خودروی برقی

خودروی برقی یا خودروی الکتریکی (به انگلیسی: Electric vehicle) به خودرویی گفته می‌شود که از باتری جهت نیروی محرکه به‌جای موتور درون‌سوز استفاده می‌کند.
در این ماشین‌ها موتور در زیر بدنه قرار دارد.
اولین خودروهای برقی در قرن نوزدهم تولید شدند. تولید این‌گونه خودروها با تولید انبوه اتومبیل احتراقی دچار افت شدید گردید. در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی با وقوع بحران انرژی مجددا خودروی برقی مورد توجه قرار گرفت ولی این علاقه‌مندی سبب تولید انبوه و ایجاد بازار رقابتی نشد. از سال ۲۰۰۸ میلادی با توجه به پیشرفت فناوری باتری‌ها، مدیریت شبکه برق، نگرانی‌ها در خصوص قیمت نفت و نیاز به کاهش گازهای گلخانه‌ای تحول اساسی در تولید خودروهای برقی صورت گرفته‌است.
از مزایای خودروی برقی نسبت به خودروی احتراقی می‌توان به کاهش قابل ملاحظه آلودگی هوای محلی، کاهش گازهای گلخانه‌ای و کاهش وابستگی به نفت اشاره کرد.
برخی از کشورها و دولت‌های مربوطه به منظور ترویج و گسترش بازار خودروهای برقی از انگیزاننده‌های دولتی برای خودروهای برقی استفاده می‌کنند.
اصطلاح‌شناسی
خودروی برقی یکی از انواع وسایل نقلیه برقی است. واژه وسیله نقلیه برقی به هر نوع وسیله نقلیه‌ای که از انرژی الکتریکی به عنوان نیروی محرکه استفاده می‌کنند اطلاق می‌گردد در حالی‌که خودروی برقی برای نامیدن خودروهای سواری یا خودروهایی که بتوانند در بزرگراه‌ها تردد نمایند، استفاده می‌شود.
تاریخچه
اختراع
توماس پارکر سال ۱۸۸۴
باتری‌های قابل شارژی که ذخیره‌سازی برق را در خودرو امکان‌پذیر کند در سال ۱۸۵۹ میلادی و توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام گاستون پلانته اختراع شد. این باتری‌های باتری سربی-اسیدی نام گرفتند.
اولین خودروی برقی را توماس پارکر یک مهندس اهل لندن در سال ۱۸۸۴ میلادی ساخت. پارکر که نگران آلودگی شهر لندن و نیز علاقه‌مند به ساخت خودروهای با مصرف کارآمدتر سوخت بود در نهایت توانست یک خودروی برقی قابل استفاده تولید کند.
دوره طلایی
در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم میلادی خودروی برقی به واسطه ترجیح استفاده از انرژی الکتریکی به عنوان نیروی محرکه و عملکرد بهتر، پرطرفدار بود. در سال ۱۹۰۰ میلادی، ۴۰٪ خودروها در آمریکا با بخار، ۳۸٪ با برق و ۲۲٪ با بنزین کار می‌کردند.
ساختار
قوای محرک یک وسیله نقلیه الکتریکی شامل سه زیر مجموعه اصلی است: نیرو محرکه الکتریکی، منبع انرژی و کمک دهنده که این سه زیر مجموعه، خود دارای زیر مجموعه‌هایی هستند که در شکل به‌طور کامل نمایش داده شده‌اند.
ساختار وسیله نقلیه الکتریکی
بسته به ورودی‌هایی که از طریق پدال‌های گاز و ترمز اعمال می‌شوند، کنترل‌کننده وسیله نقلیه سیگنال کنترل مناسبی را به مبدل الکترونیکی قدرت ارسال می‌کند که وظیفه مبدل الکترونیکی قدرت، تنظیم توان جاری شده بین موتور الکتریکی و منبع انرژی می‌باشد. جریان توان برگشت، به دلیل احیای ترمز وسیله نقلیه الکتریکی رخ می‌دهد. این انرژی بازیافت شده می‌تواند در منبع انرژی ذخیره شود زیرا منبع انرژی قابلیت پذیرش این انرژی را دارد. اکثر باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی همچون ابرخازن‌ها و فلای‌ویل‌ها، به آسانی توانایی پذیرش انرژی بازیافت شده را دارند. واحد مدیریت انرژی با کنترل‌کننده وسیله نقلیه همکاری می‌کند تا احیای ترمز و انرژی بدست آمده از طریق آن را کنترل کند. این بخش همچنین با واحد سوخت‌گیری در ارتباط است تا آن را کنترل کند و میزان قابلیت استفاده از منبع انرژی را به تصویر بکشد. منبع توان کمکی، توان مورد نیاز با سطوح ولتاژهای مختلف را برای همه بخش‌های کمکی وسیله نقلیه الکتریکی تامین می‌کند، مخصوصا برای واحدهای کنترل‌کننده شرایط هوا و توان فرمان.
