للوهلة الأولى، تبدو السيارات الكهربائية مثل السيارات العادية حيث تتشابه في التصميم الخارجي، وأيضًا يعتمد كلاهما على نفس مبادئ الكينماتيكا والميكانيكا وقوانين الفيزياء، ولكن من الداخل، الأمر مختلف تمامًا، حيث تعتمد السيارة الكهربائية على الكهرباء مصدرًا للطاقة مقارنة بالسيارات التقليدية التي تعمل بمحرك الاحتراق الذي يعتمد على الوقود الأحفوري، وبما أن السيارات الكهربائية ما تزال تجربة جديدة على الطرقات، لنتعرف خلال السطور التالية على كيف تعمل السيارات الكهربائية؟ وما مكوناتها وأنواعها؟ بالإضافة إلى أهم الفروقات بين السيارات الكهربائية والتقليدية.
كيف تعمل السيارات الكهربائية؟
تعمل السيارات الكهربائية من خلال الكهرباء التي توفرها البطاريات القابلة لإعادة الشحن. وعلى عكس السيارات التقليدية التي تعمل بمحرك احتراق داخلي، فإن السيارة الكهربائية تستخدم ناقل حركة ذو سرعة واحدة لأن محركها الكهربائي يمكنه توفير أقصى عزم دوران بسرعات منخفضة.
يتم تشغيل السيارات الكهربائية عن طريق تخزين الطاقة من الشبكة الكهربائية في البطاريات، ثم نقل تلك الطاقة عبر جهاز تحكم إلى المحرك (أو عدة محركات) الذي يعمل على تشغيل العجلات لتحريك السيارة. حيث تستخدم السيارات الكهربائية الطاقة المخزنة في البطاريات لتشغيل المحركات الكهربائية. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا، والعكس صحيح. يعمل المحرك الكهربائي عن طريق تمرير التيار عبر ملف من الأسلاك لتدوير المغناطيس، وينتج المولد (مثل الموجود في السيارة التقليدية) الكهرباء عن طريق تدوير المغناطيس داخل الملف. ولهذا السبب تستطيع السيارات الكهربائية استعادة الطاقة لشحن بطارياتها.
ولأن المحركات لا تستطيع توليد ما يكفي من الكهرباء لإعادة شحن النظام بالكامل، تحتاج السيارات الكهربائية إلى مصدر طاقة آخر من أجل شحن بطاريتها مرة أخرى. وعلى غرار محطات الوقود الخاصة بالسيارات العادية، توجد محطات مخصصة لشحن السيارات الكهربائية كما يمكن شحن السيارة في المنزل عبر قابس كهربائي ولكن قد يستغرق الأمر وقتًا طويلًا (من 8 إلى 12 ساعة حسب سعة البطارية).
ما هي مكونات السيارة الكهربائية؟
على عكس السيارات التي تعمل بالنفط أو الغاز، لا تحتاج السيارات الكهربائية (EVs) إلى محرك احتراق داخلي لتشغيلها. تتحرك المركبات الكهربائية من خلال بمحرك كهربائي وحزمة بطارية قابلة لإعادة الشحن دون الحاجة إلى حرق البنزين أو إنتاج انبعاثات عوادم ضارة، ولنلقِ نظرة سريعة ونتعرف على مكونات السيارة الكهربائية، ويجب أن تكون على دراية بأن هناك سبع مكونات رئيسية تعمل بشكل متناغم كالتالي:
- البطارية: تخزن الكهرباء اللازمة من أجل تشغيل السيارة.
- المحرك الكهربائي: يستخدم الكهرباء الصادرة من البطارية لتحريك العجلات.
- نظام الدفع (ناقل الحركة): ينقل ناقل الحركة أحادي السرعة في السيارة الكهربائية الطاقة الميكانيكية من المحرك إلى العجلات ومن ثم تحريك السيارة.
- منفذ الشحن: يسمح بتوصيل السيارة بمصدر كهرباء خارجي لإعادة شحن البطارية.
- الشاحن: يحول كهرباء التيار المتردد القادمة من منفذ الشحن إلى طاقة التيار المباشر لشحن البطارية. كما أنه يتحقق من حالة البطارية وحالة الشحن.
- نظام التبريد: وظيفته الأساسية هي الحفاظ على الأجزاء الداخلية للسيارة الكهربائية في نطاق درجة حرارة التشغيل المناسبة.
- متحكم الطاقة الإلكتروني: تتحكم تلك الوحدة في سرعة المحرك وعزم الدوران كما تدير عملية تدفق الطاقة الكهربائية من البطارية إلى المحرك.
