تجهیزات ابزار آزما

وسایل نقلیه برقی و توسعه مدت زمان موثر رانندگی



وسایل نقلیه برقی و توسعه مدت زمان موثر رانندگی

چکیده

وسایل نقلیه برقی به جهت اثر کربنی پایین و سهولت در ارتباط با انرژی های تجدید پذیر روز به روز در حال محبوبیت یافتن هستند. این وسایل نقلیه المان های مهمی در اکوسیستم شبکه هوشمند می باشند. افزایش بازه زمانی رانندگی با این وسایل نقلیه مهمترین چالش پیش رو در صنعت وسایل نقلیه برقی سبک می باشد. در این مقاله خلاصه ای از ساختار وسایل نقلیه برقی و تکنولوژی های مختلف توسعه بازه زمانی رانندگی ارائه شده است.

ساختار وسایل نقلیه برقی

تمامی وسایل نقلیه برقی از چهار بلوک اصلی تشکیل شده اند. 1) باتری به جهت تولید ولتاژ DC. 2) یک مبدل DC به AC برای تبدیل ولتاژ DC به یک ولتاژ AC فرکانس بالا.3) یک موتور AC کوپل شده با سیستم انتقال نیرو 4) مدار شارژر به منظور شارژ باتری ها.

گاهی اوقات یک مبدل DC به DC اضافی به منظور افزایش ولتاژ باتری ها نیاز می شود. شکل 1 دیاگرام بلوکی از ساختار وسیله نقلیه برقی را نشان می دهد.

شکل1:نمایش بلوک دیاگرامی ساختار وسایل نقلیه برقی.

باتری

خصوصیات باتری برای وسایل نقلیه برقی برای انواع این وسایل نقلیه متفاوت است. اکثر این خودروها از باتری های لیتیوم یون با ولتاژ DC نامی 370 ولت استفاده می کنند. هرچه ظرفیت باتری بالاتر باشد مدت زمان رانندگی بیشتر خواهد بود. مدت زمان رانندگی برای وسایل نقلیه برقی کنونی از 60 مایل بر هر بار شارژ تا 380 مایل بر هر بار شارژ خواهد بود.

مبدل DC به AC

مبدل های DC  به  AC، ولتاژ DC را به یک ولتاژ AC با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می کنند. این مبدل ها قابلیت کنترل سرعت نرم وسیله نقلیه را فراهم می کنند. ولتاژ DC ورودی به این مبدل یک بازه عملیاتی 280 تا 360 ولتی دارد. این ولتاژ DC می تواند مستقیماً با استفاده از باتری های ولتاژ بالا یا اینکه از یک مبدل افزاینده مجزا به همراه باتری های ولتاژ پایین تولید شود.

موتور

انواع موتور های مورد استفاده در وسایل نقلیه برقی در سه نوع می باشند: موتور های سنکرون مغناطیس دائم بدون جاروبک، موتورهای القایی AC و موتورهای رلوکتانسی سوییچی. موتورهای القایی AC برای خودروها با کاربردهای متفاوت مرسوم تر می باشند. این موتورها در فرایند تولید ساده و کم هزینه می باشند. همچنین این موتورها بهره وری خوبی در محدوده بار و سرعت عملیاتی دارند و به دلیل نداشتن جاروبک نیازمند نگهداری کمتری نیز هستند. موتورهای مغناطیس دائم گشتاور راه اندازی بالا و پیک بهره وری بالایی دارند. این موتورها در کاربردهای وزن متوسط و ترکشن مورد استفاده قرار می گیرند. موتورهای رلوکتانسی سوییچی اخیراً به موتورهای الکتریکی اضافه شده اند. این موتورها نیازی به مغناطیس های دائم بر روی رتور ندارند و گشتاور و بهره وری بالایی نیز دارند.

شارژر باتری

اکثر وسایل نقلیه برقی با شارژرهای بر خط تغذیه می شوند. این شارژرها در سطح 1 و 2 طبقه بندی می شوند. این شارژرها می توانند ولتاژ AC برق شهری را به ولتاژ DC شارژ باتری تبدیل کنند. اگرچه شارژ با این شارژرها به آهستگی صورت می گیرد ولی به جهت اتصال مستقیم به خروجی AC، مرسوم می باشند. شارژرهای سطح 1 ولتاژ 110 ولت AC و سطح 2 220ولت AC را در ورودی دریافت می کنند. به جهت داشتن قابلیت شارژ سریع، شارژرهای سطح 3 و 4 توسعه یافته اند. این ها شارژرهای ولتاژ بالا DC هستند که شارژرهای برخط را بطور کامل از مدار خارج می کنند. شارژرهای سطح 3 امکان ارائه تا 50kw توان و سطح 4 تا 120kw توان را در هر وسیله نقلیه دارند.

