تحليل تصنيف المركبات الكهربائية
والخصائص التقنية
السيارات الكهربائية هي مركبات تعمل بالبطاريات أو غيرها من مصادر الطاقة المتجددة، على عكس المركبات التقليدية ذات محركات الاحتراق الداخلي، التي تعتمد على خلايا الوقود أو المحركات الكهربائية لتوفير الطاقة. وفقًا للوضع الفني الحالي ومبادئ قيادة السيارة، يمكن تقسيم السيارات الكهربائية إلى ثلاثة أنواع: المركبات الكهربائية النقية (BEV)، والمركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود، والمركبات الكهربائية الهجينة (HEV).
1. السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV)
تتمتع السيارات الكهربائية النقية بمزايا انعدام الانبعاثات، والضوضاء المنخفضة، والبنية البسيطة، والتكنولوجيا الناضجة. إنها مركبات تعمل بالكامل بالبطاريات ويتم تشغيلها بواسطة المحركات. تأتي الطاقة الدافعة لمحركات السيارة من البطاريات القابلة لإعادة الشحن الموجودة على متن السيارة أو أجهزة تخزين الطاقة الأخرى (بما في ذلك بطاريات الطاقة). ، مكثف فائق، بطارية دولاب الموازنة، وما إلى ذلك).
تستخدم طاقة المركبات حاليًا بشكل أساسي بطاريات الطاقة، بما في ذلك بطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات النيكل والهيدروجين، وبطاريات النيكل والنحاس، وبطاريات كبريت الصوديوم، وبطاريات أيون الكارب، وبطاريات الزنك والهواء، وما إلى ذلك.
(1) مبدأ وتكوين نظام المركبات الكهربائية النقي
يتم تشغيل السيارات الكهربائية النقية عمومًا بواسطة المحركات. تأتي الطاقة الكهربائية الدافعة للمحركات الكهربائية من البطاريات القابلة لإعادة الشحن الموجودة على متن الطائرة أو أجهزة تخزين الطاقة الأخرى. تعمل الطاقة الموجودة على متن الطائرة على توفير الطاقة الكهربائية لمحرك القيادة من خلال جهاز تحويل الطاقة (وحدة التحكم في المحرك) ودفعه للعمل. يتم تشغيل محرك القيادة بواسطة جهاز النقل. تدور العجلات لتحريك السيارة.
تتكون المركبات الكهربائية النقية بشكل أساسي من نظام إمداد الطاقة ونظام القيادة الكهربائية والنظام المساعد والجسم والهيكل.
(2) أنواع المركبات الكهربائية البحتة
يتم استخدام بطارية واحدة كمصدر طاقة للسيارة: الطاقة المحددة والطاقة المحددة للبطارية منخفضة، ووزن وحجم مجموعة البطارية كبيران.
تركيب مصدر طاقة إضافي: يمكن أن يؤدي تركيب مصدر طاقة إضافي (مكثف فائق، مجموعة مولدات، طاقة شمسية، إلخ) على مركبة كهربائية نقية إلى تحسين أداء بدء تشغيل السيارة الكهربائية النقية وزيادة نطاق القيادة.
(3) مبدأ عمل المركبات الكهربائية النقية
تستخدم السيارات الكهربائية النقية طاقة البطارية لتشغيل المحرك الكهربائي لتحريك العجلات للأمام. مسار تدفق الطاقة هو: البطارية ← منظم الطاقة ← المحرك الكهربائي ← نظام نقل الطاقة ← عجلة القيادة. من بينها، توفر البطارية التيار، الذي يتم إخراجه إلى المحرك الكهربائي بعد المرور عبر منظم الطاقة. يوفر المحرك الكهربائي عزم الدوران، الذي يدفع العجلات من خلال جهاز النقل لتحقيق قيادة السيارة.
2. السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV)
بالمقارنة مع السيارات الكهربائية التقليدية، فإن عملية التفاعل الكيميائي لخلايا الوقود لا تنتج منتجات ضارة، ولها مزايا الكفاءة العالية، وعدم التلوث، والانبعاثات الصفرية، وعدم الضوضاء. تستخدم مركبات خلايا الوقود عادةً الهيدروجين والميثانول وما إلى ذلك كوقود، وتولد الطاقة الكهربائية من خلال التفاعلات الكيميائية لتشغيل المحرك. يتم نقل الطاقة الميكانيكية التي يولدها المحرك إلى عجلات القيادة من خلال جهاز نقل متغير السرعة، وبالتالي قيادة السيارة.