الفرق بين السيارات الكهربائية والتقليدية
تعتمد السيارات الكهربائية بشكل كامل على الكهرباء المخزنة في البطارية لتشغيل نظام الدفع والعجلات، على عكس السيارات التقليدية ذات محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالوقود الأحفوري (البنزين والسولار والإيثانول). عندما ينفد الوقود منها، كل ما يجب فعله هو التوقف عند محطة وقود لملء الخزان. وفي المقابل، يمكن شحن بطارية السيارات الكهربائية باستخدام مصدر كهربائي خارجي.
ويمكن للمحرك الكهربائي تقديم أقصى عزم دوران بسرعة منخفضة، ولهذا فإن السيارات الكهربائية تستخدم ناقل حركة ذو سرعة واحدة، في حين تستخدم السيارات التقليدية العديد من التروس للحفاظ على كفاءة وسرعة المحرك.
علاوة على ذلك، يتمتع البنزين، وهو الوقود الأكثر شيوعًا لمحركات الاحتراق الداخلي ICE، بكثافة طاقة أعلى بكثير من بطاريات السيارات الكهربائية الحالية. وهذا يعني أن حزمة البطارية يجب أن تكون أكبر وأثقل بكثير من خزان البنزين لتوفير كمية مكافئة من الطاقة. لكن، تعتبر محركات الاحتراق الداخلي أقل كفاءة بكثير من المحركات الكهربائية. حيث يتم فقدان غالبية الطاقة التي تُنتجها عند حرق الوقود ويتم استخدام حوالي ربع الطاقة في البنزين فقط لتحريك السيارة. وبالمقارنة، تبلغ كفاءة السيارات الكهربائية نحو 90%.
أيضًا، لا يستطيع محرك الاحتراق الداخلي استعادة الطاقة ولا يمكنك التخلص من حرق البنزين. ولكن يمكن للمحركات الكهربائية أيضًا أن تعمل كمولدات، مما يعني أنها تستطيع استعادة الطاقة مرة أخرى إلى البطاريات أثناء إبطاء السيارة. وهذا جزء مما يجعلها فعالة للغاية. ولهذا السبب أيضًا توفر السيارات الهجينة مكاسب كبيرة في الكفاءة نظرًا لأنها تستطيع استعادة بعض الطاقة التي ينتجها محرك البنزين على شكل كهرباء.
ما هي أنواع السيارات الكهربائية؟
بات هناك العديد من الأنواع المختلفة بالنسبة إلى السيارات الكهربائية والتي تعمل بشكل مختلف وتوفر مميزات وفوائد متعددة عن الأخرى وإليك الأنواع الأكثر شيوعًا في السيارات الكهربائية:
-
السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV)
بينما تُعرف السيارة الكهربائية بـ EV، يُطلق على السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية بـ (BEV) وهي نوع من المركبات الكهربائية التي يتم تشغيلها فقط من خلال حزمة بطارية. لا تستخدم السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية أي مصدر آخر للطاقة سواء محركات الاحتراق الداخلي أو البنزين لتشغيلها، فقط تعتمد على البطارية، لذا فهي لا تنتج انبعاثات ضارة من أنبوب العادم.
-
السيارات الكهربائية الهجينة (HEV)
السيارة الكهربائية الهجينة (HEV) هي مركبة منخفضة الانبعاثات تستخدم حزمة بطارية صغيرة لمساعدة محرك الاحتراق الداخلي. تستمد هذه المركبات معظم طاقتها من البنزين ولا يمكن توصيلها بالكهرباء للشحن. وبدلًا من ذلك، يتم شحن البطاريات الخاصة بها من خلال الكبح المتجدد واستخدام مولد متصل بمحرك البنزين. على الرغم من أن السيارات الكهربائية الهجينة لا يمكنها العمل بالطاقة الكهربائية فقط، إلا أنها تزيد من الاقتصاد في استهلاك الوقود إلى الحد الأقصى من خلال السماح باستخدام محرك بنزين عالي الكفاءة ومنخفض الطاقة وتشغيل هذا المحرك بطريقة أكثر كفاءة وتشغيله عند الضرورة فقط.
السيارة الكهربائية (HEV) تُسمى هجينة لأنها ليست كهربائية بالكامل ويكون لديها مصدران للطاقة، أحدهما محرك كهربائي والآخر محرك احتراق داخلي يعمل بالنفط، وتتميز تلك الفئة HEV من السيارات الكهربائية بأنها تُنتج انبعاثات منخفضة حيث تستخدم حزمة بطارية صغيرة لمساعدة محرك الاحتراق الداخلي وتستمد معظم طاقتها من البنزين، ولا يمكن توصيلها بالكهرباء للشحن. وبدلاً من ذلك، يتم شحن البطاريات الخاصة بها من خلال أنظمة الكبح المتجدد واستخدام مولد متصل بمحرك البنزين.
