اختيار محرك السيارة الكهربائية المناسبة للأداء والنطاق

مقدمة

تقوم ثورة المركبات الكهربائية (EV) بإعادة تشكيل صناعة السيارات ، حيث تقدم بديلاً صديقًا للبيئة لمركبات محرك الاحتراق الداخلي التقليدي (ICE). في قلب هذا الانتقال يكمن محرك السيارة الكهربائية ، وهو مكون رئيسي يحدد كل من أداء ومدى السيارة. يعد اختيار المحرك الصحيح أمرًا بالغ الأهمية لأنه يؤثر بشكل مباشر على التسارع وديناميات القيادة وكفاءة السيارة ، والتي تترجم إلى المدى الذي يمكن أن تسير فيه السيارة في شحنة واحدة.

تمتد أهمية محرك السيارة الكهربائية إلى ما هو أبعد من الأداء لتشمل النطاق ، مما يجعله قرارًا حاسمًا للمستهلكين الذين يتطلعون إلى زيادة خبرة القيادة إلى الحد الأقصى وتقليل تواتر إعادة الشحن. مع استمرار تطور تكنولوجيا المركبات الكهربائية ، فإن أحد التطورات المهمة هو نظام محرك الأقراص المباشر ، والذي يهدف إلى تحسين الأداء والنطاق من خلال التخلص من بعض أوجه القصور في عمليات القيادة التقليدية.

فهم محركات السيارات الكهربائية

المحرك السيارة الكهربائيةهو المكون الأساسي المسؤول عن تحويل الطاقة المخزنة في بطارية السيارة إلى طاقة ميكانيكية لدفع السيارة للأمام. على عكس المحركات التقليدية التي تحرق الوقود لإنشاء الطاقة ، تعمل المحركات الكهربائية على مبدأ المغناطيسية الكهرومغنتية. عندما تتدفق الكهرباء عبر لفائف في المحرك ، فإنها تخلق مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل مع مجموعة أخرى من المغناطيس ، مما يولد حركة الدوران لقيادة العجلات.

أنواع المحركات الكهربائية

نمو سوق المركبات الكهربائية العالمية: يشهد سوق السيارات الكهربائية نموًا سريعًا ، حيث بلغت مبيعات السيارات الكهربائية العالمية 10.5 مليون وحدة في عام 2022 ، بزيادة بنسبة 55 ٪ عن العام السابق (2021) وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA). يرتبط سوق السيارات الكهربائية مباشرة بهذا الاتجاه ، حيث يتبنى مصنعو المركبات المزيد من القيادة الكهربائية المتقدمة. لفهم تمامًا كيف يعمل محرك السيارة الكهربائية ، من الضروري معرفة الأنواع المختلفة المتاحة. كل نوع محرك له مزاياه ومقاييسه من حيث الأداء والكفاءة والمدى والتكلفة.

أنظمة محرك السيارات المباشرة

• مبدأ العمل:تقضي أنظمة محرك المحرك المباشر على الحاجة إلى الروابط الميكانيكية التقليدية مثل الإرسال أو علب التروس. بدلاً من ذلك ، يتم توصيل المحرك مباشرة بالعجلات أو المحاور ، مما يوفر الطاقة مباشرة من المحرك إلى العجلات.
• فوائد:من خلال القضاء على أجزاء متحركة إضافية ، تقلل أنظمة محرك المحرك المباشر من الخسائر الميكانيكية الناجمة عن الاحتكاك ، وتحسين كفاءة الطاقة ، وتقليل الوزن. يمكنهم أيضًا تعزيز استجابة السيارة والسيطرة عليها ، وهو أمر مفيد بشكل خاص في المركبات الموجهة نحو الأداء.
• التطبيقات:يكتسب هذا النظام شعبية في تصميمات السيارات الكهربائية المتقدمة حيث تكون الكفاءة والأداء العالي هي المفتاح ، كما هو الحال في السيارات الرياضية أو EVs الأداء مثل Rimac Nevera.

1.المحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM)

المحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM) هي نوع المحرك الأكثر شيوعًا في EVs الحديثة. يستخدم أكثر من 70 ٪ من سوق EV العالمي تقنية PMSM ، وخاصة بالنسبة للمركبات متوسطة المدى وعالية الأداء.

