کد خبر: ۲۹۹۹۶

تاریخ انتشار: ۲۵ فروردين ۱۴۰۱ - ۰۹:۴۸-14 April 2022

نحوه عملکرد موتور خودروهای برقی و معرفی انواع آن

اکثر محصولاتی که امروزه در زندگی خود از آنها استفاده می‌کنیم به علت تکنولوژی و بهره‌گیری از باتری قابلیت شارژ دوباره را دارند. اما در ساختار خودروهای برقی علاوه بر باتری، یک موتور و یک مبدل یا اینورتور نیز وجود دارد.

در موتورهای الکتریکی برعکس خودروهای بنزینی یا دیزلی هیچ گونه ماده مایع، روغن، گریس و هر نوع سیال دیگر وجود ندارد و این موتورها بدون بهره گیری از هر گونه سیال خاصی این نیرو را تولید می‌کنند.

در موقع ترمز گیری موتور به عنوان ژنراتور عمل می‌کند. حال به شرح اینورتر یا مبدل می‌پردازیم. همان‌طور که از اسم این قطعه نیز مشخص است، نقش آن تبدیل جریان است. اینورتر دو وظیفه مهم در خودروهای برقی دارد که از مهم‌ترین آن می‌توان به کنترل فرکانس جریان متناوب و تقویت پالس اشاره کرد. همچنین مبدل در هنگام ترمزگیری نیز نقش مهمی دارد.

انواع مختلف موتورها در اتومبیل برقی

دو نوع موتور به‌صورت کلی در اتومبیل‌های برقی یافت می‌شود که شامل موتورهای با جریان مستقیم و جریان متناوب هستند. لازم به ذکر است که جریان مستقیم به جریانی اطلاق می‌شود که بار الکتریکی تنها در یک‌جهت جریان دارد اما جهت جریان در جریان متناوب معکوس می‌شود. موتورهایی که با جریان مستقیم کار می‌کنند محدود به موتورهایی با ابعاد کوچک‌اند که صرفاً در لوازمی مانند برف‌پاک‌کن‌ها و شیشه‌های برقی به کار گرفته می‌شود و درواقع موتورهای با جریان مستقیم جهت راه‌اندازی وسیله نقلیه کاربرد ندارند. جهت ایجاد نیروی محرکه در وسیله نقلیه از موتورهای با جریان متناوب استفاده می‌شود.

در زیر در مورد سه نوع موتور جریان متناوب که برای استفاده در خودروی برقی در نظر گرفته شده توضیحات بیشتری داده می‌شود.

۱- موتور‌های سنکرون یا مغناطیس دائم

در این نوع موتور دانسیته قدرت بالا است به دلیل کنترل جریان و میدان استاتور، گشتاور بیشتری می‌توان تولید کرد جاروبک وجود ندارد و در سرعت‌های بالا و محدوده وسیع سرعت قابل استفاده است.

۲- موتور‌های القائی سه فاز

ساخت موتور ساده است این موتور سبک، مقاوم، کم حجم، ارزان و دارای راندمان بالا می‌باشد و نیازی به جاروبک ندارد البته برای کنترل سرعت باید از سیستم کنترل پیچیده‌ای استفاده نمود و این سیستم قیمت بالایی خواهد داشت.

۳- موتور‌های شار محوری

اخیراً موتور‌های (Afm,Axial flux motor) یا موتور‌های شار محوری نیز ساخته شده اند که دارای دو مدل استفاده از موتور در داخل چرخ خودرو (whell motor) و یا موتور‌های با دو روتور و یک استاتور به صورتی که موتور به جای دیفرانسیل خودرو نصب می‌شود می‌باشند. البته دو موتور اخیر نیاز به فن آوری بالاتری برای ساخت و استفاده کردن داشته و قیمت بالاتری نیز دارند، ولی بازده و عملکرد آن‌ها بهتر از موتور‌های القائی و PMSM معمولی می‌باشد دور موتور حداقل ۳۰۰۰ تا ۳۸۰۰ دور می‌باشد.

انواع موتورهای AC در وسیله نقلیه

به‌طورکلی دو نوع موتوربرقی وجود دارد که با جریان متناوب کار می‌کنند و نیروی محرکه لازم جهت حرکت وسیله نقلیه را ایجاد می‌کنند. این دو موتور شامل آسنکرون یا ناهم‌زمان و سنکرون یا هم‌زمان است. هرکدام از این موتورها دارای ویژگی‌های مثبت و منفی خاصی هستند.