(1) الهيكل الأساسي لمركبات خلايا الوقود
تتكون مركبة خلايا الوقود (الهجينة الهيدروجينية الكهربائية) من مجموعة خلايا الوقود، ومحرك الجر الكهربائي، وDCDC، والنظام الحراري (التبريد)، وحزمة البطارية، ومنفذ الهدرجة. وهو يتألف من أنظمة فرعية مثل حشو الوقود، وخزان الوقود (الهيدروجين)، وناقل الحركة، ووحدة التحكم الإلكترونية في الطاقة، والبطارية المساعدة.
المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود والمركبات الكهربائية العادية لها في الأساس نفس هيكل المحرك الكهربائي. تتكون مركبات خلايا الوقود من أربع وحدات أساسية: نظام الطاقة، والهيكل، والنظام الإلكتروني للسيارات، والجسم. يوفر نظام الطاقة الطاقة للمركبة من خلال نظام خلايا الوقود والمحرك الكهربائي.
وفقًا لأشكال القيادة المختلفة، يمكن تقسيمها إلى محرك خلايا الوقود النقي ومحرك هجين؛
وفقًا لمصادر الطاقة المختلفة، يمكن تقسيمها إلى نوعين: الهيدروجين النقي المثبت على السيارة وإصلاح الوقود؛
وفقاً لنسبة الطاقة التي توفرها خلية الوقود إلى إجمالي الطاقة المطلوبة للمركبة، يمكن تقسيمها إلى نوعين: نوع الطاقة الهجين ونوع الطاقة الهجين.
(2) مبدأ عمل مركبات خلايا الوقود
يوفر قلب مركبة خلايا الوقود، أي مجموعة خلايا الوقود، حاوية تعمل على تسريع التفاعل الكهروكيميائي للهيدروجين والأكسجين، وتحويل الطاقة المنطلقة في التفاعل الكيميائي للهيدروجين والأكسجين إلى طاقة كهربائية. في السيارة التي تعمل بخلايا الوقود، تعمل مجموعة خلايا الوقود والبطارية معًا لتوفير الطاقة للمحرك، والذي بدوره يوفر الطاقة للمركبة ويقودها. بالنسبة للبطارية، فهي مصدر الطاقة نفسها. بالنسبة لمكدس خلايا الوقود، فإن مصدر الطاقة الخاص به هو الهيدروجين، وطريقة التخزين الشائعة الحالية هي استخدام صهاريج تخزين الهيدروجين عالية الضغط.
(3) تتغلب مركبات خلايا الوقود على الصعوبات
المحفز: يجب أن تستخدم خلايا الوقود محفزات التفاعل لتوليد الكهرباء، كما أن معدن البلاتين النادر الذي يتكون منه المحفز باهظ الثمن وله احتياطيات نادرة. ولذلك، فإن تطوير محفزات جديدة هو المفتاح للتأثير بشكل مباشر على تطوير السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود.
مصدر وتخزين الوقود: تتطلب خلايا الوقود الهيدروجيني الهيدروجين. الهيدروجين نفسه ليس لديه دعم للسلسلة الصناعية. إن التصنيع والنقل والتخزين والتزود بالوقود هي أمور غير مريحة ومكلفة وخطيرة للغاية. بالمقارنة مع مركبات الوقود والمركبات الكهربائية، فإن السيارات ومركبات خلايا الوقود الهيدروجينية أقل نضجًا.
3. السيارة الكهربائية الهجينة (HEV)
وفقًا لتوصيات اللجنة الفنية للمركبات الكهربائية التابعة للجنة الدولية للأنظمة الكهروميكانيكية، تشير المركبات الكهربائية الهجينة إلى المركبات التي تستخدم مصدرين أو أكثر من مصادر الطاقة المجمعة أو المحولات كطاقة قيادة، يمكن لاثنين منها على الأقل توفير الطاقة الكهربائية. تسمى السيارة الكهربائية الهجينة. عادة، تسمى النماذج التي تمزج بين محرك الاحتراق الداخلي وطاقة البطارية بالمركبات الكهربائية الهجينة، أي النماذج التي تستخدم الوقود التقليدي مع محرك كهربائي ومولد، ويعمل المحرك الكهربائي بمثابة الطاقة المساعدة للمحرك لتحسين السرعة المنخفضة انتاج الطاقة واستهلاك الوقود.