• • مبدأ العمل:يستخدم هذا النوع من المحرك مغناطيسًا دائم لإنشاء مجال مغناطيسي. يدور الدوار ، المتواصل بعجلات السيارة ، متزامنًا مع الحقل المغناطيسي المتغير في الجزء الثابت (الجزء الثابت من المحرك).
  • فوائد:تعتبر PMSMS عالية الكفاءة ، ولهذا السبب يتم تفضيلها في معظم السيارات الكهربائية الحديثة ، وخاصة تلك التي تهدف إلى الأداء العالي والمدى. أنها توفر عزم الدوران الفوري والتسارع السريع.
  • التطبيقات:وجدت في EVs متوسطة المدى وعالية الأداء مثل Tesla Model 3 و Nissan Leaf.

2.محركات التعريفي (IM)

• • مبدأ العمل:تعتمد محركات الحث على الحث الكهرومغناطيسي لتوليد مجال مغناطيسي دوار. على عكس PMSMS ، فإنها لا تستخدم المغناطيس الدائم ، مما يجعلها أكثر بأسعار معقولة.
  • فوائد:هذه المحركات معروفة بمتانة وموثوقيتها. أنها توفر أداء جيد ، خاصة من حيث التسارع ، وقادرة على تجديد الطاقة عند التباطؤ.
  • التطبيقات:تستخدم في مركبات Tesla Smodel S و Model X السابقة.

3.محركات التردد المحولة (SRM)

• • مبدأ العمل:تعمل SRMS عن طريق تشغيل التيار وإيقافها لإنشاء مجال مغناطيسي دوار في الجزء الثابت. هذا النوع من المحرك متين للغاية وبسيط في التصميم.
  • فوائد:SRMS فعالة من حيث التكلفة ويمكن تصميمها لتكون أخف وزنا وأكثر إحكاما من أنواع المحركات الأخرى.
  • التطبيقات:على الرغم من عدم استخدامه على نطاق واسع ، يتم استكشاف SRMS لاستخدامه في EVs الصديقة للميزانية.

العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار محرك

عند اختيار محرك السيارة الكهربائي ، تدور الاعتبارات الأساسية حول جانبين رئيسيين: الأداء والنطاق. دعنا نقوم بتفكيك ما يؤثر على هذه العوامل وكيف تتماشى أنواع المحركات المختلفة مع احتياجاتك.

أ. احتياجات الأداء

غالبًا ما يكون الأداء محركًا رئيسيًا في اختيار محرك السيارة الكهربائي الصحيح. بالنسبة للعديد من المستهلكين ، فإن التسارع وعزم الدوران والتعامل معهم. يؤثر محرك السيارة الكهربائية على مدى سرعة وصول السيارة إلى سرعتها القصوى ومدى استجابةها أثناء التسارع السريع.

• عزم الدوران والتسارع:عزم الدوران هو القوة التي تمكن السيارة من التسارع. تتمتع المحركات الكهربائية بميزة مميزة على محركات الاحتراق الداخلي من حيث أنها توفر أقصى عزم دوران على الفور ، مما يترجم إلى التسارع الفوري من طريق مسدود. تقدم المحركات الكهربائية ، وخاصة المحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM) ، 100 ٪ من عزم الدوران على الفور عندما يتم الضغط على المسرع ، على عكس المركبات الجليدية التقليدية ، والتي تحتاج إلى زيادة دورة في الدقيقة (الثورات في الدقيقة) لتوليد الطاقة. وهذا يؤدي إلى تسارع أسرع وتجارب القيادة أكثر سلاسة.

أداء التسارع:

• Tesla Model S منقوشة:0-60 ميلاً في الساعة في 1.99 ثانية مع إعداد الدفع بجميع العجلات المزدوجة والمحركات الكهربائية.
• Rimac Nevera:0-60 ميل في الساعة في 1.85 ثانية ، مدعومة بأنظمة محرك مباشرة مع أربعة محركات كهربائية.
• طبعة Air Dream Lucid:0-60 ميل في الساعة في 2.5 ثانية ، مدعوم من PMSM.
• السرعة القصوى والتعامل:تؤثر قدرة المحرك على تقديم الطاقة المستدامة أيضًا على السرعة القصوى وقدرة السيارة على الحفاظ على هذه السرعة بمرور الوقت. توفر المحركات التي تركز على الأداء مثل PMSM كل من عزم الدوران العالي وسرعة الدوران العالية ، مما يجعلها مثالية للمركبات التي تتطلب تسارعًا فائقًا ومعالجة ، مثل السيارات الرياضية أو سيارات السيدان الفاخرة.

يتم إقران محركات الأداء الكهربائي بشكل متزايد مع أنظمة مزدوجة الحركية من أجل الدفع بجميع العجلات ، مما يحسن كل من الجر والتسارع. هذه الأنظمة مثالية للمركبات عالية الأداء ، مثل Plaid Tesla Model S ، والتي يمكن أن تتسارع من 0 إلى 60 ميلاً في الساعة في أقل من 2 ثانية.