نحوه تولید انرژی موتوربرقی

پیش از آن‌که موتور ماشین برقی شما روشن شود و شروع به کار کند، برق مورد مصرف این موتور باید چندین مرحله مختلف را پشت سر بگذارد. موتور اتومبیل‌های برقی برق را به‌صورت متناوب استفاده می‌کنند اما برق مورداستفاده باتری این موتورها باید از نوع جریان مستقیم باشد. درنتیجه جهت تبدیل نوع جریان باید یک مبدل در داخل یا خارج از اتومبیل برقی وجود داشته باشد.

نوع برقی که از شبکه استفاده می‌شود، از نوع AC است. این جریان از شارژر داخلی اتومبیل شما به باتری منتقل می‌شود. اما ایستگاه‌های شارژ سریع که واقع در بزرگراه‌ها، پارکینگ‌ها و خیابان‌ها مستقر هستند به‌طور خودکار روند تبدیل جریان AC به DC را انجام می‌دهند و درنتیجه جریان AC بدون واسطه و مستقیماً به باتری می‌رسد. این موضوع سبب می‌شود تا سرعت بیشتری از پریزهای برق AC داشته باشند. البته فضای موردنیاز آن‌ها نیز بیشتر است.

حال پرسش اینجاست که جریان برق DC چگونه به جریان برق AC تبدیل می‌شود؟ این فرایند با بهره‌گیری از دستگاهی به نام اینورتر یا مبدل صورت می‌گیرد.

موتور داخل وسیله نقلیه برقی

موتور جزئی از یک سیستم بزرگ‌تر به اسم پیشرانه است. علاوه بر موتور، قطعه بسیار مهم دیگری نیز در واحد پیشرانه وجود دارد به نام کنترل‌کننده الکترونیکی قدرت که به‌طور اختصار PEC نامیده می‌شود. نقش این قطعه کنترل کردن منبع تغذیه موتور و شارژ باتری است. علاوه بر این موتور نیروی چرخش و سرعت چرخش را نیز کنترل می‌کند.

تولید یک موتوربرقی به تخصص و علم زیادی نیازمند است. به‌عنوان مثال مهندسین رنو جهت ساخت یک استاتور باید فرایند صاف کردن سیم مسی به طول 2 کیلومتر را به درون ورقی با ابعاد کوچک داشته باشند و این کار باید به نحوی صورت بگیرد که به سرامیک عایق آن‌ها هیچ آسیبی وارد نشود.

دوام موتورهای برقی

تخمین طول عمر موتورهای برقی بسیار دشوار است زیرا فاکتورهای زیادی در آن دخیل است. در بهترین حالت این موتورها می‌توانند طول عمری در حدود 15-20 سال داشته باشد. موتورهای برقی در برابر موتورهای احتراقی تعداد قطعه کمتری دارند بنابراین هزینه‌های این موتورها کمتر است و راحت می‌توان آن‌ها را تعمیر و یا نگهداری کرد.

خروجی یک ماشین برقی چیست؟

یک موضوع مهمی که لازم است در وسیله برقی بحث شود، انرژی مفید و راندمان آن است. خروجی مفید به معنای تفاوت بین انرژی ورودی و انرژی خروجی است. مقداری از انرژی ورودی به صورت گرما و اصطکاک تلف می‌شود. این موضوع به این معنی است که تمام انرژی باتری به موتور ماشین منتقل نمی‌شود.

دو فاکتور مهم یعنی حجم موتور و وات جریان ورودی در میزان خروجی ماشین برقی تأثیر دارد. برای مثال اتومبیل رنو زوئی با بهره‌گیری از یک موتور ۲۴۵ نیوتنی حدود ۱۰۰ کیلووات خروجی دارد.

نوع موتورهای برقی در خودروهای هیبریدی

دو نوع موتور در خودروهای هیبریدی موجود هستند که شامل موتور احتراق داخلی و موتور جریان نامتناوب است که از انرژی باتری استفاده می‌کند. هنگامی‌که در وسیله نقلیه هیبریدی ترمز گرفته می‌شود یا سرعت کاهش پیدا می‌کنند این باتری‌ها احیا می‌شود یا دوباره شارژ می‌شوند که این موارد بیشتر از طریق موتور احتراقی انجام می‌شود.

