כיצד פועלות מכוניות חשמליות? גלה את הרכיבים העיקריים ואת הפונקציות שלהם

רוב יצרניות הרכב מנסות לגרום לרכבים החשמליים שלהם להיראות קונבנציונליים כדי לא להרחיק את הקונים המסורתיים, אבל רכבי EV פועלים בצורה שונה לגמרי בהשוואה למכוניות בעירה. ההנעה שלהם מסתמכת על מערכות שונות לחלוטין מאלו של רכב שנוסע על דלק נוזלי.

זו הסיבה שבדרך כלל מכונאי רכב יסרבו לעבוד על רכב חשמלי אלא אם כן עבר הכשרה מיוחדת. לדעת מה גורם למכונית חשמלית ללכת ומהם המרכיבים העיקריים שלה חשוב אם ברצונך להפיק את המרב מחוויית הבעלות שלך על EV.

להלן הרכיבים והמערכות העיקריים שמכשיר חשמלי צריך להפעיל.

1. חבילת סוללות

הרכיב הגדול, הכבד והיקר ביותר שנכנס לייצור EV הוא ערכת הסוללות שלו. תפקידו לאגור כמויות משמעותיות של חשמל ולעמוד גם במחזורי טעינה-פריקה חוזרים ונשנים בתנאי מזג אוויר משתנים מאוד. בחלק מהמכוניות החשמליות, ערכת הסוללות פועלת גם כחבר מבני של השלדה של הרכב.

חבילות סוללות EV מורכבות ממאות תאים בודדים המקושרים יחד ומשתנים בגודלם מפחות מ-40 קילוואט-שעה ברכבים קטנים יותר ועד למעלה מ-200 קילוואט-שעה בחלקם.

טנדרים חשמליים. ל-GMC Hummer EV יש את אחת הסוללות הגדולות בתעשייה, חבילה של 205 קילוואט-שעה, המספקת טווח כביכול של 329 מיילים. בקצה השני של הסקאלה, יש לנו את ה-Mini Cooper SE, שחבילות הסוללות הקטנות של 32 קילו-וואט שלה יכולות לקחת אותה רק 114 מיילים בטעינה אחת.

ראוי גם לציין שיצרנים מציינים גם את קיבולת הסוללה הכוללת וגם את קיבולת הסוללה (השמישה), וזו הסיבה שלפעמים אתה רואה שונה היכולות המפורטות עבור אותם רכבי EV. יתר על כן, שני רכבי EV עם אותה קיבולת סוללה כנראה לא יציעו את אותו טווח מכיוון שאתה גם צריך להביא בחשבון כמה קלים הרכבים וכמה התנגדות גלגול יש להם, מה שבסופו של דבר מתורגם למידת היעילות שלהם חַשְׁמַל.

2. מערכת ניטור סוללות

ערכת הסוללות של EV תהיה חסרת תועלת (ומסוכנת) ללא מה שמכונה מערכת ניטור הסוללה, או בקיצור BMS. זה משרת את התפקיד החשוב ביותר של ניטור ערכת הסוללות וויסות הטמפרטורה, המתח והזרם שלה. זה גם ה-BMS שנותן לך הערכות טווח ומצב טעינה, אותן הוא מחשב על סמך כמות הזרם שנותר בסוללה.

ה-BMS גם מנטר את תקינות ערכת הסוללות, הן בכללותה והן כל תא סוללה בודד. משתמשי EV מתקדמים יותר יכולים גם לגשת ליומני ה-BMS שעוקבים אחר ביצועי הסוללה ודפוסי השימוש. לאחר מכן ניתן לנתח אותם בפירוט רב כדי לראות כיצד הסוללה פועלת ומה ניתן לייעל.

3. מערכת ניהול תרמית

תפקיד חשוב נוסף שמחזיק ה-BMS הוא שליטה במערכת הניהול התרמי של ערכת הסוללות. זה חל על כל רכבי החשמל שיכולים לשלוט בטמפרטורת האריזה שלהם, הכוללת את רוב כלי החשמל המודרניים. רכבים כמו המוקדמים דורות של ניסאן ליף וב.מ.וו i3, כמו גם רנו זואי ופולקסווגן e-Golf, כולם הגיעו ללא תרמית הַנהָלָה.

