السيارة الكهربائية.. مم تتكون ولم ليس فيها ما يخرب
السيارات بمحركات كهربائية ظهرت عام 1841، قبل السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي. وقبل بداية القرن الـ20 كانت أكثر شعبية لكن بعدها خسرت المنافسة للبنزين والديزل. الآن يحصل العكس - تقنيات البطاريات والمحركات الكهربائية تطورت لدرجة أنه بتنبؤات الخبراء بحلول عام 2030 السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي ستتقادم كلياً وتفسح المجال للسيارات الكهربائية. لم تعد توجهاً على الموضة، بل واقع نعيشه. أناس أكثر ينتقلون للموديلات الكهربائية. لذلك علينا أن نعرف بدقة مم تتكون السيارة الكهربائية وما بداخلها ولم ليس فيها ما يخرب.
بنتائج عام 2022 تدخل السيارات الكهربائية في عداد السيارات الـ10 الأكثر شعبية في سوقنا. أما بنتائج عام 2023 زادت مبيعات السيارات الكهربائية الضعف.
مم تتكون السيارة الكهربائية
السيارات الكهربائية بالكامل أو السيارات العاملة بالبطاريات (BEV) بدلاً من محركات الاحتراق الداخلي تزود بمحرك كهربائي وبطارية لتغذيته. بما أن السيارة الكهربائية تعمل على الكهرباء لا تطلق الغازات العادمة وليس فيها التجهيزات التقليدية للوقود السائل مثل مضخة الوقود، أنابيب الوقود وخزان الوقود. أهم ما يميز السيارة الكهربائية الحقيقية ليس مأخذ الشحن، بل غياب أنبوب العادم.
ولو أن إنتاج الطاقة الكهربائية بحد ذاته يمكن أن يلوث الهواء، تصنف الوكالة الأوروبية لحماية البيئة السيارات الكهربائية كسيارات ذات انبعاثات صفرية، بما أنها لا تطلق أي انبعاثات بشكل مباشر.
البطارية ضرورية لحفظ الطاقة الكهربائية التي تغذي بدورها المحرك. لشحن البطارية يجب وصل السيارة بمصدر للطاقة باستخدام الشاحن - جهاز خاص لتغذية السيارات الكهربائية (EVSE).
أهم مواصفات السيارات الكهربائية
الاستطاعة. في المحرك الكهربائي خسائر الطاقة على الاحتكاك أقل بكثير، لا يتطلب نظام تزييت معقد ولا يتآكل. لذلك الكثير من السيارات الكهربائية اليوم يمكنها التفاخر بمحركات باستطاعة عدة مئات من الأحصنة وتتسارع أسرع من السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي.
المسافة المقطوعة بالشحنة الواحدة. تتعلق بسعة البطارية. وسطي المسافة المقطوعة للسيارات الكهربائية الحديثة بالشحنة الواحدة تبلغ 300-400 كم، ما يجعل استخدام السيارات الكهربائية بمسافة مقطوعة يومية 50-70 كم مريحاً. إلى الآن السيارات الكهربائية كمية الإنتاج التي تنتج اليوم لها مسافة مقطوعة أقل (بالشحنة الواحدة) مما هو في السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي (بخزان الوقود). مع تطور التقنيات يعد المهندسون مسافة مقطوعة 800-1000 كم، ما يقارن بمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية.
تختلف المسافة المقطوعة بشكل كبير حسب طريقة القيادة. درجات الحرارة المتطرفة للهواء الخارجي عادة تخفض من المسافة المقطوعة، بما أنه لتدفئة أو تبريد الصالون يتطلب استهلاك طاقة أكثر. السيارات الكهربائية أكثر فعالية عند الحركة في المدينة مما عند الحركة على الطرق السريعة. ظروف القيادة في المدينة تتطلب توقفات أكثر وهذا يزيد من مزايا الفرملة بإعادة توليد الطاقة، أما عند الحركة على الطريق السريع يتطلب طاقة أكثر للتغلب على مقاومة الهواء الأعلى عند السرعات العالية. التسارع السريع أيضاً يخفض من المسافة المقطوعة للسيارة الكهربائية.