استفاده از منابع فتوولتاییک

از پنل های فتوولتاییک می توان در چندین روش به جهت کمک به عملکرد کلی وسایل نقلیه برقی استفاده نمود. یکی از این روش ها استفاده از پنل های فتوولتاییک به همراه یک مبدل DC به DC برای شارژ باتری ها می باشد. در این حالت شارژر می تواند بخشی از وسیله نقلیه باشد. در سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه، شارژر باتری می تواند شارژر AC به DC مرسوم باشد و فتوولتاییک می تواند عمده برق مورد نیاز وسیله نقلیه را تولید کند. در شکل 2 نمایش بلوکی وسیله نقلیه برقی را با واحد فتوولتاییک نشان نی دهد. مادامی که فتوولتاییک قادر به شارژ باتری نباشد باتری ها توان خود را از شبکه می گیرند. نوع دوم استفاده از فتوولتاییک شارژ برقی برخط می باشد. در این حالت پنل های فتوولتاییک بر روی بدنه یا شاسی وسیله نقلیه نصب می شوند و از آن برای شارژ باتری استفاده می شود. اما این فرایند شارژ یک فرایند پیوسته خواهد بود که باتری حضور فتوولتاییک به طور کامل تخلیه نخواهد شد. اگرچه پنل ها ممکن است ظرفیت کمتری داشته باشند ولی کمکی برای شارژ باتری و افزایش بازه رانندگی خواهند بود.

شکل2: نمایش بلوکی وسیله نقلیه برقی بر مبنای فتوولتاییک.

استفاده از انرژی باد به جهت افزایش مدت زمان رانندگی

مشابه فتوولتاییک، از انرژی باد نیز می توان به جهت افزایش مدت زمان رانندگی وسیله نقلیه استفاده نمود. یک توربین بادی کوچک را می توان بر روی بدنه وسیله نقلیه قرار داد. مادامی که باد در حرکت وسیله نقلیه جاری می شود، این توربین ها می توانند باتری های وسیله نقلیه را شارژ نموده که نتیجتاً منجر به مدت زمان رانندگی بالاتر می شود. از انرژی باد می توان به جهت شارژ برخط و خارج از خط استفاده نمود. در شکل 3 نمایش بلوکی استفاده از توربین بادی برای شارژ باتری نشان داده شده است.

شکل3: استفاده از توربین بادی برای شارژ باتری.

انتقال توان غیر تماسی

در گذشته باتری های وسایل نقلیه از طریق اتصال به شبکه ولتاژ پایین یا ولتاژ بالا شارژ می شدند. اخیراً تلاش هایی به جهت شارژ باتری ها با استفاده از مکانیزم شارژ القایی شده است. در این مکانیزم، توان منتقل شده از منبع به وسیله نقلیه با استفاده از یک کوپل مغناطیسی صورت می گیرد. این مکانیزم شباهت زیادی به ترانسفورماتوری دارد که سیم پیچ اولیه طرف منبع انرژی بوده و سیم پیچ ثانویه در درون وسیله نقلیه می باشد. کوپل میدان ها از سیم پیچ اولیه به ثانویه از طریق هوا برقرار می شود. اگرچه این چنین تبدیلی به جهت کوپلینگ ضعیف پایین می باشد، مزیت های مختلفی نیز دارد که این فواید شامل: نگهداری و تعمیر کمتر به جهت نبود ارتباط فیزیکی و ایمنی بالاتر به علت نبود ریسک شوک الکتریکی و جرقه می باشد. دیگر مزیت بزرگ این نوع از سیستم ها قابلیت شارژ آسان در موقعیت های مختلف و افزایش بازه زمانی موثر رانندگی می باشد. شکل  4 ساختار بلوک دیاگرامی این سیستم را نشان می دهد. در صورت ایجاد این زیرساخت ها در پشت چراغ های ترافیکی، پارکینگ ها، و یا حتی در جاده ها، می توان باتری ها را در حال حرکت وسیله نقلیه دوباره شارژ کرد و این منجر به افزایش مدت زمان موثر رانندگی خواهد شد.

شکل4: نمایش بلوکی انتقال توان تماسی.

جمع بندی و نتیجه گیری

با افزایش روز افزون وسایل نقلیه برقی، بازه مدت زمان موثر رانندگی با این وسایل تبدیل به تیتر علایق تجاری در دنیا خواهد شد. به جهت افزایش مدت زمان موثر رانندگی استفاده از مواد ذخیره سازی پیشرفته، توسعه در تکنولوژی مبدل ها، توسعه در موتور، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و انتقال توان غیرتماسی جاده ای از عوامل موثر خواهد بود.

منابع

[1]        D. Chandran and M. Joshi, "Electric vehicles and driving range extension–A Literature review," Adv Automob Eng, vol. 5, no. 154, p. 2, 2016.


تاریخ: ۱۳۹۶/۰۶/۲۰ ۱۲:۰۶ | دفعات بازدید: ۱۷۶۲ بازدید




نظرات



ثبت نظر