انواع خودروهای الکتریکی

سازندگان خودرو در حال حاضر از پنج نوع عمده فناوری خودروی الکتریکی استفاده می­کنند. این فناوری‌­ها در نحوه تولید یا شارژ مجدد الکتریسیته داخلی و همین طور نحوه اتصال موتور الکتریکی داخلی و موتور احتراق با هم تفاوت دارند. ظرفیت‌ باتری، قابلیت­ های شارژ و پیچیدگی فناوری، گزینه‌­هایی در مورد رده خودرو، سوخت‌­گیری و قیمت را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار می­دهند.

در ادامه به شرح هر یک از خودروهای الکتریکی، انواع فناوری هیبریدی، نحوه عملکرد و مزایا و معایب مرتبط با آن­ها می­پردازیم.

خودروهای معمولی

خودروهای معمولی از سوخت­های فسیلی مانند بنزین یا گازوئیل، برای تامین انرژی موتور احتراق داخلی استفاده می­کنند. این خودروها در حین رانندگی با تولید صدا و گازهای خروجی، موجب آلودگی صوتی و آلوگی هوا می­شوند. خودروهای معمولی به صرفه نیستند و تنها حدود ۱۸ تا ۲۵ درصد از انرژی موجود در سوخت را برای حرکت خودرو در جاده ­ها استفاده می­کنند. چنین خودروهایی بیش از یک قرن است که به صورت انبوه تولید شده­‌اند و زیرساخت‌­های پشتیبانی قابل توجهی از جمله تاسیسات ساخت، تعمیر و سوخت‌­گیری، برای این خودروها ایجاد شده است.

خودروهای تمام الکتریکی (BEV)

این خودروها با تنها یک موتور الکتریکی و با استفاده از برق ذخیره شده در باتری داخلی، تغذیه می­شوند. باتری باید به طور منظم شارژ شود؛ این کار معمولا با وصل کردن خودرو به یک نقطه شارژ که متصل به شبکه برق محلی است، انجام می­گیرد. خودروهای تمام الکتریکی بالاترین بازده انرژی را در بین تمام سیستم‌­های محرکه خودرو دارند و قادرند حدود ۸۰ درصد از انرژی ذخیره شده در باتری را به انرژی حرکتی تبدیل کنند.

موتور خودروهای الکتریکی BEV کم ­مصرف است و ترمز احیاکننده آن­ها نیز در کاهش هدر رفت انرژی کمک می­کند. سیستم ترمز احیاکننده با تبدیل مقدار زیادی از انرژی جنبشی به برق، به افزایش کارآمدی این نوع خودروها کمک می­کند. این انرژی جنبشی در ترمزهای معمولی به صورت گرما از دست می­رود.

هنگام رانندگی با این اتومبیل هیچ آلایندگی از اگزوز تولید نمی­شود که این امر به بهبود کیفیت هوای محلی کمک می­کند. بیشترین مزیت برای محیط زیست این است که این خودرو با برق تولید شده از منابع تجدید پذیر تغذیه می­شود. حتی در مواردی که الکتریسیته از ترکیب انرژی‌ تجدیدپذیر و سوخت‌ فسیلی حاصل می­شود هم به نسبت، آلودگی هوای کم­تری خواهیم داشت. در حال حاضر این روش تولید برق در اروپا  به کار برده می­شود. تقریبا ۳۰ درصد برق اتحادیه اروپا در سال ۲۰۱۴ از انرژی­ های تجدیدپذیر تولید شد.

با این حال، برد رانندگی خودروهای BEV در مقایسه با سایر خودروهای معمولی محدود بوده و برای شارژ مجدد باتری‌ به زمان نسبتا طولانی نیاز دارند. این نوع از خودروهای الکتریکی معمولا باتری‌­های بزرگی دارند تا ظرفیت ذخیره­‌سازی انرژی را به حداکثر برسانند و از این رو مسافت‌­های رانندگی طولانی‌­تری را میسر می­سازند. این باتری‌­های بزرگ معمولا قیمت بالاتری نسبت به باتری‌­های هیبریدی دارند. با این وجود، هزینه باتری در هر کیلووات ساعت برای خودروهای BEV ارزان­تر است.