-
السيارات الهجينة القابلة للشحن (PHEV)
تتميز السيارة الهجينة (PHEV) بمحرك كهربائي ومحرك احتراق داخلي، مما يعني أنها تتطلب شحن بطاريتها بالكهرباء و ملء خزان الوقود بالبنزين لتشغيلها. تعمل السيارة الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEV) بالكهرباء حتى نفاد طاقة البطارية، وفي هذه الحالة يتم تشغيل محرك الاحتراق الداخلي الخاص بها والذي يعمل من خلال البنزين.
الأسئلة الشائعة
هناك العديد من الأسئلة التي تخطر على بال محبي السيارات الكهربائية أو المهتمين بها، أو حتى الراغبين في شرائها، ومن أكثر الأسئلة شيوعًا:
-
كيف يتم شحن السيارة الكهربائية؟
هناك حوالي ثلاث أنواع مختلفة من الشحن، ويختلف كل نوع من حيث سرعة وقوة الشحن وعدد الساعات ونوع التوصيلات والتيار سواء متردد أو مباشر كالتالي:
-
الشحن المنزلي
يعرف أيضا بالشحن البطيء (شحن مستوى 1) ويحتاج فقط إلى وجود مصدر للكهرباء مخصص لشحن بطارية السيارة الكهربائية، وفي العادة يتم توصيل السيارة بمقبس تيار متردد بقوة 120 فولتًا، هذا يعني سرعة شحن قد تصل إلى 3 كيلو واط وبالتالي سوف تستغرق عملية شحن البطارية 12 ساعة تقريبًا.
-
الشحن العام
يمكن العثور على الشواحن العامة (شحن مستوى 2) في المراكز التجارية ومواقف السيارات ويوفر الشحن العام قابس تيار متردد بقوة 240 فولت، يمكن أن يشحن البطارية خلال ساعة أو ساعتين وربما يصل إلى 11 ساعة تقريبًا حسب سعة البطارية.
-
الشحن السريع
يتاح في المحطات الشحن السريع DC (شحن مستوى 3) ويوفر مصدر كهرباء بقوة 480 فولت ويمكن أن يشحن بطارية السيارة الكهربائية في غضون 25 دقيقة إلى ساعة تقريبًا.
-
ما هو عمر بطارية السيارة الكهربائية؟
قد تتسائل ما هي مدة بقاء البطاريات في السيارات الكهربائية والإجابة تشير التقديرات الحالية إلى أن بطارية السيارة الكهربائية يمكنها أن تدوم من 15 إلى 20 عامًا قبل أن تحتاج إلى استبدالها بأخرى جديدة، ومع ذلك تختلف المدة بين شركة وأخرى لاختلاف المعايير، مثلًا شركة كيا تقدم ضمانًا للبطارية يتراوح من 3 إلى 10 سنوات أو الوصول إلى 150000 كم لسياراتها الكهربائية، أما شركة نيسان فتعيش بطارية سياراتها حتى 12 عامًا وأكثر، في حين يبلغ متوسط عمر بطارية سيارات تيسلا حوالي 200 ألف ميل (322 ألف كم) في أمريكا و150 ألف ميل (241 ألف كم) في أوروبا. أيضًا يمكن إطالة عمر البطارية الافتراضي عن طريق تجنب درجات الحرارة القصوى صيفًا وشتاءً، والشحن والتفريغ الزائد، والحد من الشحن السريع، هذا من شأنه إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية ويجعلها قادرة على العمل لبضعة سنوات إضافية.
أوضحنا كيف تعمل السيارات الكهربائية؟ وما مكوناتها؟ وما الفرق بينها والسيارة التقليدية، حيث أصبح هناك اتجاه سائد نحو النقل المستدام وخاصة أن انبعاثات الكربون من الوقود الأحفوري وصلت لمستوى قياسي في 2023. ومن المتوقع أن يتجاوز إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون 40 مليار طن. وشمل ذلك ما يقرب من 37 مليار طن من الوقود الأحفوري وهو ما يمثل زيادة بنسبة 1.1% عن عام 2022 وزيادة بنسبة 1.5% مقارنة بمستويات ما قبل الوباء، لذا يبدو أن الحل يكمن في السيارات الكهربائية التي يتوقع أن تكون قريبًا، وسيلة النقل التي سوف تحل محل السيارات التي تعمل بالوقود الأحفوري.
