Πώς λειτουργούν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα; Ανακαλύψτε τα κύρια στοιχεία και τις λειτουργίες τους

Οι περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες προσπαθούν να κάνουν τα ηλεκτρικά οχήματά τους να φαίνονται συμβατικά, ώστε να μην αποξενώνουν τους παραδοσιακούς αγοραστές, αλλά τα EV λειτουργούν πολύ διαφορετικά σε σύγκριση με τα αυτοκίνητα εσωτερικής καύσης. Η πρόωσή τους βασίζεται σε εντελώς διαφορετικά συστήματα από αυτά ενός οχήματος που κινείται με υγρό καύσιμο.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μηχανικοί αυτοκινήτων συνήθως αρνούνται να εργαστούν σε ένα EV, εκτός εάν έχουν ειδική εκπαίδευση. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε τι κάνει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο και ποια είναι τα κύρια εξαρτήματά του, εάν θέλετε να αξιοποιήσετε στο έπακρο την εμπειρία ιδιοκτησίας EV.

Εδώ είναι τα κύρια εξαρτήματα και συστήματα που χρειάζεται ένα EV για να λειτουργήσει.

1. Πακέτο μπαταρίας

Το μεγαλύτερο, βαρύτερο και ακριβότερο εξάρτημα που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός EV είναι η μπαταρία του. Ο ρόλος του είναι να αποθηκεύει σημαντικές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας και επίσης να αντέχει σε επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης σε εξαιρετικά ποικίλες καιρικές συνθήκες. Σε ορισμένα EV, η μπαταρία λειτουργεί επίσης ως δομικό μέλος του πλαισίου του οχήματος.

Τα πακέτα μπαταριών EV αποτελούνται από εκατοντάδες μεμονωμένες κυψέλες συνδεδεμένες μεταξύ τους και ποικίλλουν σε μέγεθος από κάτω από 40 kWh σε μικρότερα οχήματα έως πάνω από 200 kWh σε ορισμένα ηλεκτρικά φορτηγά. Το GMC Hummer EV διαθέτει μία από τις μεγαλύτερες μπαταρίες του κλάδου, ένα πακέτο 205 kWh, το οποίο παρέχει ισχυρή αυτονομία 329 μιλίων. Στο άλλο άκρο της κλίμακας, έχουμε το Mini Cooper SE, του οποίου οι μικρές μπαταρίες 32 kWh μπορούν να κάνουν μόνο 114 μίλια με μία φόρτιση.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι οι κατασκευαστές αναφέρουν τόσο τη συνολική όσο και την καθαρή (χρησιμοποιήσιμη) χωρητικότητα της μπαταρίας, γι' αυτό μερικές φορές βλέπετε διαφορετικά χωρητικότητες που αναφέρονται για τα ίδια EV. Επιπλέον, δύο ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία ίδιας χωρητικότητας πιθανότατα δεν θα προσφέρουν την ίδια εμβέλεια αφού χρειάζεστε επίσης να συνυπολογίσει πόσο ελαφριά είναι τα οχήματα και πόση αντίσταση κύλισης έχουν, κάτι που τελικά μεταφράζεται σε πόσο αποτελεσματικά χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια.

2. Σύστημα παρακολούθησης μπαταρίας

Η μπαταρία ενός EV θα ήταν άχρηστη (και επικίνδυνη) χωρίς αυτό που είναι γνωστό ως σύστημα παρακολούθησης μπαταρίας ή BMS για συντομία. Εξυπηρετεί τον εξαιρετικά σημαντικό ρόλο της παρακολούθησης της μπαταρίας και της ρύθμισης της θερμοκρασίας, της τάσης και του ρεύματός της. Είναι επίσης το BMS που σας δίνει εκτιμήσεις εμβέλειας και κατάστασης φόρτισης, τις οποίες υπολογίζει με βάση το πόσο ρεύμα έχει απομείνει στην μπαταρία.

Το BMS παρακολουθεί επίσης την υγεία της μπαταρίας, τόσο ως σύνολο όσο και κάθε μεμονωμένη κυψέλη μπαταρίας. Οι πιο προχωρημένοι χρήστες EV μπορούν επίσης να έχουν πρόσβαση στα αρχεία καταγραφής BMS που παρακολουθούν την απόδοση της μπαταρίας και τα μοτίβα χρήσης. Αυτά μπορούν στη συνέχεια να αναλυθούν με μεγάλη λεπτομέρεια για να δούμε πώς λειτουργεί η μπαταρία και τι μπορεί να βελτιστοποιηθεί.

3. Σύστημα Θερμικής Διαχείρισης

Ένας άλλος σημαντικός ρόλος του BMS είναι ο έλεγχος του συστήματος θερμικής διαχείρισης του πακέτου μπαταριών. Αυτό ισχύει για όλα τα EV που μπορούν να ελέγξουν τη θερμοκρασία του πακέτου τους, η οποία περιλαμβάνει τα περισσότερα σύγχρονα EV. Οχήματα σαν τα πρώτα οι γενιές του Nissan Leaf και του BMW i3, καθώς και των Renault Zoe και Volkswagen e-Golf, ήρθαν όλες χωρίς θερμικό διαχείριση.

