قسمت پانزدهم دوره آنلاین

ویدیو قسمت پانزدهم دوره آنلاین

 آینده خودروهای الکتریکی

در این ارائه به طور مختصر نگاهی به آینده خودروهای الکتریکی و طراحی زیرساخت‌­های شارژ خواهیم داشت. ما در این ارائه طراحی سیستم انتقال قدرت، خودروهای خورشیدی، خودروهای سلول سوختی، آینده تکنولوژی شارژ و در نهایت خودروهای الکتریکی خودران را بررسی خواهیم کرد.

روند طراحی سیستم انتقال قدرت

آینده خودروهای الکتریکی

ابتدا نگاهی به آینده سیستم انتقال قدرت و تکنولوژی باتری می­‌اندازیم. در بین تولید کنندگان خودرو الکتریکی تقریبا به صورت غیر رسمی پذیرفته شده است که ظرفیت باتری خودروهای الکتریکی در آینده باید به قدری باشد که ۲۰۰ تا ۳۰۰ مایل مسافت را طی کند. این از مسافت­‌های شهری بیشتر است و نگرانی طی کردن مسافت طولانی در بزرگ‌راه‌­ها را از بین می‌­برد. دوم اینکه تولید کنندگان به سمتی حرکت می‌­کنند که خودروهای الکتریکی را بر خلاف خودروهای احتراق داخلی موجود در بازار از پایین به بالا طراحی کنند. این دیدگاه انعطاف پذیری بیشتری در طراحی و زمینه را برای قرارگیری باتری‌­های بزرگ­تر فراهم می‌­کند و انتظار می‌­رود در بازه زمانی طولانی هزینه خودرو را کاهش دهد. سوم ادغام اجزای مختلف انتقال قدرت و کنترل­ کننده‌­ها در خودرو است. این امر افرایش دانسیته قدرت در کنار کاهش وزن خودرو، کاهش سیم‌­کشی داخل خودرو را به دنبال خواهد داشت و روش­‌هایی با بازدهی بالاتر برای مدیریت حرارتی اجزای انتقال قدرت را فراهم می­‌کند. استفاده از دستگاه‌­های نیمه هادی با باند پهن مثل کاربید سیلیسیم و نیترید گالیوم به افزایش فرکانس سویئیچینگ کمک خواهد کرد و بنابراین دانسیته قدرت را افزایش خواهد داد.

از لحاظ باتری، ولتاژ مجموعه باتری از ۴۰۰ به ۸۰۰ ولت افزایش پیدا خواهد کرد که قدرت شارژ بالاتر برای جریان شارژ یکسان را فراهم می‌­کند. پارامتر مهم برای افزایش بازدهی خودروهای الکتریکی در آینده دانسیته انرژی است. جدول موجود محدودیت­‌های ماکزیمم دانسیته انرژی برای باتری­‌های مختلف نشان می­‌دهد. مشاهده می‌­شود که این ماکزیمم در باتری­های lithium-air به صورت تئوری پنج برابر بیشتر از باتری‌­های یون لیتیومی است. بنابراین پتانسیل بالایی برای تحقیق در زمینه­‌های مواد باتری، پایداری، ایمنی، عمرکاری، دانسیته انرژی و قدرت و قابلیت تولید این باتری­‌ها وجود دارد. علاوه بر این ابرخازن‌­ها می‌­توانند زمانی که در همکاری با باتری برای نیازهای پیک قدرت حین شتاب­گیری و ترمز استفاده می‌­شوند، دانسیته قدرت بالاتری را فراهم کنند.