خودروی برقی در ایران
اولین خودروی برقی هوشمند دنیا در کشور ایران و توسط مخترع ایرانی، جمشید آرین، در سال ۱۳۸۱ اختراع شده‌است.
حسن روحانی در اسفندماه ۱۳۹۳ پس از پایان جلسه هیئت دولت از دو دستگاه خودروی برقی-بنزینی رانا رونمایی کرد.
باتری‌ها
کانکتور SAE J۱۷۷۲–۲۰۰۹
در فناوری خودروهای برقی باتری یکی از نقش‌های مهم را بر عهده دارد. عواملی چون ظرفیت باتری، عملکرد باتری، دوام باتری، طول عمر، چگالی انرژی، چگالی توان، حساسیت نسبت به دما، زمان شارژ و قیمت از شاخصه‌های مهم انتخاب باتری می‌باشد.
باتری بسیاری از خودروهای برقی که امروزه تولید می‌شوند از نوع لیتیوم-یون هستند. اگرچه باتری‌های لیتیومی اغلب به خاطر ظرفیت زیاد و چگالی انرژی مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی عمر مفید و دوام آن‌ها محدود است و این مسئله از عمده عواملی است که هزینه‌های ساخت و تولید خودروی برقی را بالا برده‌است. تحقیقات برای استفاده از ترکیبات دیگری از لیتیوم مانند فسفات‌آهن-لیتیوم و لیتیوم-تیتانات برای حل مشکل دوام و عمر باتری‌ها در جریان است.
انواع دیگر باتری‌های مورد استفاده در خودروی برقی عبارتند از:
باتری اسیدی که هنوز در بسیاری از مدل‌های خودروی برقی استفاده می‌شود. هزینه‌های اولیه کمتری نسبت به بقیه باتری‌ها دارد و افزایش توان خروجی با اضافه کردن تعداد باتری‌ها به سادگی قابل انجام است.
باتری نیکل–کادمیم
باتری نیکل– هیدرید فلز
باتری نیکل-آهن
استفاده از چندین نوع باتری نیز در حال تحقیق و بررسی است. مانند:
باتری روی-هوا
باتری آلومینیوم - هوا
باتری نمک مذاب
باتری روی-برم
باتری اکسایش‌کاهش وانادیم
شارژ خودروهای برقی
افزایش تعداد خودروهای برقی، اگرچه کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی را به دنبال خواهد داشت ولی شارژ خودروهای برقی می‌تواند یکی از معضلات پیش روی صنعت برق باشد. از سویی شرکت‌های توزیع و بهره برداران شبکه بایستی در خصوص تحویل توان درخواستی به صاحبان خودروهای برقی زیرساختهای خود را تقویت و به روز کنند و از طرف دیگر رفتار تصادفی و ناهماهنگ مالکان خودرو برای شارژ باتری می‌تواند شبکه توزیع را دچار مشکلاتی چون افزایش پیک مصرف، نوسانات ولتاژ و افزایش تلفات نماید.
شارژ خانگی
شارژ سریع
استاندارد شارژر در آمریکا
نوع
تعریف
مشخصات
نوع اتصال
نوع اول
جربان متناوب مستقیما به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است.
۱۲۰ ولت جریان‌متناوب، ۱۶ آمپر(=۱٫۹۲کیلووات)
SAE J1772 ,NEMA 5-15
نوع دوم
جربان متناوب مستقیما به شارژر تعبیه شده در خودرو وصل است. ۲۴۰–۲۸۰ ولت تکفاز. بیشینه جریان ۳۲آمپر، با کلیدی با قدرت قطع ۴۰آمپر
۲۰۸–۲۴۰ ولت؛ ۱۲–۸۰ آمپر(= ۲٫۵–۱۹٫۲ کیلووات)
SAE J1772 ,IEC 62196 ,Magne Charge,Avcon,IEC 60309IEC 62198-2
نوع سوم
جریان مستقیم از شارژر خارج خودرو. حداقل توان مورد نیاز نیست ولی حداکثر جریان ۴۰۰آمپر و توان ۲۴۰کیلووات می‌باشد
ولتاژ بالا ۳۰۰–۶۰۰ ولت جریان مستقیم، جریان بالا (صدها آمپر)
Magne ChargeCHAdeMO ,SAE J1772 ,IEC 62196
برخی نمونه خودروی برقی
روا
خودروی روا آی یک خودروی کوچک الکتریکی است که به وسیله تولیدکننده هندی به نام روا الکتریک و از سال ۲۰۰۱ تولید می‌گردد. شرکت روا تا سال ۲۰۱۱ بیش از ۴۰۰۰ دستگاه از این نوع خودرو را در ۲۶ کشور جهان به فروش رسانده‌است.