نحوه رانندگی با خودروهای برقی

راندن خودروهای برقی بسیار شبیه به خودروهای دیزلی است و حسی مشابه را دارد. به‌سادگی مود Drive را انتخاب می‌کنید و با بهره‌گیری از پدال گاز و ترمز وسیله نقلیه را کنترل می‌کنید. خودروهای هیبریدی تعویض دنده ندارند زیرا درواقع نیازی به این کار ندارد.

سرعت چرخش موتورهای برقی بسیار بالاست و تعداد دور آن‌ها حدود ۲۰ هزار است علاوه بر این از پرفورمنس بالایی نیز برخوردار است درنتیجه این موتورها به تعداد زیادی دنده نیاز ندارند و با یک دنده هم می‌توانند کار کنند اما در نوع این دنده‌ها باید دقت بالایی به خرج داد تا نسبت بین شتاب گیری و حداکثر سرعت مطلوب ایجاد شود.

نکاتی در هنگام خرید خودرو برقی

در هنگام خرید یک خودرو برقی باید به نکات خاصی دقت شود از جمله اینکه اگر می‌خواهید یک خودرو کارکرده را خریداری کنید حتماً باید باتری آن را بررسی کنید و از سلامت آن اطمینان پیدا کنید، زیرا تعویض باتری این خودروها می‌تواند بسیار پرهزینه باشد. هنگامی‌که باتری خودرو را کاملاً شارژ کردید باید به برد خودرو توجه کنید که در وضعیت خوب و ترجیحاً نزدیک به برد اعلامی باشد.

پیشنهاد ما این است که به دنبال خودرویی باشید که تاریخ گارانتی آن تمام نشده باشد. یک پیشنهاد دیگر می‌تواند خرید خودرویی باشد که با آپشن مدیریت لیزینگ باتری ارائه شود. بعضی از مدل‌های رنو ZE به همراه این آپشن به بازار عرضه می‌شوند. مدیریت لیزینگ باتری جهت کاهش قیمت خودروهای برقی و اطمینان خاطر از باتری ارائه شده است.

خودروهایی که به همراه این آپشن خریداری می‌شوند در هنگامی‌که سلامت باتری آن‌ها به زیر ۷۵ درصد سلامت اولیه برسد بدون هیچ‌گونه هزینه‌ای باتری آن‌ها عوض خواهد شد. البته لازم به ذکر است که جهت بهره‌مندی از این آپشن باید ماهانه هزینه‌ای معادل با ۵۰ پوند و حتی بیشتر را پرداخت کنید.

به‌صورت تئوری گفته می‌شود که عمر یک خودرو برقی بیشتر از خودرو دیزلی است زیرا قطعات کمتری دارد و نگهداری و تعمیر آن راحت است اما در عمل عکس این اتفاق رایج است. مهم‌ترین دلیل این امر این است که به‌مرور زمان از سلامت باتری کاسته می‌شود و به مدت کمتری شارژ دهی می‌کند. در واقع به‌طور معمول طول عمر باتری‌های خودروهای برقی بین ۶ الی ۱۰ سال است.

موتور‌های برقی در انواع مختلفی ساخته می‌شوند. موتور‌های الکتریکی دارای استاتور یا قسمت ساکن و روتور یا قسمت متحرک هستند موتور‌های الکتریکی فقط دارای یک قسمت متحرک هستند در حالیکه موتور‌های احتراقی قطعات متحرک زیادی دارند راندمان این موتور‌ها بالاست و اغلب بیش از ۹۰% است انواع موتور‌های الکتریکی را می‌توان در محدوده وسیع قدرت و در اندازه‌های مختلف و شکل‌های مختلف از نوع dc یا ac طراحی کرد.

موتور الکتریکی وسیله مکانیکی است که انرژی مکانیکی را به حرکت تبدیل می‌نماید و این حرکت می‌تواند برای تولید کار، کشیدن، هل دادن، بالا بردن، تکان دادن یا ایجاد نوسان بکار رود.

