در این مقاله طرز کار، ساختار و تاریخچه، باتری خودروی الکتریکی یا خودروی برقی و همچنین تعاریف ایستگاه شارژ با زبانی ساده توضیح داده شده است.
نیسان لیف در بزرگراه
رنو Zoe
ب ام و i3 در حال شارژ در خیابان
تسلا مدل ۳
خودروی الکتریکی یا برقی
(به انگلیسی: Electric vehicle) به خودرویی گفته می‌شود که از باتری‌های قابل شارژ به عنوان منبع انرژی، و از موتور الکتریکی به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌کند.
اولین خودروی الکتریکی کاربردی
اولین خودروی برقی کاربردی،در دهه ۸۰ میلادی معرفی شدند. خودروهای برقی در اواخر قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰ متداول بودند تا این که تولید این‌گونه خودروها با پیشرفت در موتورهای احتراق داخلی و به خصوص استارت الکتریکی خودور و تولید انبوه خودروهای بنزینی ارزان، دچار افت شدید گردید. در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی با وقوع بحران انرژی مجدداً خودروی الکتریکی یا برقی مورد توجه قرار گرفت ولی این علاقه‌مندی سبب تولید انبوه و ایجاد بازار رقابتی نشد.
از سال ۲۰۰۸ میلادی با توجه به پیشرفت فناوری باتری‌ها، افزایش بیماری‌ها و مرگ‌های ناشی از آلودگی هوا، نگرانی‌ها در خصوص قیمت نفت و نیاز به کاهش گازهای گلخانه‌ای انقلابی اساسی در تولید خودروهای برقی ایجاد کرده است.
فروش اولین خودروی الکتریکی یا برقی تولید انبوه ساخته شده توسط خودروسازی‌های بزرگ با معرفی خودروی تمام برقی نیسان لیف و خودروی هیبریدی شارژ برقی شورلت ولت در اواخر دسامبر ۲۰۱۰ شروع شد. در دسامبر ۲۰۱۵ خودروهای برقی فروخته شده در سرتاسر جهان از مرز ۱ میلیون دستگاه عبور کرد، و در سپتامبر ۲۰۱۸ این عدد به ۴ میلیون دستگاه رسید.
از مزایای خودروی الکتریکی یا برقی نسبت به خودروی احتراقی می‌توان به کاهش قابل ملاحظه آلودگی هوای محلی، کاهش گازهای گلخانه‌ای و کاهش وابستگی به نفت (سوخت‌هاس فسیلی) اشاره کرد. تعداد زیادی از کشورها و دولت‌های مربوطه به منظور ترویج و گسترش بازار خودروهای برقی از انگیزاننده‌های دولتی برای خودروهای برقی استفاده می‌کنند. نتایج تحقیقی که توسط رویترز در ژانویه سال ۲۰۱۹ بر روی ۲۹ خودروساز بزرگ جهان انجام شده است نشان می‌دهد که خودروسازان قصد دارند در ۵ تا ۱۰ سال آینده میزان ۳۰۰ میلیارد دلار روی خودروهای برقی سرمایه‌گذاری کنند که ۴۵٪ از این مبلغ فقط متعلق به کشور چین است.
در مقایسه با خودروهای احتراق داخلی، خودروهای برقی کم صداتر هستند و هیچ گونه آلودگی خروجی از اگزوز ندارند.
خودروی الکتریکی را می‌توان در ایستگاه‌های شارژ متنوعی شارژ کرد
این ایستگاه‌های شارژ را می‌توان در مناطق عمومی و منازل مسکونی نصب کرد. خودروی تسلا مدل ۳ پرفروش‌ترین خودروی الکتریکی یا برقی جهان از ۲۰۱۸ تا ۲۰۱۹ بوده‌است و طبق تأیید سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا، حداکثر مسافت قابل طی با این خودرو با شارژ کامل ۵۰۰ کیلومتر می‌باشد.