ניהול הטמפרטורות ב-EV עובד בדיוק כמו מערכת הקירור של מכונית הבעירה שלך. זה מסתמך על נוזל שנשאב סביב מארז הסוללות דרך סדרה של צינורות ותעלות עם המטרה לקחת חום מהרכיבים החיוניים הללו כדי שיוכלו לפעול טוב יותר ולזכות זמן רב יותר חַיִים.

חלק מיצרני EV ממליצים לבדוק ו החלפת נוזל הקירור כל כמה שנים, בעוד שאחרים (כמו טסלה) אומרים שזו מערכת אטומה לחלוטין שאינה זקוקה לתחזוקה שוטפת.

משאבות חום גם הופכות נפוצות יותר ויותר ברכבי EV. חלקי החומרה החשובים הללו עוזרים לחמם את תא הנוסעים בצורה יעילה ככל האפשר על ידי שימוש בחום שיורי מאריזת הסוללות והמנוע. הם גם עוזרים בקירור, שכן ניתן להפוך את פעולתם כך שיוכלו למעשה לפעול כיחידות מיזוג אוויר.

4. מנוע חשמלי

חלק החומרה שבעצם מספק הנעה ברכב EV הוא המנוע החשמלי שלו. זה ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית שמניע את הגלגלים.

ישנם מספר סוגים של מנועים חשמליים, כל אחד עם חוזקות וחולשות משלו, אך כולם מורכבים משני חלקים עיקריים הנקראים הרוטור והסטטור. הראשון הוא בעצם החלק הנע היחיד של מנוע חשמלי, בעוד שהאחרון הוא בעצם בית הרוטור, והוא מכיל תעלות שנוזל נשאב דרכן על מנת לעזור ליחידה להשיל חוֹם.

רכבי EV רבים מופעלים על ידי מה שמכונה מנוע DC, הפועל על זרם ישר ומגיע בתצורות מוברשות וללא מברשות, כאשר האחרון נפוץ במידה ניכרת. סוג זה של מנוע ידוע בתפוקת המומנט הגבוהה ובעמידותו, אך יש לו גם חסרונות, כמו גודל, משקל ואמינות (במיוחד במקרה של מנועים מוברשים).

מנועי אינדוקציה הם גם די נפוצים ברכבי EV, והם מביאים מספר יתרונות על פני מנועי DC. הם קטנים יותר, פשוטים יותר וקלים יותר לתחזוקה, אך יחד עם זאת, הם לא יכולים להתאים לתפוקת הכוח או ליעילות של מנועי DC, במיוחד כאלה שמשתמשים במגנטים קבועים.

כמה רכבי EV מתקדמים משתמשים גם במה שמכונה מנועים סינכרוניים מגנטים קבועים (PMSM), שהם טובים יותר מסוגים אחרים של מנועי אינדוקציה מבחינת צפיפות הספק ויעילות. החיסרון הגדול ביותר שלהם הוא המורכבות הנוספת שלהם והעלות הגבוהה יותר.

5. הפצה

כלי רכב חשמליים אינם צריכים תיבת הילוכים מסורתית. תפוקת המומנט הגבוהה שלהם שמועברת בסל"ד נמוך מאוד שוללת את הצורך במספר הילוכים למעבר ביניהם ככל שהמהירות גדלה.

עם זאת, מכיוון שלמנועים חשמליים יש מהירויות סיבוב דומות (או אפילו גבוהות יותר) בהשוואה לרכבי ICE, הם עדיין צריכים הילוך הפחתה כדי לעזור להם להשיג איזון טוב בין תאוצה לטופ מְהִירוּת. יש הבדלים ברכבי EV והם עובדים אותו הדבר כמו ברכב ICE.

רכבי החשמל המודרניים היחידים הייצור שלהם שיש להם למעשה תיבת הילוכים הם פורשה טייקאן ואאודי E-Tron GT, אשר למנועים האחוריים שלהם, יש תיבת הילוכים אוטומטית דו-הילוכים. לא ברור אם הפתרון הזה יישמר בעתיד, מכיוון שהוא התמודד עם ביקורת על היותו סיבוך יתר מיותר.

יצרנים אחרים לא הכריזו על תוכניות ליישם פתרונות דומים, למרות שיש חברות כמו מומחית הסרנים Dana Incorporated בארה"ב שאכן מוכרת תיבת הילוכים דו-הילוכים המיועדת לעבודה עם חשמלית מָנוֹעַ.

6. מטען מובנה

לכל רכבי החשמל יש סוג כלשהו של מטען מובנה, שביצועיו מכתיבים בדרך כלל את קצב הטעינה המרבי של הרכב בעת שימוש במטען AC (זרם חילופין). תפקידו הוא גם להמיר את זה ל-DC (זרם ישר), אשר מוסדר לאחר מכן על ידי ה-BMS.

ההספק של המטענים המשולבים ברכבי EV נע בין 3.7 קילוואט ל-22 קילוואט, והם יכולים גם לזהות אם הזרם שעובר דרכם הוא זרם חילופין חד או תלת פאזי.

7. מערכת בלימה רגנרטיבית

מכיוון שרוב סוגי המנועים החשמליים יכולים לשמש גם כמחוללי חשמל, לכל רכבי החשמל יש מה שמכונה מערכת בלימה רגנרטיבית. זה מסתמך אך ורק על המנועים שלהם, שאפשר להשתמש בהם קרצוף את המהירות והכנס מיץ בחזרה לאריזת הסוללות באותו הזמן.

זה מגדיל באופן דרמטי את מרווח החלפת רפידות הבלמים עבור רכבים חשמליים לחלוטין וחלק מהכלים ההיברידיים. זה גם מאפשר לרכבי רכב חשמליים להציע מה שמכונה נהיגה עם דוושה אחת, מה שאומר שהנהג מסוגל גם להאיץ וגם לבלום את רכב באמצעות דוושת ההאצה בלבד, שכן כאשר הם מתרוממים לחלוטין, הרכב יתחיל להאט באופן אוטומטי באמצעות המנוע הִתנַגְדוּת.

8. ממירים, ממירים ובקרים

לרכב חשמלי יש גם מספר משתנה של ממירים, ממירים ובקרים. כל אלה חיוניים להפעלה נכונה של מערכת ההינע, מכיוון שהם עוזרים למקסם את ההספק והיעילות באמצעות שימוש אופטימלי בזרם הזמין.

ממירים אחראים להמרת DC ל-AC, בעוד לממירים יש את התפקיד של המרה DC במתח גבוה הנמשך מחבילת הסוללות לזרם במתח נמוך יותר שהרכב צריך להפעיל מערכות שונות. בקרים חיוניים לחלוקת הכוח מכיוון שהם עוזרים לנהל את זרימת החשמל אל ומערכת הסוללות; הם גם מה שמאפשר בלימה רגנרטיבית ברכב EV.

EVs מופעלים בצורה שונה מאוד

לרכבים חשמליים יש אולי פחות חלקים נעים בהשוואה למכוניות בעירה, אבל זה לא אומר שהם לא חלקים מורכבים של הנדסה. להיפך, למעשה, שכן הם זקוקים לסדרה של מערכות כדי לעבוד יחד על מנת לספק את הכוח, היעילות, הטווח והאמינות שהצרכנים דורשים.

פריצות דרך והתקדמות בטכנולוגיית EV הם נפוצים, ועדיף לפחות לקבל הבנה בסיסית של איך הם עובדים ומה בדיוק משתפר. ידע זה חשוב גם אם אתה בעל רכב חשמלי ומעוניין לדעת כיצד לתחזק אותו כראוי וכיצד זה שונה מרכב ICE.