خودرو الکتریکی خورشیدی

picture 4

تکنولوژی دوم برای آینده خودروهای الکتریکی، خودروهای الکتریکی خورشیدی هستند. در تصویر می‌­توان دو خودرو خورشیدی نونا و استلا که توسط تیم دانشگاه دلفت و دانشگاه آیندهوون طراحی شده­‌اند را مشاهده کرد که نونا به عنوان یک خودرو مسابقه‌­ای و سرعتی و استلا به عنوان یک خودرو خانوادگی طراحی شده است. ویژگی بارز در هر دو خودرو این است که از سلول­‌های خورشیدی برای شارژ باتری on-board و فراهم کردن انرژی مورد برای راندن خودرو استفاده شده است. به طور مثال در خودرو مسابقه‌­ای نونا ۸، ۳۹۱ سلول خورشیدی یکپارچه سیلیکونی با بازدهی ٪۲۲.۵ به کار گرفته شده است. سایر تکنولوژی‌­های فوتوولتائیک (photovoltaic) بسته به انعطاف‌­پذیری سلول­‌ها، بازدهی، رنگ و البته هزینه می‌­توانند مورد استفده قرار گیرند. در شکل بعدی می‌­توانیم اجزای سیستم انتقال قدرت یک خودرو الکتریکی معمولی را مشاهده کنیم که نشان دهنده باتری، مبدل DC-DC، و موتور درایو DC-AC است. در مورد خودرو الکتریکی خورشیدی، پنل­‌های خورشیدی از طریق نقطه ردیابی با ماکزیمم قدرت (MAXIMUM POWER POINT TRACKING OR MPPT) به مبدل DC-DC و سیستم انتقال قدرت اضافه می‌­شوند. این مبدل تضمین می‌­کند که آرایه­‌های خورشید در بهترین نقطه خود کار می­‌کنند و ولتاژ آرایه‌­های فوتوولتائیک با ولتاژ گذرگاه  ولتاژ بالا درون خودرو الکتریکی هماهنگ است. اگرچه فراهم کردن تمام قدرت مورد نیاز برای خودروهای الکتریکی موجود در بازار با استفاده از سلول­‌های خورشیدی تا آینده نزدیک ممکن نخواهد بود، با این وجود تولید کنندگان خودروالکتریکی اعلام کرده‌­اند از سلول‌­های خورشیدی در سقف خودروها استفاده کرده‌­اند. این امر به طور جزئی انرژی راندن خودرو را فراهم می‌­کند که مسافت طی شده را افزایش می‌­دهد.

خودرو الکتریکی خورشیدی

در حالی که سلول‌­های خورشیدی می­‌توانند محدوده مسافتی خودرو الکتریکی را افزایش دهند، سلول­‌های سوختی هیدروژنی می­‌توانند مسافت‌­های طولانی و سوخت­گیری سریع مثل خودروهای احتراق داخلی را فراهم کنند. یک خودرو الکتریکی سلول سوختی در اصل یک خودرو الکترکی  با باتری است که ویژگی کلیدی آن استفاده از سلول سوختی برای شارژ باتری و قدرت دادن به خودرو برای حرکت است. نمونه‌­های تولید شده خودروهای سلول سوختی توسط شرکت‌­های پیشرو در تولید خودرو مثل تویوتا، هوندا، هیوندا و مرسدس ارائه شده‌­اند. اگرچه قیمت بالای خودروها و زیرسازی­‌های شارژ رشد آن‌ها را محدود کرده است، انتظار می‌­رود که خودروهای سلول سوختی در آینده ظهور کنند و نقش اساسی برای حمل و نقل وسایل نقلیه سنگین برای مسافت‌­های طولانی مثل کامیون­‌ها ایفا کنند.

سپس نگاهی خواهیم داشت به تکنولوژی‌­های اصلی برای آینده شارژ کردن خودرو الکتریکی مثل تعویض باتری، شارژ بی­سیم، شارژ هوشمند و V2G. تعویض باتری بر پایه عوض کردن باتری تخلیه شده با یک باتری پر است. تعویض باتری مزایای زیادی دارد که از مه­ترین آن‌ها زمان کوتاه تعویض باتری و قابلیت شارژ باتری در ایستگاه تعویض در زمان‌های طولانی در مقایسه با شارژ سریع است. اگرچه چالش اصلی برای تعویض باتری از طراحی خودرو ناشی می­‌شود. مقیاس بزرگتر تکنولوژی تعویض باتری نیاز دارد تا خودرو الکتریکی با باتری استاندارد، رابط باتری و شاسی استاندارد طراحی شود که اجازه خارج کردن راحت باتری و جایگزینی آن با باتری دیگری را می­‌دهد. اگر بتوان مسیرهای مسافرتی، فاکتور بار و ناوگان خودرو را شناخت که تقریبا در ارتباط با حمل و نقل عمومی یا تدارکات تجاری است، تعویض باتری می‌­تواند روشی با هزینه پایین، منعطف و راحت برای شارژ خودرو الکتریکی باشد.