خودروهای الکتریکی هیبریدی (HEV)

خودروهای هیبریدی بیش از ۱۵ سال است که به صورت تجاری در دسترس هستند. در این اتومبیل به غیر از موتور بنزینی یک موتور الکتریکی هم تعبیه شده که در هنگام شتاب ­گیری خودرو، به موتور بنزینی کمک می­کند. باتری HEV را نمی­ توان از شبکه شارژ کرد، اما معمولا در طول ترمز احیاکننده یا زمانی که وسیله نقلیه در حال حرکت است، شارژ می­شود.

از آنجا که HEV عمدتا از موتور معمولی خود استفاده می­کند، هیبریداسیون را می­توان به عنوان یک فناوری افزوده با هدف افزایش بهره ­وری سوخت و کاهش آلاینده ­ها به شمار آورد و نه یک نوآوری مجزا در تولید خودرو.

این خودروها معمولا مصرف سوخت و انتشار گاز گلخانه ­ای کم­تری نسبت به فناوری­ های معمولی دارند. هرچه سیستم هیبریدی پیچیده ­تر باشد، پتانسیل بیشتری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ­ای دارد.

انواع و مدل‌­های مختلفی از HEV وجود دارد. در سری HEVs صرفه‌جویی در مصرف سوخت با ترمز احیا کننده انجام می­گیرد و موتور الکتریکی به تنهایی قادر به تامین انرژی خودرو نیست اما در سری full HEVs خودرو می ­تواند مسافت­ های کوتاه را در حالت تمام الکتریکی براند.

روش­ های اتصال موتور بنزینی و موتور الکتریکی در مدل­های مختلف HEV متفاوت است. در نمونه هیبریدی موازی، باک بنزین سوخت را به موتور بنزینی و باتری­ ها نیز انرژی را به موتور الکتریکی می­رسانند. در این سیستم، دو موتور بنزینی و الکتریکی هم­زمان به صورت جداگانه به سیستم انتقال قدرت خودرو متصل شده و قدرت تولید شده را به چرخ ­ها می­رسانند. این خودروها را می­‌توان صرفا به وسیله باتری نیز به حرکت درآورد، البته این کار معمولا فقط در سرعت ­های پایین و برای مسافت‌­های کوتاه امکان­پذیر است. با تنظیمات خاص می­توان درصد استفاده از هر موتور را معین کرد. برای مثال می ­توان ۱۰۰% از موتور بنزینی و یا موتور الکتریکی استفاده کرد. این میزان به هر نسبت دیگری مانند ۳۰% موتور الکتریکی و ۷۰% موتور بنزینی نیز قابل تغییر است.

باتری‌ هیبریدی، چه پلاگین و چه غیر پلاگین، از نظر قیمت به ازای هر کیلووات ساعت، گران‌­تر از باتری‌­های خودروهای تمام الکتریکی است. این قیمت بالاتر، عمدتا به این دلیل است که خودروهای هیبریدی در فرایند تبدیل برق به انرژی، قدرت بالاتری را می­طلبند.

خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV)

در این نوع از خودروها یک موتور الکتریکی و یک موتور احتراق داخلی تعبیه شده که می­توان به صورت دوگانه و یا مجزا از آن­ها استفاده کرد. باتری روی برد، از طریق شبکه قابل شارژ است. موتور احتراقی در مواقعی که به توان عملی بالاتری نیاز است یا زمانی که وضعیت شارژ باتری کم است، از موتور الکتریکی پشتیبانی می­کند.

برد رانندگی خودروهای پلاگین از خودروهای تمام الکتریکی کم­تر است. باتری این خودروها به این دلیل که تنها منبع انرژی خودرو نیستند، ظرفیت کم­تری نسبت به باتری خودروهای تمام الکتریکی دارند. ظرفیت باتری در PHEV ها بیشتر برای مسافت­های کوتاه در سطح شهر طراحی شده اما موتور بنزینی آن­ها همانند خودروهای الکتریکی با برد طولانی امکان رانندگی ­های طولانی را میسر می­سازد.