ب. النطاق تحسين

ربما يكون النطاق هو العامل الأكثر أهمية للعديد من مشتري السيارات الكهربائية. إنه يحدد إلى أي مدى يمكنك السفر بتهمة واحدة ، والتي يمكن أن تكون بمثابة اعتبار كبير ، خاصة بالنسبة للسائقين لمسافات طويلة. يكمن مفتاح تحقيق المدى الأطول في كفاءة المحرك - كم يتم تحويل الكثير من الطاقة الكهربائية من البطارية إلى طاقة قابلة للاستخدام للدفع.

• الكفاءة الحركية:يمكن أن تصل المحركات الكهربائية إلى مستويات الكفاءة حوالي 85-90 ٪ ، مقارنة بـ 20-30 ٪ لمحركات الاحتراق الداخلي التقليدي (ICE). يمكن للسيارات الكهربائية تحقيق أرقام استهلاك الطاقة في حدود 3 إلى 5 أميال لكل كيلوواط ساعة (كيلووات ساعة) من طاقة البطارية ، اعتمادًا على ظروف القيادة ، والكفاءة الحركية ، والوزن. تساعد المحركات الفعالة مثل PMSMS وأنظمة محرك المحرك المباشر على زيادة النطاق عن طريق تقليل فقدان الطاقة. على سبيل المثال ، تم تصميم نظام محرك المحرك المباشر لتقليل الخسائر الاحتكاكية الموجودة في أنظمة التروس التقليدية ، مما يضمن تحويل المزيد من طاقة البطارية إلى حركة.
• حجم البطارية والوزن:يتأثر النطاق أيضًا بحجم البطارية. ومع ذلك ، فإن البطاريات الكبيرة أثقل ، والتي يمكن أن تعوض بعض المكاسب من محرك عالية الكفاءة. لهذا السبب يتم اعتماد أنظمة محرك المحرك المباشر الخفيفة الوزن ، التي تلغي الحاجة إلى مكونات ميكانيكية ثقيلة مثل علب التروس ، لتحقيق التوازن بين كل من النطاق والكفاءة.
• نموذج تسلا:توفر بطارية 100 كيلو واط في الساعة في إصدار طويل المدى بالإضافة إلى حوالي 370 ميلًا على شحنة واحدة.
• فورد موستانج ماخ-إي:مع بطارية 75.7 كيلو واط ساعة ، يوفر Mach-E مجموعة من 230 ميلًا على الإصدار القياسي وما يصل إلى 312 ميلًا على إصدار البطارية الممتد.

مقارنة تقنيات محرك السيارات الكهربائية

يعد اختيار محرك السيارات الكهربائية قرارًا حاسمًا يمكن أن يؤثر على الأداء والنطاق. هنا ، نقارن أكثر تقنيات المحرك شيوعًا وندرس فوائدها:

أنظمة محرك السيارات المباشرة

• المزايا:هذه الأنظمة تلغي الحاجة إلى علب التروس التقليدية ، وتقليل الخسائر الميكانيكية وتحسين الكفاءة. كما أنها توفر توصيل الطاقة المباشر للعجلات ، مما يعزز الاستجابة والسيطرة.
• عيوب:يتطلب تكامل أنظمة محرك السيارات المباشر هندسة متقدمة ويمكن أن يكون أكثر تكلفة لإنتاجها.
• التطبيقات:يتم استخدام هذه الأنظمة بشكل شائع في مركبات الأداء ويتم دمجها في السيارات الكهربائية من الجيل التالي من شركات مثل Rimac و Lucid Motors.

أ. المحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM)

• المزايا:توفر هذه المحركات كفاءة عالية ، وهو أمر بالغ الأهمية لزيادة نطاق القيادة. كما أنها تنتج عزم الدوران الفوري ، مما يعني التسارع السريع والقيادة السلسة.
• عيوب:تعتبر PMSMS أكثر تكلفة بسبب تكلفة المغناطيس الدائم ، والتي يتم تصنيعها من مواد الأرض النادرة. ومع ذلك ، فإن السعر له ما يبرره زيادة الكفاءة والأداء.
• التطبيقات:وجدت في معظم السيارات الكهربائية عالية الأداء ، بما في ذلك EVs الفاخرة مثل BMW I4 و Porsche Taycan.