تا دسامبر ۲۰۱۸، نزدیک به ۵٫۳ میلیون خودروی تمام برقی سبک و خودروی پلاگین هیبریدی (خودرویی که علاوه بر شارژ خارجی، موتور و ژنراتور داخلی دارد) در سراسر دنیا در حال استفاده بوده‌است. علیرغم گسترش سریع بازار جهانی خودروهای برقی، تا انتهای سال ۲۰۱۸ سهم خودروهای برقی، فقط ۱ از هر ۲۵۰ خودروی موجود در جاده‌ها بوده است.
اصطلاح شناسی
خودروی برقی (به انگلیسی:Electric car) گونه ای ازوسیله نقلیه برقی(بهانگلیسی:Electric vehicle (EV)) است. از عبارت «وسیله نقلیه برقی» برای وسایل نقلیه ای استفاده می‌شود که نیروی پیشرانه خود را از برق تأمین می‌کند در حالیکه عبارت «خودروی الکتریکی یا خودروی برقی» فقط برای خودروهایی استفاده می‌شود که توانایی و امکان حرکت در بزرگراه را داشته باشد.
خودروی برقی که از سلول خورشیدی برای تأمین برق خود استفاده می‌کندخودروی خورشیدی و خودرویی که برای تأمین برق از ژنراتور بنزینی استفاده می‌کندخودروی پلاگین هیبریدی نامیده می‌شود. خودرویی که فقط از باتری همراه برای تأمین برق مورد نیاز خود استفاده می‌کندخودروی تمام برقی یا به اختصار EVنامیده می‌شود. معمولاً منظور از خودروی برقی، خودروی تمام برقی است.
تاریخچه
توماس پارکر سال ۱۸۸۴
باتری‌های قابل شارژی که ذخیره‌سازی برق را در خودروی الکتریکی امکان‌پذیر کند در سال ۱۸۵۹ میلادی و توسط یک فیزیک‌دان فرانسوی به نام گاستون پلانته اختراع شد. این باتری‌ها باتری سربی-اسیدی نام گرفتند.
اولین خودروی برقی را توماس پارکر یک مهندس اهل لندن در سال ۱۸۸۴ میلادی ساخت. پارکر که نگران آلودگی شهر لندن و نیز علاقه‌مند به ساخت خودروهایی با مصرف کارآمدتر سوخت بود در نهایت توانست یک خودروی برقی قابل استفاده تولید کند.
دوره طلایی
در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم میلادی خودروی برقی به واسطه ترجیح استفاده از انرژی الکتریکی به عنوان نیروی محرکه و عملکرد بهتر، پرطرفدار بود. در سال ۱۹۰۰ میلادی، ۴۰٪ خودروها در آمریکا با بخار، ۳۸٪ با برق و ۲۲٪ با بنزین کار می‌کردند.
ساختار یک وسیله نقلیه برقی
اتوبوس برقی باتری دار Solaris Urbino 12 electric، در جایگاه شارژ القایی. در ایستگاه‌های شارژ القایی یا بی‌سیم باتری از راه دور و بدون نیاز به اتصال سیمی، شارژ می‌شود.
قوای محرک یک وسیله نقلیه الکتریکی شامل سه زیر مجموعه اصلی است:
نیروی محرکه الکتریکی، منبع انرژی و کمک دهنده که این سه زیر مجموعه، خود دارای زیر مجموعه‌هایی هستند.
بسته به ورودی‌هایی که از طریق پدال‌های گاز و ترمز اعمال می‌شوند، کنترل‌کننده وسیله نقلیه، سیگنال کنترل مناسبی را به مبدل الکترونیکی قدرت ارسال می‌کند که وظیفه مبدل الکترونیکی قدرت، تنظیم توان جاری شده بین موتورالکتریکی و منبع انرژی می‌باشد. جریان توان برگشت، به دلیل احیای ترمز وسیله نقلیه الکتریکی رخ می‌دهد. این انرژی بازیافت شده می‌تواند در منبع انرژی ذخیره شود زیرا منبع انرژی قابلیت پذیرش این انرژی را دارد. اکثر باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی همچون ابرخازن‌ها و فلای‌ویل‌ها، به آسانی توانایی پذیرش انرژی بازیافت شده را دارند. واحد مدیریت انرژی با کنترل‌کننده وسیله نقلیه همکاری می‌کند تا احیای ترمز و انرژی بدست آمده از طریق آن را کنترل کند. این بخش همچنین با واحد سوخت‌گیری در ارتباط است تا آن را کنترل کند و میزان قابلیت استفاده از منبع انرژی را به تصویر بکشد. منبع توان کمکی، توان مورد نیاز با سطوح ولتاژهای مختلف را برای همه بخش‌های کمکی وسیله نقلیه الکتریکی تأمین می‌کند، مخصوصاً برای واحدهای کنترل‌کننده شرایط هوا و توان فرمان.
باتری‌ها
کانکتور SAE J۱۷۷۲–۲۰۰۹
کویر نمک سالار دو ییونی در بولیوی یکی از بزرگترین ذخایر لیتیوم شناخته شده در جهان است.
در فناوری خودروهای برقی، باتری یکی از نقش‌های مهم را بر عهده دارد. عواملی چون ظرفیت باتری، عملکرد باتری، دوام باتری، طول عمر، چگالی انرژی، چگالی توان، حساسیت نسبت به دما، زمان شارژ و قیمت، از شاخصه‌های مهم انتخاب باتری می‌باشند.
باتری بسیاری از خودروهای برقی، که امروزه تولید می‌شوند از نوع لیتیوم یونی هستند. اگرچه باتری‌های لیتیومی اغلب به خاطر ظرفیت زیاد و چگالی انرژی مناسب، مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی عمر مفید و دوام آن‌ها محدود است و این مسئله از عمده عواملی است که هزینه‌های ساخت و تولید خودروی برقی را بالا برده‌است. تحقیقات برای استفاده از ترکیبات دیگری از لیتیوم مانند فسفات‌آهن-لیتیوم و لیتیوم-تیتانات برای حل مشکل دوام و عمر باتری‌ها در جریان است.
انواع دیگر باتری‌های مورد استفاده در خودروهای برقی عبارتند از:
- باتری اسیدیکه هنوز در بسیاری از مدل‌های خودروی برقی استفاده می‌شود. هزینه‌های اولیه کمتری نسبت به بقیه باتری‌ها دارد و افزایش توان خروجی با اضافه کردن تعداد باتری‌ها به سادگی قابل انجام است.
- باتری نیکل–کادمیم
- باتری نیکل– هیدرید فلز
- باتری نیکل-آهن
استفاده از چندین نوع باتری در یک خودروی الکتریکی یا خودروی برقی، نیز در حال تحقیق و بررسی است. مانند:
- باتری روی-هوا
- باتری آلومینیوم – هوا
- باتری نمک مذاب
- باتری روی-برم
- باتری اکسایش‌کاهش وانادیم
شارژ خودروی الکتریکی
افزایش تعداد خودروی الکتریکی یا خودروی برقی، اگرچه کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی را به دنبال خواهد داشت ولی شارژ خودروهای برقی می‌تواند یکی از معضلات پیش روی صنعت برق باشد. از سویی شرکت‌های توزیع و بهره برداران شبکه باید در خصوص تحویل توان درخواستی به صاحبان خودروهای برقی زیرساخت‌های خود را تقویت و به روز کنند و از طرف دیگر رفتار تصادفی و ناهماهنگ مالکان خودرو برای شارژ باتری می‌تواند شبکه توزیع را دچار مشکلاتی چون افزایش پیک مصرف، نوسانات ولتاژ و افزایش تلفات نماید.
استاندارد شارژر در آمریکا
| نوع | تعریف | مشخصات | نوع اتصال |
| نوع اول | جربان متناوب مستقیماً به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است. | ۱۲۰ ولت جریان‌متناوب، ۱۶آمپر(=۱٫۹۲کیلووات) | SAE J1772 , NEMA 5-15 |
| نوع دوم | جربان متناوب مستقیماً به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است. ۲۴۰–۲۸۰ ولت تک فاز. بیشینه جریان ۳۲آمپر، با کلیدی با قدرت قطع ۴۰آمپر | ۲۰۸–۲۴۰ ولت؛ ۱۲–۸۰ آمپر(= ۲٫۵–۱۹٫۲ کیلووات) | SAE J1772 , IEC 62196 , Magne Charge, Avcon, IEC 60309 IEC 62198-2 |
| نوع سوم | جریان مستقیم از شارژر خارج خودرو. حداقل توان مورد نیاز نیست ولی حداکثر جریان ۴۰۰آمپر و توان ۲۴۰کیلووات می‌باشد | ولتاژ بالا ۳۰۰–۶۰۰ ولت جریان مستقیم، جریان بالا (صدها آمپر) | Magne Charge CHAdeMO, SAE J1772 , IEC 62196 |
مسائل اقتصادی
دولت‌ها و کشورهای زیادی قوانینی تشویقی برای کاهش هزینه خرید خودروی الکتریکی یا خودروی برقی ایجاد کرده‌اند.
تولیدکنندگان در هنگام طراحی دریافته‌اند که برای تولید با حجم کم، ایجاد تغییرات در پلتفرم‌های موجود برایشان ارزان‌تر خواهد بود اما برای تولید انبوه طراحی و ساخت یک پلتفرم مخصوص باعث بهینه‌تر شدن و ارزان‌تر شدن محصول نهایی خواهد شد.
هزینه نگهداری
بر اساس تحقیقی که در سال ۲۰۱۸ در ایالات متحده انجام شده‌است، هزینه متوسط استفاده از یک خودروی برقی در سال برابر ۴۸۵ دلار می‌باشد در حالیکه هزینه استفاده از یک خودروی بنزینی ۱۱۱۷ دلار در سال است.
خودروی الکتریکی در ایران
طبق گزارشی از خبرگزاری دویچه وله آلمان، تا کنون چند خودروی الکتریکی یا خودروی برقی تحقیقاتی در ایران ساخته شده‌اند. در دی ماه سال ۱۳۹۶ از خودرویی تحت عنوان ساینای برقی رونمایی شد و قرار بود اولین خودرو تولید انبوه برقی ایران باشد. اتفاقی که البته تاکنون رخ نداده‌است و این خودرو در حد یک نمونه باقی مانده است. قیمت ساینای برقی در سال ۱۳۹۶ که پراید ۲۰ میلیون تومان بود، ۷۰ میلیون تومان اعلام شده بود ولی پس از افزایش شدید قیمت خودرو در ایران، قیمت جدیدی برای این خودرو مشخص نشده است. با وجود قیمت گران‌تر نسبت به مشابه بنزینی، به‌نظر می‌رسد در صورت تولید ساینای برقی، مردم نیاز به مشوق‌هایی برای خرید این خودرو داشته باشند. از طرفی زیر ساخت شارژ سریع برای این خودرو در شهرهای ایران وجود ندارد.
