ما السيارات الكهربائية؟ وكيف تعمل؟

السيارات الكهربائية هي سياراتٌ تعمل على الطاقة الكهربائية المخزَّنة في بطاريات خاصة بها تُشحَن عندما تفرغ، وتتألَّف السيارة الكهربائية من عدة مكونات أساسية وهي:

أولًا، البطارية

تُعدُّ من أهم الأجزاء في السيارة؛ إذ تحل محل خزان الوقود في تخزين الطاقة المطلوبة لتشغيلها، وتتكوَّن البطارية عادةً من عدد كبيرٍ من خلايا الليثيوم أيون يصل عددها إلى 7000 خلية تؤمن تيارًا مستمرًا لتغذية السيارة، ويُضخُّ سائل مبردٌ بين الخلايا لتبريدها وزيادة كفاءتها، وتُبذل كثير من المجهودات لزيادة كفاءة البطارية، فبعدما كانت السيارات الكهربائية قادرة على السير مسافاتٍ قصيرة فقط أصبحت قادرةً على السير مئاتِ الأميال مع تطوُّر البطارية.

ثانيًا، المحول inverter:

تولِّد البطارية تيارًا كهربائيًّا مستمرًّا DC، في حين يحتاج المحرك تيارًا مترددًا AC؛ لذلك لزم استخدام المحوِّل الذي يحول التيار المستمر إلى متردد، إضافةً إلى ذلك يؤدي المحول دورًا مهمًا في أثناء الكبح المتكرر؛ فتُحوَّل طاقة التباطؤ الحركية إلى كهرباء عن طريق المحرك الكهربائي وترجع مرةً أخرى إلى البطارية لاستخدامها لاحقًا، وستُشرَح العملية كاملةً في جزء لاحقٍ من المقال.

لمزيد من المعلومات عن التيارات يُرجى الاطلاع على المقال الآتي: هنا

ثالثًا، المحرك الكهربائي:

يُعدُّ المحرِّكُ الكهربائي مصدرَ الحركة في السيارة الكهربائية، هو بعكس السيارة التقليدية التي تستمد حركتها من محرك الاحتراق الداخلي، ونتيجة تغيُّر الحقل المغناطيسي الناتج عن وجود التيار المتردد يبدأ المحرك في الدوران؛ ممَّا يعني أنَّ المحرك يستقبل الكهرباء وينتج الحركة.

رابعًا، علبة السرعة:

وهي عبارةٌ عن مجموعة تروس (مسننات) معشقة باستمرار وبنسب ثابتة بين تلك التروس gear ratio؛ ممَّا يعني اختلافها عن علبة السرعة في السيارات العادية، ويمكن تغيير نسب السرعة بين التروس باستمرار، وتتمثَّل أهميته هذا الجزء في نقلِ الحركة من المحرك إلى العجلات، وتحسينِ كفاءة السيارة عن طريق السير على السرعة المرغوبة في حين يدور المحرك بسرعة أقل؛ ممَّا يعني تشغيل المحرك في نطاق السرعات ليكون أعلى كفاءة، وعلى الرغم من ذلك هناك بعضُ السيارات الكهربائية التي لا تستخدم علبة سرعة.

خامسًا، عملية الشحن:

وتحدث بتوصيل السيارة بمصدر طاقة خارجي، ويُمكن شحن السيارة بثلاث طرائق:

الأولى: في المنزل بتوصيل السيارة بقابس الكهرباء، وبهذه الطريقة تُشحَن كل ساعة طاقةٌ تكفي لقيادة السيارة مسافة تتراوح بين 3 و8 كم.

الثانية: في محطة شحن عامة؛ إذ تُشحَن كل ساعة طاقةٌ تكفي لقيادة السيارة مسافة تتراوح بين 16 و25 كم.

الثالثة: عن طريق الشحن في محطات الشحن السريع باستخدام التيار الثابت؛ إذ تعمل على شحن 80% من البطارية في غضون نصف ساعة فقط.

