وتنطبق هذه الفكرة كذلك على نظام الكبح المتجدد عند توفير الطاقة الناتجة عن تقليل السرعة.

الشاحن المدمج في السيارة الكهربائية (Onboard charger)

يعمل الشاحن OBC المدمج على تحويل التيار الكهربائي المتردد AC القادم من منفذ الشاحن ويحوله إلى تيار مستمر لشحن بطارية الجر DC. ويراجع ويراقب حالة البطارية من حيث درجة الحرارة والجهد والتيار وحالة الشحن في البطارية خلال شحنها.

في حال وجود خاصية الشحن السريع، فلا داعي لوجود الشاحن OBC. فعندها يكون الشحن مباشرة بتزويد البطارية بالكهرباء من منفذ الشحن. 

وحدة التحكم في إلكترونيات الطاقة (Power electronics controller unit)

من خلال هذا النظام أو الوحدة EPCU يتم التحكم في سرعة المحرك وعزم الدوران. وإدارة تدفق الطاقة الكهربائية التي توفرها بطارية الجر نحو محرك الجر الكهربائي.  

نظام التبريد (Thermal system (cooling))

يقوم هذا النظام بالحفاظ على درجة حرارة التشغيل المناسبة للمحرك وضبطها. ويفيد في الحفاظ على حرارة المكونات الداخلية للسيارة بالمستويات المطلوبة. ويعمل نظام التبريد في السيارات الكهربائية خلال عملية الشحن كذلك بهدف الحصول على أفضل أداء. ويستخدم التبريد الكهروحراري والتبريد السائل والتبريد الهوائي الناتج عن الحركة.

ناقل الحركة الكهربائي (Electric Transmission)

 يتولى ناقل الحركة ذو السرعة الواحدة في محرك السيارة الكهربائية نقل الطاقة الميكانيكية من محرك الجر الكهربائي لدفع العجلات.

مكونات ثانوية موجودة في السيارات الكهربائية

توجد في السيارات الكهربائية مكونات أساسية باختلاف أنواع السيارات الكهربائية وطريقة عملها. وتوجد كذلك مكونات تعد ثانوية ولكنها هامة في فهم كيف تعمل السيارة الكهربائية وهي:

نظام إدارة البطارية (Battery Management System)

يعد هذا النظام من المكونات الثانوية لأنه يدمج في كثير من أنواع السيارات الكهربائية مع البطارية الكهربائية، أو يدمج مع وحدة التحكم في الطاقة الكهربائية (EPCU). وتعد وظيفته الرئيسية التحكم في خلايا البطارية وإدارتها لتعمل كوحدة واحدة حيث تتكون كل بطارية من خلايا يتراوح عددها من العشرات إلى الآلاف. ولضمان وتحسين أداء البطارية، يجب أن تكون جميع هذه الخلايا بحالة متماثلة.

العاكس

بعملية عكسية يقوم العاكس بتحويل التيار المستمر DC إلى تيار متردد AC وهو مسؤول عن ضبط التباطؤ والتسارع والتحكم في سرعة المحرك. وبالتالي يعد مكون هام في السيارات الكهربائية. وهو يوفر الطاقة من خلال تحويل التيار المتردد AC الذي يتولد من الكبح المتجدد إلى تيار مستمر DC يستخدم في إعادة شحن البطاريات.

كيف تعمل السيارة الكهربائية بالخطوات

بعد معرفة المكونات الرئيسية للسيارة الكهربائية وفهمها، يصبح من السهل تتبع كيف تعمل السيارة الكهربائية خطوة بخطوة من التشغيل:

• تعمل السيارة الكهربائية عند بدء الخطوات الاعتيادية من تشغيل السيارة والدعس على دواسة التشغيل والتي تعرف بدواسة الوقود في السيارات التقليدية، سواء سيارات البنزين أو حتى السيارات الهجينة.
• تتولد الطاقة من البطارية الكهربائية الموجودة في السيارة.
• تتحول الطاقة بفضل محول DC/DC إلى تيار متردد متجهة إلى محرك الجر الكهربائي.
• تقوم دواسة التشغيل (دواسة الوقود) بإرسال إشارات إلى وحدة التحكم في إلكترونيات الطاقة EPCU، وبالتالي تقوم بضبط سرعة السيارة. من خلال التحكم بالمحرك وعزم الدوران.
• تضبط وحدة التحكم سرعة السيارة من خلال تغيير تردد طاقة التيار الكهربائي من العاكس إلى المحرك.
• يدير المحرك ويربط العجلات من خلال مقود السيارة وتزويدها بالطاقة بعد تحويلها لطاقة حركية.
• يحول المحرك التيار إلى مولد التيار عند الضغط على الفرامل لينتج عن ذلك الطاقة، والتي تعرف بطاقة الكبح المتجددة ثم ترسل إلى البطارية مرة أخرى.

عرضنا في هذا المقال معلومات تفصيلية عن كيف تعمل السيارة الكهربائية وهي باختلاف أنواعها أو تصميمها تتكون من محرك كهربائي يزود بالطاقة من حزمة بطارية الجر، التي تتميز بانعدام الانبعاثات الكربونية وعدم استهلاك أي نوع من الوقود. وتعتمد على الكهرباء كمصدر للطاقة بالكامل. بالتالي تعد صديقة للبيئة وتعمل بشكل مستدام.

ويعد الفارق الكبير بين سيارات الكهرباء والبنزين أو سيارات الاحتراق الداخلي هو عدم حاجة سيارات الكهرباء لناقل حركة، واعتمادها على الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية لتشغيل محركها والقيادة. وتتكون السيارات الكهربائية من مكونات رئيسية لتحول الكهرباء في البطارية إلى طاقة حركية تقود السيارة. وتتضمن هذه المكونات: البطارية، والمحرك، والشاحن المدمج ومنفذ الشحن، ووحدة التحكم في الطاقة الكهربائية، ونظام التبريد.