جدول مقایسه برخی خودروهای الکتریکی (برقی)
| نام | موارد مورد توجه | سال تولید | تعداد تولید | حداکثر سرعت (کیلومتر بر ساعت) | قیمت | برد |
| Baker Electric | اولین خودروی برقی تولید شده | ۱۸۹۹–۱۹۱۵ | ۵۰۰۰ | ۲۲ | ۲۳۰۰ دلار آمریکا | ۵۰ |
| Detroit Electric | بیشتر به خانم‌ها و پزشکان فروخته شده‌است. | ۱۹۰۷–۱۹۳۹ | ۵۰۰۰ | ۳۲ | بیشتر از ۳۰۰۰ دلار آمریکا | ۸۰ |
| Henney Kilowatt | اولین خودروی برقی پایه-ترانزیستوری، به همراه ترمزهای هیدرولیکی پیشرفته | ۱۹۵۸–۱۹۶۰ | ۱۰۰ | ۹۷ | ||
| جنرال موتورز ای‌وی-۱ | فقط اجاره، موارد برگشتی به جنرال موتورز اکثراً خراب بودند | ۱۹۹۶–۲۰۰۳ | ۲۰۰۰ | ۱۲۹ | ۴۰٫۰۰۰ دلار آمریکا | ۱۵۰مایل (معادل ۲۴۰ کیلومتر) (Gen II ۱۹۹۹ NiMH) |
| هوندا EV Plus | اولین خودروی برقی باتری‌دار از یک تولیدکننده خودروی معتبر بدون باتری‌های اسیدی. باتری‌های ۱۲ ولت NiMH | ۱۹۹۷–۱۹۹۹ | ۳۵۰ | ۱۲۹ | ۴۵۵ دلار آمریکا در ماه برای ۳ سال؛ ۵۳.۰۰۰ دلار بدون ارزش افزوده | ۸۰–۱۱۰ مایل (معدل ۱۳-۱۸۰ کیلومتر) |
| تویوتاRAV4 EV | چند مدل از آن در سواحل شرقی و غربی آمریکا به فروش رفته است. | ۱۹۹۷–۲۰۰۲ | ۱۲۴۹ | ۲۰۰ | ۴۰.۰۰۰ دلار خرید نقدی | ۸۰–۱۲۰ مایل (معادل ۱۳۰-۱۹۰ کیلومتر) |
| فورد رنجر ای‌وی | برخی فروخته شد، ولی بیشتر آن‌ها اجاره داده شده است؛ تقریبا تمام مدل‌ها توسط فورد جمع‌آوری شده و اغلب از بین رفته است. | ۱۹۹۸–۲۰۰۲ | ۱۵۰۰ | ۵۰.۰۰۰ دلار آمریکا | ||
| نیسان آلترا ای وی | استیشن واگن با سایزی متوسط که به عنوان اولین خودروی برقی که از باتری لیتیوم یونی که عمر مصرفی ۱۰۰.۰۰۰ دارند، استفاده کرده است. | ۱۹۹۸–۲۰۰۰ | ۱۴۰ | ۱۲۱ | ۴۷۰دلار آمریکا در ماه کرایه | ۱۲۰ |
| Think City | نسل آینده خودرو طراحی شده برای پاییز۲۰۰۷ دارای دو مجموعه باتری نیکل–کادمیم | ۱۹۹۹–۲۰۰۲ | ۱۰۰۵ | ۱۴۵ | ۱۹۹.۰۰۰ کرون نروژ | ۸۵ |
| روا | خودرو شهری ساخت هند | ۲۰۰۱ | ۲۰۰۰ | ۷۲ | ۸.۰۰۰ پوند | |
| ZAP Xebra | سدان و وانت چینی | ۲۰۰۶ | ۲۰۰ | ۶۴ | ۱.۵۰۰ دلار آمریکا | |
| Modec | وانت‌ها و ون‌های ساخت بریتانیا. | ۲۰۰۷ | ۱۰۰ | |||
| Cleanova | ون‌های ارسال محموله ساخت فرانسه | ۷۰۰۰ | ||||
| تسلا رودستر | ۲۰۰۸- | ۱ | ۲۰۹ | قیمت پایه‌ای ۹۲.۰۰۰ دلار آمریکا | ۲۲۰ | |
| Aptera Typ-1e | ۲۰۰۹- | ۱۵۳ | ۲۷.۰۰۰ دلار آمریکا | ۱۲۰ | ||
| فیسکر | PHEV-50 | ۲۰۱۱- | ۲۰۰ | ۹۰.۰۰۰ دلار آمریکا | ۵۰ | |
| تسلا موتورز | تسلا مدل اس | ۲۰۱۲–۲۰۱۳ | ۲۰۹ | ۶۲.۵۰۰ دلار آمریکا |
بدون دیدگاه