موتور الکتریکی از قوانین کلاسیک و مغناطیس استفاده می‌نماید هر کدام از انواع موتور‌ها دارای مشخصه‌های سرعت، گشتاور و مشخصه برقی خاص هستند و برای استفاده در خودرو برقی دارای مزایا و معایبی می‌باشند انواع موتور‌های برقی مناسب برای استفاده در خودرو برقی که به صورت انبوه تولید می‌شوند به طور اختصار معرفی می‌گردد.

موتور‌های الکتریکی جریان مستقیم

در این نوع موتور‌ها جریان اصلی از کویل‌های هسته عبور می‌نماید و باعث چرخش هسته و ایجاد گشتاور در آن می‌گردد استاتور شامل قطب‌های آهن ربایی است هسته شامل شافت اصلی موتور و چند کویل است هر یک از کویل‌ها به کویل بعدی متصل است و جریان در کل آن‌ها وجود دارد البته نوع اتصال کویل‌ها به یکدیگر خواص مختلفی ایجاد می‌نماید که انواع مختلف موتور‌های dc را به وجود می‌آورد.

۱- سری

۲- شانت: در این نوع موتور به علت وجود کوماتاتور متحرک جریان در آرمیچر مرتباً تغییر جهت می‌دهد.

۳- ترکیبی: که ترکیب نوع ۱ و ۲ می‌باشد.

۴- با مغناطیس دائم

۵- بدون جاروبک

۶- جامع

موتور‌های جریان مستقیم عموماً دارای مدار اینورتر ساده و ارزان با قابلیت بسیار بالا می‌باشند و سرعت موتور به راحتی قابل کنترل است وزن و حجم زیاد، قیمت بالا، پیچیدگی ساخت، هزینه تعمیر و نگهداری بالا، راندمان پائین و وجود جاروبک از معایب این موتور‌ها می‌باشد. در موتور‌ها بدون نگهداری بالا، راندمان پایین و وجود جاروبک از معایب این موتور‌ها می‌باشد. در نوع موتور بدون جاروبک که جاروبک وجود ندارد، کنترل سرعت براحتی انجام می‌شود و موتور دارای دانسیته قدرت بالا می‌باشد. این نوع موتور در سرعت‌های بالا کاربرد دارد حجم موتور کم و نویز نسبت به موتور‌های دیگر کمتر می‌باشد عیب این نوع پیچیده بودن ساخت موتور و قیمت بالای آن است.

موتور‌های الکتریکی جریان متناوب

جریان ac خصوصیات خوبی دارد از جمله می‌تواند در ولتاژ‌های بالا به راحتی انتقال یابد و با وجود ترانسفورماتور تبدیل مقدار ولتاژ نیز به راحتی انجام می‌شود به علت در دسترس بودن این نوع موتور برای خودرو برقی نیز بیشتر استفاده می‌گردد.

مهمترین و پراستفاده‌ترین موتور ac، موتور قفسه‌ای است در این نوع موتور که اساس آن مانند یک ترانسفورماتور متحرک است وجود جریان در سیم پیچ استاتور باعث القاء جریان در سیم پیچ هسته می‌شود بنابراین نیرو‌های حاصل از میدان جریان در هسته باعث چرخش آن و تولید گشتاور می‌شود.

مهمترین خصوصیات موتور القائی قفسه‌ای به شرح زیر است:

۱- هیچگونه جاروبک یا کوماتاتوری نیاز نمی‌باشد.

۲- دارای کمترین تعمیرات لازم است.

۳- مناسب باری کار در محیط‌های کثیف است.

۴- قابلیت اطمینان بالا دارد.

۵- راندمان بالا دارد.

۶- سختی و عمر بالا.

۷- هزینه، وزن، حجم و ممان اینرسی کم.

انواع موتور الکتریکی در خودرو‌های برقی

موتور‌های الکتریکی دارای استاتور یا قسمت ساکن و روتور یا قسمت متحرک هستند موتور‌های الکتریکی فقط دارای یک قسمت متحرک هستند در حالیکه موتور‌های احتراقی قطعات متحرک زیادی دارند راندمان این موتور‌ها بالاست و اغلب بیش از ۹۰% است انواع موتور‌های الکتریکی را می‌توان در محدوده وسیع قدرت و در اندازه‌های مختلف و شکل‌های مختلف از نوع dc یا ac طراحی کرد.