در ارتباط با راحتی شارژ، شارژ بی‌­سیم القایی می­‌تواند راحتی و سهولت شارژ کردن را بدون نیاز به کابل شارژ فراهم کند. این تکنولوژی از دو سیم‌­پیچ الکترومغناطیسی که به هم مرتبط­­ هستند استفاده می‌­کند که قدرت را در فرکانس بالا منتقل می‌­کنند. سیم­‌پیچ اولیه روی سطح جاده قرار گرفته و به شبکه برق متصل است و سیم‌­پیچ دوم روی خودرو قرار دارد و باتری را شارژ می‌­کند. سیستم‌­های شارژ بی­سیم امروزه برای دستگاه­‌های مختلفی در دسترس‌­اند. در آینده این روش می­‌تواند بر اساس استاندارد SAE J2954 به یک سیستم پیش فرض برای شارژ خودروهای الکتریکی تبدیل شود. گسترش شارژ بی­سیم می­‌تواند شارژ در جاده باشد به طوری که پدهای شارژ القایی در طول جاده قرار گرفته‌­اند، بنابراین خودروهای الکتریکی می­‌توانند به صورت بی­سیم و حین رانندگی شارژ شوند. این تکنولوژی است که می‌­تواند به به طرز چشمگیری هزینه خودروهای الکتریکی را کاهش دهد زیرا در این صورت این خودروها به باتری‌­های کوچک­تری نیاز دارند و این هزینه می‌­تواند به زیرساخت­‌های شارژ تعلق گیرد. یک مثال عالی سیستم الکترونیکی وسایل نقلیه الکتریکی است که توسط موسسه علم و تکنولوژی کره توسعه یافته است و قدرت شارژ بی­سیم kW ۱۰۰ ر برای اتوبوس‌­ها با فاصله هوایی ۱۷ سانتیمتر و بازدهی ٪۸۵-۷۵ فراهم کرده است. که منجر به کاهش ابعاد باتری به ٪۲۰ اندازه باتری اصلی شده است.

آینده خودروهای الکتریکی

زمانی که تکنولوژی‌­های مختلف با هم ادغام می‌­شوند تحولات دیگری را به وجود می‌­آورند که باید به آن‌ها اشاره کرد. انرژی خورشیدی و بادی کنار جاده می‌­توانند توان لازم برای شارژ خودرو الکتریکی در تکنولوژی شارژ در جاده را فراهم کنند. جاده‌­ها می‌­توانند به صورت خود به خود و بدون چاله‌­ها و ترک‌­ها بهبود یابند. سیم‌­پیچ­‌هایی که برای شارژ القایی استفاده می‌­شوند می­‌توانند همان جاده را با آسفالت مخصوص بسازند. جاده­‌ها می‌­توانند با تکنولوژی خورشیدی جاده‌­ای انرژی تولید کنند.

شارژ هوشمند و V2G

تکنولوژی مهم بعدی در شارژ، شارژ هوشمند به خصوص از انرژی­‌های تجدید پذیر مثل انرژی خورشیدی و بادی و سیستم V2G است. شارژ هوشمند خودرو الکتریکی چه به صورت AC یا DC یا بی­‌سیم شامل کنترل قدرت شارژ به عنوان تابعی از زمان است. با کنترل قدرت شارژ مزایای زیادی در آینده خواهد داشت که عبارتند از : کاهش هزینه شارژ، شارژ بر اساس تولید انرژی تجدید پذیر، استفاده از خودرو به عنوان منبع ذخیره انرژی تجدید پذیر و پشتیبانی از شبکه با سیستم V2G و مدیدریت تقاضا و کاهش پیک مصرف و اتلاف در شبکه برق در کنار آن فراهم کردن سرویس‌­های کمکی به شکل کنترل­‌کننده­‌های ولتاژ و فرکانس شبکه.

آینده خودروهای الکتریکی

در نهایت فناوری که می‌­تواند حمل و نقل را تغییر دهد رانندگی با خودروهای خودران است. رانندگی خودکار با قابلیت‌­های محدود در حال حاضر ساخته شده است مثل خودروی تسلا. وسیله­های نقلیه خودران فرصت های زیادی را در آینده مثل حمل و نقل اشتراکی و در ارتباط با هم، جدا شدن شهرها از خودروها و پارکینگ‌­ها، کارایی بیشتر خودرو­ها، هزینه پایین‌­تر حمل و نقل و اتصال نقطه به نقطه با بازدهی بیشتر ایجاد می­‌کنند. ترکیبی از سنسورهای مختلف نظیر دوربین‌­ها، تشخیص نور، سنسورهای رادار، سنسورهای التراسونیک و GPS توسط خودروها به کار گرفته شده‌­اند تا خودرو محیط اطرافش را درک کند و از کامپیوتر on-board  برای حرکت خودرو استفاده شده است. انتظار می‌­رود که رانندگی خودران در پنج سطح توسعه یابد که از سطح یک شروع می‌­شود و آن زمانی است که خودرو می­‌تواند فرمان یا سرعت را تحت شرایط خاص کنترل کند تا سطح پنج که خودرو می­‌تواند به طور کاملا خودکار وسیله نقلیه را براند.

برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید

برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *