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
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
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.
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.
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.
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