سادسًا عملية الكبح:

عملية الكبح عمومًا هي سحب طاقة الحركة من العجلات لإيقاف السيارة، لكن في العادة لا يُستفاد من تلك الطاقة، وتتميز عملية الكبح في السيارة الكهربائية بأنَّها تسحب طاقةَ الحركة من العجلات وتُعيدها في صورة كهرباء إلى البطارية لتخزينها مرة أخرى بدلًا من إهدار تلك الطاقة كما يحدث في السيارات التقليدية، وفي هذه الحالة يعمل المحرك الكهربائي مولدًا كهربائيًّا؛ ممَّا يعني أنَّ المحرك في هذه الحالة يستقبل الحركة وينتج كهرباء تُخزَّن في البطاريات مرورًا بالمحول.

لِمَ قد نستخدم تلك السيارات في المستقبل؟

- أداء تلك السيارات المتميز؛ فلديها تسارعٌ مبهر؛ ممَّا يعني أنَّها تستطيع الوصول إلى سرعات عالية في غضون ثوانٍ معدودة؛ فعلى سبيل المثال سيارة Tesla Model S لديها ثاني أفضل تسارع من بين جميع السيارات الموجودة حاليًّا؛ إذ تصل إلى سرعة 96 كم/س في غضون 2,28 ثانية.

- انعدام الضوضاء؛ وذلك لعدم وجود محرك الاحتراق الداخلي المتسبِّب في الجزء الأكبر من الضوضاء في السيارات التقليدية.

- تكلفة تشغيل أقل، فتكلفة الطاقة المطلوبة لقيادة سيارة كهربائية هي تقريبًا نصف التكلفة المطلوبة لقيادة سيارة تستخدم الوقود الأحفوري للمسافة نفسها.

- غير ضارة بالبيئة؛ بسبب عدم استخدام السيارات الكهربائية للوقود الأحفوري، فإنَّها لا تصدر أيَّة ملوثات.

- صيانة أقل؛ بسبب عدم وجود أجزاء ميكانيكية كثيرة، وبسبب بساطة التصميم، فإن السيارات الكهربائية تحتاج إلى صيانة أقل مقارنة بالسيارات الأخرى.

أمَّا العيوب فتتمثل في الآتي:

- على الرغم من عدم إصدار السيارة لأية عوادم في أثناء سيرها مباشرة، قد يَنتج التلوث من عملية إنتاج الكهرباء في الأصل، ففي حال إنتاج الكهرباء من محطات تستخدم الوقود الأحفوري، فإنها تلوث الهواء أيضًا، لكن بدلًا من إصدار الملوثات من السيارة فإنها تخرج من محطة توليد الطاقة؛ فلتحقيق الفائدة القصوى من السيارات الكهربائية في المحافظة على البيئة يجب توليد الطاقة من مصادرَ نظيفةٍ كالرياح والطاقة الشمسية.

- طول مدَّة الشحن التي تصل إلى ساعات.

- سعر السيارة؛ إذ تزيد أسعار السيارات الكهربائية على أسعار السيارات الأخرى عمومًا بسبب ارتفاع تكلفة البطارية ارتفاعًا كبيرًا، لكن مع ذلك فإنَّ تكلفةَ السيارة الكهربائية الكليةَ (تكلفة شراء السيارة + تكلفة تشغيلها) تتساوى مع نظيرتها التي تستخدم وقودًا أحفوريًّا بعد نحو 80 ألف كم من الاستخدام؛ وذلك بسبب تكلفة التشغيل القليلة للسيارات الكهربائية كما ذكرنا مسبقًا.

- الاضطرار إلى تغيير البطارية كل عدة سنوات، وفي الغالب يوجد ضمان على البطاريات يتراوح بين 5 إلى 8 سنوات حسب الشركة المنتجة للسيارة.

وبعد معرفة المزايا والعيوب، هل يُمكنك أن تشتري سيارةً كهربائية مستقبلًا؟ أم تفضل الابتعاد عن المخاطرة والتمسُّك بالسيارات التقليدية التي نعرفها عن ظهر قلب؟

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا

4- هنا

5- هنا

6- هنا

7- هنا