اعتمادًا على ما إذا كانت السيارة تحتاج إلى قابس شحن خارجي للشحن، يمكن تقسيم المركبات الكهربائية الهجينة إلى مركبات هجينة متصلة بالكهرباء ومركبات هجينة غير متصلة بالكهرباء. يمكن تقسيم المركبات الكهربائية الهجينة إلى مركبات هجينة متسلسلة ومتوازية وهجينة ومركبة وفقًا للخصائص الهيكلية لنظام الطاقة.
(1) سلسلة المركبات الكهربائية الهجينة (SHEV)
يتم تحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن محرك السيارة الكهربائية الهجينة (SHEV) أولاً إلى طاقة كهربائية من خلال المولد. يتم استخدام جزء من الطاقة الكهربائية المحولة لشحن البطارية، ويستخدم الجزء الآخر لدفع العجلات من خلال محرك القيادة وجهاز النقل.
هيكل سلسلة المركبات الهجينة بسيط، ويتكون نظام الطاقة الخاص بها من ثلاث وحدات طاقة فرعية: المحرك والمولد والمحرك الكهربائي.
مبدأ عمل السيارة الهجينة المتسلسلة: يقوم المحرك بتشغيل المولد لتوليد الكهرباء، ويتم نقل الطاقة الكهربائية إلى البطارية أو المحرك الكهربائي من خلال جهاز التحكم، ويقوم المحرك الكهربائي بتشغيل السيارة من خلال آلية النقل. وعندما يكون الحمل صغيراً، يقوم المحرك الكهربائي بدفع العجلات؛ وعندما يكون الحمل كبيرًا، يقوم المحرك بتشغيل المولد لتوليد الكهرباء وتشغيل المحرك.
(2) السيارة الكهربائية الهجينة المتوازية (PHEV)
يتم استخدام كل من محرك السيارة الكهربائية الهجينة المتوازية (PHEV) والمحرك الكهربائي لقيادة العجلات، ويتم توصيل قوتهما إلى العجلات بالتوازي. تختار السيارة مخرجي الطاقة هذين وفقًا لظروف العمل الحالية.
يقوم المحرك والمحرك الكهربائي عادة بدفع العجلات من خلال قوابض مختلفة، وهناك ثلاثة أوضاع تشغيل: المحرك وحده، ونظام الدفع الكهربائي وحده، ونظام الدفع الهجين بنظام المحرك + الكهربائي. عندما تكون الطاقة التي يوفرها المحرك أكبر من الطاقة الدافعة التي تحتاجها السيارة، أو عندما تقوم السيارة بالفرملة، يعمل نظام الدفع الكهربائي في حالة المولد لشحن البطارية.
ويمكن لمحرك السيارة الهجين الموازية أن يقود العجلات مباشرة من خلال آلية ناقل الحركة، وهو أقرب إلى نظام قيادة السيارة التقليدي. إن فقدان الكفاءة الميكانيكية يشبه فقدان المركبات العادية، ويتم استخدامه على نطاق واسع.
(3) المركبات الكهربائية الهجينة المتوازية المتسلسلة (SPHEV)
تجمع السيارة الكهربائية الهجينة (المتوازية والمتوازية) (SPHEV) بين نظام هجين متسلسل ونظام هجين متوازي، بهدف تعظيم مزايا كلا النظامين وإضافة قوة ميكانيكية مقارنة بمسار ناقل الحركة المتسلسل؛ بالمقارنة مع النوع الموازي، يتم زيادة مسار نقل الطاقة الكهربائية.
يحتوي النظام الهجين على محركين كهربائيين. اعتمادًا على ظروف القيادة، يمكن قيادة المحرك الكهربائي بمفرده أو يمكن قيادة المحرك الكهربائي + المحرك معًا. علاوة على ذلك، عند الحاجة، يمكن للنظام أيضًا توليد الكهرباء من خلال مولد أثناء قيادة العجلات.