Η διαχείριση των θερμοκρασιών σε ένα EV λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως το σύστημα ψύξης του αυτοκινήτου σας. Βασίζεται σε ένα υγρό που αντλείται γύρω από το πακέτο μπαταριών μέσω μιας σειράς εύκαμπτων σωλήνων και καναλιών Ο στόχος είναι να αφαιρέσετε τη θερμότητα από αυτά τα ζωτικά συστατικά, ώστε να μπορούν να λειτουργούν καλύτερα και να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ΖΩΗ.

Ορισμένοι κατασκευαστές EV συνιστούν έλεγχο και αλλαγή ψυκτικού υγρού κάθε λίγα χρόνια, ενώ άλλοι (όπως η Tesla) λένε ότι πρόκειται για ένα πλήρως σφραγισμένο σύστημα που δεν χρειάζεται τακτική συντήρηση.

Οι αντλίες θερμότητας γίνονται επίσης ολοένα και πιο κοινές στα ηλεκτρικά οχήματα. Αυτά τα σημαντικά κομμάτια υλικού βοηθούν στη θέρμανση της καμπίνας όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά, χρησιμοποιώντας την υπολειπόμενη θερμότητα από τη μπαταρία και τον κινητήρα. Βοηθούν και στην ψύξη, καθώς η λειτουργία τους μπορεί να αντιστραφεί ώστε ουσιαστικά να λειτουργήσουν ως κλιματιστικές μονάδες.

4. Ηλεκτρικός κινητήρας

Το κομμάτι του υλικού που παρέχει στην πραγματικότητα πρόωση σε ένα EV είναι ο ηλεκτροκινητήρας του. Μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική που κινεί τους τροχούς.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτροκινητήρων, ο καθένας με τα δικά του πλεονεκτήματα και αδυναμίες, αλλά όλοι αποτελούνται από δύο κύρια μέρη που ονομάζονται ρότορας και στάτορας. Το πρώτο είναι ουσιαστικά το μόνο κινούμενο μέρος ενός ηλεκτροκινητήρα, ενώ το δεύτερο είναι ουσιαστικά το το περίβλημα του ρότορα και περιέχει κανάλια από τα οποία διοχετεύεται υγρό για να βοηθήσει τη μονάδα να χυθεί θερμότητα.

Πολλά EV τροφοδοτούνται από αυτό που είναι γνωστό ως κινητήρας συνεχούς ρεύματος, ο οποίος λειτουργεί με συνεχές ρεύμα και διατίθεται σε διαμορφώσεις με ψήκτρες και ψήκτρες, με το τελευταίο να είναι πολύ πιο συνηθισμένο. Αυτός ο τύπος κινητήρα είναι γνωστός για την υψηλή απόδοση ροπής και την αντοχή του, αλλά έχει επίσης μειονεκτήματα, όπως το μέγεθος, το βάρος και την αξιοπιστία (ειδικά στην περίπτωση των βουρτσισμένων κινητήρων).

Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι επίσης αρκετά διαδεδομένοι στα ηλεκτρικά οχήματα και έχουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Είναι μικρότεροι, απλούστεροι και ευκολότεροι στη συντήρηση, αλλά ταυτόχρονα, δεν μπορούν να ταιριάξουν με την ισχύ εξόδου ή την απόδοση των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, ειδικά αυτών που χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες.

Ορισμένα ηλεκτρικά οχήματα ανώτερης κατηγορίας χρησιμοποιούν επίσης τους γνωστούς Σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη (PMSM), οι οποίοι είναι καλύτεροι από άλλους τύπους επαγωγικών κινητήρων όσον αφορά την πυκνότητα ισχύος και την απόδοση. Το μεγαλύτερο μειονέκτημά τους είναι η πρόσθετη πολυπλοκότητα και το υψηλότερο κόστος.

5. Μετάδοση

Τα ηλεκτρικά οχήματα δεν χρειάζονται παραδοσιακό κιβώτιο ταχυτήτων. Η υψηλή απόδοση ροπής τους που παρέχεται σε πολύ χαμηλές σ.

Ωστόσο, δεδομένου ότι οι ηλεκτροκινητήρες έχουν παρόμοιες ταχύτητες περιστροφής (ή και υψηλότερες) σε σύγκριση με τα οχήματα ICE, εξακολουθούν να χρειάζονται μια ταχύτητα μείωσης για να τους βοηθήσει να επιτύχουν μια καλή ισορροπία μεταξύ επιτάχυνσης και κορυφής Ταχύτητα. Τα διαφορικά υπάρχουν στα EV και λειτουργούν το ίδιο όπως σε ένα όχημα ICE.