باتری خودروهای پلاگین از نظر قیمت به ازای هر کیلووات ساعت، گران­تر از باتری خودروهای تمام الکتریکی است. این قیمت بالاتر عمدتا به این دلیل است که این خودرو در فرایند تبدیل برق به انرژی، قدرت بالاتری را می­طلبد.

تاثیر خودروهای PHEV بر محیط زیست به حالت عملکردی آن­ها بستگی دارد. کارکردن اتومبیل در حالت تمام الکتریکی میزان آلاینده­ های اگزوز را به صفر می­رساند. اما تکیه کامل بر موتور معمولی می­تواند منجر به مصرف سوخت و سطوح آلایندگی برابر یا بالاتر از خودروهای معمولی با اندازه مشابه شود؛ زیرا باتری­ های اضافی، جرم این خودرو را افزایش می دهند.

همانند خودروهای تمام الکتریکی، در خودروهای پلاگین نیز عملکرد کلی زیست محیطی به میزان زیادی به سهم انرژی ­های تجدیدپذیر در تولید برق بستگی دارد. اگر برق مصرفی از بنزین یا گازوئیل مصرفی ارزان­تر باشد، PHEV ها می­توانند از نظر اقتصادی، گزینه جذابی برای رانندگان باشند.

خودرو الکتریکی با برد طولانی (REEVs)

شیوه کار در این اتومبیل‌­ها به این صورت است که در ابتدا موتور بنزینی، نیروی حاصل از حرکت ژنراتور را به بخش کنترل‌ کننده نیرو منتقل کرده و در ادامه، نیروی تولید شده، برای شارژ باتری و همچنین قدرت دادن به موتور الکتریکی مصرف می­شود. در نهایت موتور الکتریکی، نیروی به‌ وجود آمده را به سیستم انتقال قدرت تزریق کرده و در نتیجه خودرو شروع به حرکت می‌­کند. باتری روی برد را نیز می­توان از شبکه شارژ کرد. بنابراین موتور الکتریکی تنها مسئول تامین انرژی مستقیم خودرو است.

یکی از مزیت­ های خودروهای با برد طولانی کوچک بودن موتور بنزینی آن­ها است، زیرا این موتور تنها زمانی مورد نیاز است که وسیله نقلیه از محدوده رانندگی الکتریکی خود فراتر رود. این امر به کاهش وزن خودرو کمک می­کند. خودروهای REEV هم مثل خودروهای پلاگین بر مشکل محدودیت برد رانندگی که در خودروهای تمام الکتریکی وجود دارد غلبه می­کنند، زیرا می­ توانند در ایستگاه ­های سوخت معمولی، سوخت­ رسانی شوند.

خودروهای پیل سوختی (FCEVs)

انرژی این اتومبیل نیز به طور کامل توسط برق تامین می­شود. در خودروهای پیل سوختی انرژی الکتریکی در یک باتری ذخیره نمی­شود، بلکه انرژی مورد نیاز خود را از از جریان الکتریسیته تولید شده توسط یک بسته پیل سوختی به دست می­آورند. این پیل ­های سوختی با استفاده از هیدروژن موجود در یک مخزن به همراه هیدروژن موجود در هوا کار می­ کنند. مزیت اصلی FCEVها نسبت به خودروهای تمام الکتریکی، برد طولانی ­تر و سوخت­گیری سریع­تر آن­ها است (شبیه به خودروهای معمولی).

به دلیل اندازه و وزن فعلی بسته­ های پیل سوختی، این خودرو برای وسایل نقلیه با اندازه متوسط ​​تا بزرگ و مسافت ­های طولانی­ تر، مناسب­تر است. فناوری خودروهای پیل سوختی، هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و در حال حاضر مدل‌­های کمی از آن به صورت تجاری در دسترس است. به دلیل مسائلی همچون نیاز به ایجاد زیرساخت ­های سوخت­ رسانی هیدروژن، افزایش دوام و کاهش هزینه تولید، این نوع خودرو نیاز به توسعه فناوری بیشتری دارد.