سرعة شحن البطارية. تتعلق بسعة البطارية. كما تؤثر على سرعة الشحن قدرة البطاريات على "استقبال" الشحن بالتيار العالي والأهم من هذا البنى التحتية للشحن التي بإمكانها إعطاء التيار المطلوب. اليوم تحتاج السيارات الكهربائية للشحن بشكل كامل من المقبس المنزلي ليلة كاملة، لكن باستخدام محطة الشحن القوية بإمكان السيارة الكهربائية ببطارية حديثة تدعم الشحن السريع بالشحن حتى 80٪ خلال 40-45 دقيقة.
الأجزاء الرئيسية للسيارة الكهربائية
محرك الشد الكهربائي: باستخدامه لاستطاعة البطارية يحرك المحرك الكهربائي عجلات وسيلة النقل. عمل المحرك الكهربائي مبني على أن ناقل التيار الكهربائي الموضوع داخل حقل معناطيسي يتعرض لطاقة حركية التي تدور المحور على حساب التأثير الكهرومغناطيسي للجزء المتحرك مع الجزء الثابت. يمكن التوصل لذلك بطرق مختلفة، لذلك تختلف المحركات الكهربائية ببنيتها.
ناقل الحركة (الكهربائي): ينقل الاستطاعة الميكانيكية للمحرك الكهربائي للعجلات. لجميع المحركات الكهربائية عزم هائل من أولى دوراته ويمكن أن تتسارع لعدد كبير من الدورات وتغيير اتجاه الدوران. لذلك لا تتطلب السيارات الكهربائية لناقل سرعات معقد بالعديد من السرعات والمسننات كما هو الأمر في السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي. يكفي فقط مخفض حركة بسيط وموثوق (عادة على شكل ناقل حركة كوكبي)، الذي يتصل بالمحرك الكهربائي مباشرة. في السيارات السريعة والقوية يمكن أن يكمل بناقل سرعات بسرعتين الذي يسمح بجمع العزم الهائل بالسرعة القصوى.
بطارية الشد: تتدخر الطاقة الكهربائية ليستخدمها محرك الشد الكهربائي. أغلى جزء في السيارة الكهربائية وهو عبارة عن مجموعة من الخلايا القابلة للشحن والتي يتم التحكم بها من خلال دارات إلكترونية. تختلف البطاريات بسعاتها، توترها وشكلها لتتأقلم مع كل سيارة كهربائية على حدى. تختلف بالخلايا التي تستخدم في صناعتها تقنيات مختلفة. بطاريات النيكل هدريد المعدن تعتبر متقادمة، أما الأكثر شعبية اليوم هي خلايا الليثيوم. في المستقبل قد تظهر بطاريات من الجيل الجديد.
نظام التحكم بإلكترونيات الجهد العالي: وحدة التحكم بمسار الطاقة الكهربائية التي تعطيها البطارية، ليتم التحكم بسرعة دوران المحرك الكهربائي والعزم.
محول التيار المستمر (الإنفيرتر): يعد حلقة الوصل بين المحرك الكهربائي والبطارية. الغرض الرئيسي - تحويل التيار الكهربائي، إذ البطارية تعطي وتستقبل التيار المستمر، أما المحرك يعمل بالتيار المتناوب. يقوم الجهاز بتحويل استطاعة التيار المستمر عالي التوتر من وحدة البطارية لتيار شدته أعلى وتوتره أقل الضروري لعمل الأجهزة في السيارة وشحن البطارية المساعدة. كما بأمر من دواسات السيارة الكهربائية يتحكم بالتسارع الخطي أو إبطاء السيارة من خلال التحكم بالتيار الوارد من البطارية للمحرك وبالعكس (عند إعادة توليد الطاقة بالفرملة).