در بسیاری از کشورها روا-آی استانداردهای کافی جهت به رسمیت شناخته شدن به عنوان یک خودروی کامل را بدست نیاورده به نحوی که در سایر کلاسها نظیر خودروی شبه برقی در آمریکا و چهارچرخه موتوری در اروپا طبقه‌بندی شده‌است. این خودرو در ابتدا تحت نام روا شناخته می‌شد که بعدا با تغییرات و بهینه‌سازی‌های انجام شده بر روی آن تحت نام روا-آی و با قابلیت‌های بهتر عرضه گردید. روی‌هم‌رفته مدل قدیمی و جدید آن لقب پرفروشترین خودروی برقی جهان را تا اواخر سال ۲۰۰۹ به خود اختصاص داده‌است.
خودرو برقی Reva در حال شارژ شدن در خیابانی در لندن
مدل‌ها
روا
مدل اولیه این خودرو که از سالهای ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۷ تولید می‌شد روا نام گرفت. نیروی محرکه این خودرو از طریق یک موتور ۴٫۶ کیلووات تامین می‌گردد که توسط یک کنترل‌کننده جریان مستقیم با جریان خروجی ۴۰۰ آمپر کنترل شده و حداکثر توان آن به ۱۳٫۱ کیلووات بالغ می‌گردد. این توان از طریق ۸ عدد باتری که به صورت سری و دارای ولتاژ نهایی ۴۸ ولت هستند بدست آمده و در زیر صندلی جلوی خودرو تعبیه شده‌اند.
روا-آی
در ژانویه سال ۲۰۰۸ یک مدل جدید از این خودرو به نام روا-آی به بازار معرفی شد که دارای یک سیستم درایو AC است و باعث می‌شود سرعت آن افزایش یابد. همانند مدل روا توان الکتریکی این خودرو نیز از طریق ۶ عدد باتری که در زیر صندلیهای جلو تعبیه شده‌اند بدست می‌آید. این خودرو دارای یک سوئیچ تقویتی می‌باشد که با فعال شدن آن گشتاور اضافی جهت شتابگیری بهتر و توانائی بالا رفتن از مسیرهای کوهستانی به آن افزوده شده‌است.
روا لیتیم-یون
در ژانویه سال ۲۰۰۹ مدل جدیدی به بازار ارائه شد که روا لیتیم-یون نام گرفت. این مدل از نظر ظاهر مشابه مدل روا-آی است ولی باتریهای آن از نوع باتری لیتیم-یون بوده که علاوه بر کاهش وزن خودرو، کاهش زمان شارژ به ۶ ساعت و افزایش مسافت طی شده بعد از یک شارژ کامل تا ۱۲۰ کیلومتر را نیز به همراه داشته‌است. همچنین عملکرد این باتریها کمتر تحت تاثیر تغییرات دما قراردارد.
قیمت
قیمت این خودرو، هم‌اکنون در بریتانیا تقریبا ۹۹۹۵ یورو برای مدل استاندارد ست. این خودرو از پرداخت شارژ مربوط به نقاط پرترافیک لندن معاف است چرا که به عنوان خودروی الکتریکی طبقه‌بندی شده‌است. این خودرو همچنین در کشورهای اروپایی دیگر نظیر اسپانیا و نروژ نیز فروخته شده‌است. در کاستاریکا به قیمت ۱۳۰۰۰ دلار آمریکا فروخته شد. در بازار شیلی این خودرو ۱۲۰۰۰ دلار آمریکا قیمت‌گذاری شده‌است. در جمهوری ایرلند خودروی روا-آی به قیمت ۱۱۵۰۰ یورو قیمت‌گذاری شده و در هندوستان روا به مبلغ ۳۵۰،۰۰۰ روپیه به فروش می‌رسد.