Τα μόνα σύγχρονα ηλεκτρικά ηλεκτρικά οχήματα παραγωγής που διαθέτουν πραγματικά κιβώτιο ταχυτήτων είναι τα Porsche Taycan και Audi E-Tron GT, τα οποία, για τους πίσω κινητήρες τους, διαθέτουν αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων δύο ταχυτήτων. Δεν είναι ξεκάθαρο εάν αυτή η λύση θα διατηρηθεί στο μέλλον, καθώς έχει αντιμετωπίσει κριτική ότι είναι μια περιττή υπερβολική επιπλοκή.

Άλλοι κατασκευαστές δεν έχουν ανακοινώσει σχέδια να εφαρμόσουν παρόμοιες λύσεις, αν και υπάρχουν εταιρείες όπως ειδικός αξόνων Dana Incorporated στις ΗΠΑ που πουλάει κιβώτιο ταχυτήτων δύο ταχυτήτων σχεδιασμένο να λειτουργεί με ηλεκτρικό μοτέρ.

6. Ενσωματωμένος φορτιστής

Όλα τα EV διαθέτουν κάποιου είδους φορτιστή, του οποίου η απόδοση συνήθως υπαγορεύει τον μέγιστο ρυθμό φόρτισης του οχήματος όταν χρησιμοποιείται φορτιστής AC (εναλλασσόμενο ρεύμα). Ο ρόλος του είναι επίσης να το μετατρέπει σε συνεχές ρεύμα, το οποίο στη συνέχεια ρυθμίζεται από το BMS.

Η ισχύς των ενσωματωμένων φορτιστών στα EV κυμαίνεται από 3,7 kW έως 22 kW και μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν εάν το ρεύμα που τους περνά είναι μονοφασικό ή τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα.

7. Αναγεννητικό σύστημα πέδησης

Δεδομένου ότι οι περισσότεροι τύποι ηλεκτροκινητήρων μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας, όλα τα ηλεκτρικά οχήματα διαθέτουν αυτό που είναι γνωστό ως αναγεννητικό σύστημα πέδησης. Αυτό βασίζεται αποκλειστικά στους κινητήρες τους, στους οποίους μπορούν να χρησιμοποιηθούν καθαρίστε την ταχύτητα και ξαναβάλτε το χυμό στη μπαταρία Την ίδια στιγμή.

Αυτό αυξάνει δραματικά το διάστημα αλλαγής τακακιών φρένων για πλήρως ηλεκτρικά και ορισμένα υβριδικά οχήματα. Επιτρέπει επίσης στα EV να προσφέρουν αυτό που είναι γνωστό ως οδήγηση με ένα πεντάλ, πράγμα που ουσιαστικά σημαίνει ότι ο οδηγός μπορεί να επιταχύνει και να φρενάρει το όχημα που χρησιμοποιεί μόνο το πεντάλ γκαζιού, αφού όταν σηκωθούν τελείως, το όχημα θα αρχίσει αυτόματα να επιβραδύνει μέσω του κινητήρα αντίσταση.

8. Μετατροπείς, Μετατροπείς και Ελεγκτές

Τα EV διαθέτουν επίσης ποικίλο αριθμό μετατροπέων, μετατροπέων και ελεγκτών. Όλα αυτά είναι ζωτικής σημασίας για τη σωστή λειτουργία του συστήματος μετάδοσης κίνησης, καθώς συμβάλλουν στη μεγιστοποίηση της ισχύος και της απόδοσης μέσω της βέλτιστης χρήσης του διαθέσιμου ρεύματος.

Οι μετατροπείς είναι υπεύθυνοι για τη μετατροπή DC σε AC, ενώ οι μετατροπείς έχουν το ρόλο της μετατροπής DC υψηλής τάσης που αντλείται από τη μπαταρία σε ρεύμα χαμηλότερης τάσης που χρειάζεται το όχημα για να λειτουργήσει διάφορα συστήματα. Οι ελεγκτές είναι ζωτικής σημασίας για τη διανομή ισχύος, καθώς βοηθούν στη διαχείριση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας από και προς τη μπαταρία. Είναι επίσης αυτό που καθιστά δυνατή την αναγεννητική πέδηση σε ένα EV.

Τα EV τροφοδοτούνται με πολύ διαφορετικό τρόπο

Τα ηλεκτρικά οχήματα μπορεί να έχουν λιγότερα κινούμενα μέρη σε σύγκριση με τα αυτοκίνητα εσωτερικής καύσης, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι πολύπλοκα κομμάτια μηχανικής. Το ακριβώς αντίθετο, στην πραγματικότητα, καθώς χρειάζονται μια σειρά συστημάτων για να συνεργαστούν προκειμένου να παρέχουν την ισχύ, την αποτελεσματικότητα, την εμβέλεια και την αξιοπιστία που απαιτούν οι καταναλωτές.

Οι καινοτομίες και οι εξελίξεις στην τεχνολογία EV είναι κοινές και είναι καλύτερο να έχουμε τουλάχιστον μια βασική κατανόηση του πώς λειτουργούν και τι ακριβώς βελτιώνεται. Αυτή η γνώση είναι επίσης σημαντική εάν είστε κάτοχος ενός EV και ενδιαφέρεστε να μάθετε πώς να το συντηρείτε σωστά και πώς αυτό διαφέρει από ένα όχημα ICE.