النظام الحراري (التبريد): النظام يؤمن النطاق المطلوب من درجات الحرارة المثلى لعمل المحرك الكهربائي، إلكترونيات الجهد العالي والأجزاء الأخرى. المحرك الكهربائي يسخن بدرجة أقل بكثير ولا يتطلب لنظام تبريد قوي. لكن في أي سيارة BEV هناك مبرد وأنابيب سائل التبريد الضرورية لعمل البطارية. إذ لضمان فعالية عملها يتطلب الأمر الحفاظ على نطاق محدود من درجات الحرارة، أما عند السحب العالي والانتقال الكثير بين دورات الشحن/التفريغ أو الشحن السريع بالتيار عالي الشدة تسخن البطارية بشدة. كما قد يحتاج المحول للتبريد والذي أيضاً يمر عبره تيار عالي الشدة. كما أن نظام التبريد الذي يعمل بوضع "مضخة الحرارة" (مثل مكيف الإنفيرتر في المباني)، قادر بأقل مصروف من الطاقة على تأمين درجات حرارة مريحة في الصالون.
البطارية (الإضافية): في السيارات الكهربائية بطارية مساعدة والتي تؤمن بالطاقة التجهيزات الإضافية. بطارية عادية بتوتر 12 فولت مطلوبة لعمل الإلكترونيات في السيارة والأضواء، مقوي المقود، المضخات وغيرها من التجهيزات المساعدة.
مأخذ الشحن: يسمح لوسيلة النقل بالاتصال بمصدر طاقة خارجي لشحن وحدة البطاريات.
الشاحن المدمج بالسيارة: يستقبل التيار المتناوب الداخل من مأخذ الشحن ويحوله لتيار مستمر لشحن البطارية. كما يتبادل المعلومات مع الشاحن ويراقب بيانات البطارية من توتر، درجة حرارة ونسبة الشحن. على السيارة أن تكون قادرة على استقبال الشحن من مختلف المصادر: من المقبس المنزلي حتى محطات الشحن فائقة الاستطاعة. والتي بدورها لها عدة أنواع: أوروبية، أمريكية، يابانية وصينية. لا يوجد بعد معيار عالمي موحد لمحطات الشحن إلى اليوم. يتعلق الوقت اللازم لشحن البطارية حسب طريقة الشحن.
الفرامل. نظرياً سيارات الـBEV يمكن أن تستغني عن الفرامل التقليدية على حساب المقاومة التي يتسبب بها المحرك الكهربائي في وضعية الشحن. لكن عملياً لكل السيارات الكهربائية ديسكات وفحمات فرامل، أنابيب هيدروليكية وزيت للفرامل وإلخ. بالمقابل بما أن الضغط عليها أقل، فإن الأجزاء الاستهلاكية في نظام الفرامل تهتلك بشكل أبطأ بكثير.
النتيجة
BEV عادة تكون أغلى من سيارات مشابهة تعمل بمحرك الاحتراق الداخلي، ولو أن بعض المصاريف يمكن أن يعوضها مالكوها على حساب انخفاض سعر الكهرباء، المساعدات والإعفاءات الضريبية على السيارات الكهربائية والحوافز والمساعدات الحكومية الأخرى.
بالمقابل السيارات الكهربائية أسهل بكثير من ناحية التخديم من السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي على حساب غياب غالبية الأجزاء الميكانيكية المتحركة. فعلياً لا يوجد فيها شيء يمكن أن يخرب. لا يجب استبدال الفلاتر، الشمعات، القشط وتخديم ناقل السرعات. السيارة الكهربائية تفرمل بالمحرك الكهربائي، بفضل هذا اهتلاك فحمات الفرامل أقل بـ4 مرات مما هو في السيارة التقليدية. لا داعي لمالك السيارة الكهربائية أن يقوم بالصيانة الدورية المكلفة بما أن الشيء الوحيد الذي يتطلب استبدالاً دورياً في السيارة الكهربائية هو الزيت في مخفض الحركة مرة كل 30 ألف كم تقريباً.
في السيارات الكهربائية الجزء الميكانيكي أبسط، عدد أقل من الأجزاء المتحركة والمحتكة، لا تتطلب زيت خاص للمحرك. تخديمها أسهل (وأرخص!) ولا تفقد من استطاعتها في المرتفعات. كما أن ضجيجها واهتزازها أقل بكثير. ومع هذا... في حال كنت تمتلك سيارة كهربائية مستعملة فغالباً سيكون عليك صيانة السيارة. تحدثنا هنا عن الأعطال النمطية الشائعة في السيارات الكهربائية.