ریزترین خودروی برقی جهان
گروه سوئیسی "امپتا طی همکاری با دانشمندان هلندی دانشگاه گرونینگن یک خودرو برقی ساخته‌اند که ابعاد آن 4x2 نانومتر است. این نانوخودرو که از یک تک مولکول ساخته شده دارای چهار چرخ است که عملکرد هر یک از چرخها مشابه چرخی با موتور مجزا است. این خودرو می‌تواند در مسیری مستقیم بر روی سطحی مسی حرکت کند و به جای حمل باتری برق مورد نیاز خود را از سر "میکروسکوپ پویشی تونلی" که بالای آن قرار خواهد گرفت، تامین کند.
جدول مقایسه برخی خودروهای برقی موجود
نام
موارد مورد توجه
سالهای تولید
تعداد تولید
حداکثر سرعت (کیلومتر بر ساعت)
قیمت
برد
Baker Electric
اولین خودروی برقی تولید شده
۱۸۹۹–۱۹۱۵
۵۰۰۰
۲۲
۲۳۰۰ دلار آمریکا
۵۰
Detroit Electric
Sold mainly to women and physicians.
۱۹۰۷–۱۹۳۹
۵۰۰۰
۳۲
>US $۳ ۰۰۰
۸۰
Henney Kilowatt
The first ترانزیستور-based electric car; outfitted with modern hydraulic brakes.
۱۹۵۸–۱۹۶۰
۱۰۰
۹۷
جنرال موتورز ای‌وی-۱
فقط اجاره، موارد برگشتی به جنرال موتورز اکثرا خراب بودند
۱۹۹۶–۲۰۰۳
۲۰۰۰
۱۲۹
۴۰٫۰۰۰ دلار آمریکا بدونیارانه
۱۵۰ miles (240 km), (Gen II 1999, NiMH)
Honda EV Plus
First BEV from a major automaker without lead acid batteries. Twenty-four 12-volt NiMH batteries
۱۹۹۷–۱۹۹۹
۳۵۰
۱۲۹
US $۴۵۵/month for 36 month lease; or US $۵۳ ۰۰۰ without subsidies
۸۰–۱۱۰ miles (130–180 km)
Toyota RAV4 EV
Some leased and sold on US east and west coasts, supported. Toyota agreed to stop crushing.
۱۹۹۷–۲۰۰۲
۱۲۴۹
۲۰۰
US $۴۰ ۰۰۰ without subsidies
۸۰–۱۲۰ miles (130-190 km)
فورد رنجر ای‌وی
Some sold, most leased; almost all recovered and most destroyed. Ford allowed reconditioning and sale of a limited quantity to former leaseholders by lottery. Estimated only 200 surviving.
۱۹۹۸–۲۰۰۲
۱۵۰۰
~ US $۵۰ ۰۰۰; subsidized to $۲۰ ۰۰۰
نیسان آلترا ای وی
Mid-sized استیشن واگن designed from the ground up as the first BEV to use باتری لیتیوم-یون batteries, ۱۰۰۰۰۰ battery lifetime.
۱۹۹۸–۲۰۰۰
۱۴۰
۱۲۱
۴۷۰دلار آمریکا در ماه کرایه
۱۲۰
TH!NK City
نسل آینده خودرو طراحی شده برای پاییز۲۰۰۷ دارای دو مجموعه باتری نیکل–کادمیم
۱۹۹۹–۲۰۰۲
۱۰۰۵
۱۴۵
NOK ۱۹۹ ۰۰۰
۸۵
روا (شرکت خودرو)
Indian-built خودرو شهری.
۲۰۰۱-
۲۰۰۰
۷۲
~£۸ ۰۰۰
ZAP Xebra
Chinese built sedan and truck
۲۰۰۶-
۲۰۰
۶۴
US $۱۰ ۵۰۰
Modec
UK built trucks and Vans
۲۰۰۷-
۱۰۰
Cleanova
French built delivery vans
۷۰۰۰
تسلا رودستر
Shipment to the public set for June 2008
۲۰۰۸-
۱
۲۰۹
US $۹۲ ۰۰۰ base price
۲۲۰ (based on EPA combined city/highway cycle)
Aptera Typ-1e
A low drag, lightweight LEV featuring composite construction. over ۱،۰۰۰ pre-ordered
۲۰۰۹-
۱۵۳
US $۲۷ ۰۰۰
۱۲۰
فیسکر
PHEV-50
۲۰۱۱-
۲۰۰
US $۹۰ ۰۰۰
۵۰
تسلا موتورز
تسلا مدل اس
۲۰۱۲–۲۰۱۳
۲۰۹
۶۲،۵۰۰ دلار
باتری گرافنی
یک شرکت چینی موفق به تولید باتری‌های گرافنی باسرعت شارژ ۱۳ تا ۱۵ دقیقه‌ای شده‌است که می‌تواند انقلابی در ساخت خودروهای برقی باشد.