ب. محركات التعريفي (IM)

• المزايا:المحركات التعريفية قوية وفعالة من حيث التكلفة ، مما يجعلها خيارًا جيدًا للمركبات ذات السوق الشاملة. فهي متينة وقادرة على التعامل مع الأحمال العالية.
• عيوب:بالمقارنة مع PMSMS ، تميل المحركات التعريفية إلى أن تكون أقل كفاءة ، مما يعني أنها قد توفر نطاقًا أقل قليلاً لنفس حجم البطارية.
• التطبيقات:تستخدم في نماذج Tesla السابقة مثل Tesla Model S و Model X. الموجودة أيضًا في العديد من التطبيقات الصناعية.

ج. محركات التردد المحولة (SRM)

• المزايا:SRMS بسيطة ودائمة وفعالة من حيث التكلفة. أنها لا تتطلب مغناطيس دائم ، مما يقلل من اعتمادهم على المواد باهظة الثمن.
• عيوب:أنها تميل إلى أن تكون صاخبة ولديها كفاءة أقل مقارنة مع PMSMS.
• التطبيقات:لا يزال يتم تطوير SRMS للاستخدام في السيارات الكهربائية ، ولكن يتم استخدامها بشكل شائع في التطبيقات الصناعية ومنخفضة التكلفة.

مطابقة أنواع المحركات مع فئات المركبات

يعتمد اختيار المحرك غالبًا على نوع السيارة واستخدامها المقصود. إليك كيفية توافق محركات السيارات الكهربائية المختلفة مع فئات المركبات المختلفة:

1.السيارات المدمجة

بالنسبة للسيارات الكهربائية المدمجة ، غالبًا ما يتم تحديد أولويات الكفاءة والتكلفة. تعد PMSMS مثالية لـ EVs المدمجة مثل Nissan Leaf ، والتي تركز على زيادة النطاق مع الحفاظ على السيارة بأسعار معقولة وخفيفة الوزن. توفر هذه المحركات الكفاءة اللازمة لرحلات أطول دون زيادة التكلفة بشكل كبير.

2.مركبات الأداء

بالنسبة للسيارات الكهربائية عالية الأداء مثل Tesla Model S ، يتم تفضيل أنظمة محرك السيارات المباشرة و PMSMs عالية الكفاءة. توفر هذه الأنظمة تسارعًا فائقًا ومعالجة وكفاءة ، مما يجعلها مثالية للمتطلبات عالية السرعة للسيارات الرياضية.

3.المركبات التجارية والمرافق

بالنسبة للشاحنات الكهربائية والمركبات التجارية ، فإن المحركات التي تعطي أولوية عزم الدوران والكفاءة ضرورية. تعد المحركات التعريفية أو أنظمة محرك المحرك المباشر مثالية لهذه التطبيقات ، لأنها توفر المتانة والنطاق والكفاءة اللازمة للتعامل مع الأحمال الثقيلة والمسافات الطويلة.

الابتكارات في محركات السيارات الكهربائية

تدفع التقدم في تكنولوجيا محركات السيارات الكهربائية باستمرار حدود الأداء والكفاءة والمدى. بعض من أحدث الابتكارات تشمل:

• أنظمة الحركية المزدوجة:من خلال دمج محركين كهربائيين-واحد لكل محور-يمكن أن أنظمة الحركية الثابتة تحسين المعالجة والجر والتسارع. تم العثور على هذا الإعداد عادة في السيارات الكهربائية عالية الأداء مثل Tesla Model S.
• أنظمة محرك السيارات المباشرة:تحظى هذه الأنظمة بشعبية متزايدة بسبب قدرتها على القضاء على الخسائر الميكانيكية. تتيح أنظمة محرك المحرك المباشر التحكم أكثر دقة في أداء السيارة ، وتحسين الكفاءة ، وتقليل الوزن.
• مواد خفيفة الوزن:يساعد استخدام مواد خفيفة الوزن ، مثل الألومنيوم وألياف الكربون ، على تقليل وزن المحرك الكهربائي والسيارة الإجمالية ، وبالتالي زيادة النطاق وتحسين الأداء.

نصائح لاختيار المحرك المناسب

عند اختيار محرك السيارة الكهربائية الصحيح ، فكر في النصائح التالية:

1.فهم احتياجات القيادة الخاصة بك:هل تحتاج إلى مركبة ذات عزم دوران عالي للقطر أو على الطرق الوعرة ، أم أنك مهتم أكثر بالسفر لمسافات طويلة وكفاءة استهلاك الوقود

2.تقييم مواصفات الشركة المصنعة:تحقق دائمًا من تصنيفات الكفاءة وعزم الدوران وإخراج الطاقة للمحرك لتحديد ما إذا كان يلبي احتياجاتك.

3.النظر في الابتكارات المستقبلية:ابحث عن محركات السيارات الكهربائية المتوافقة مع تقنيات البطارية المستقبلية وتحديثات البرامج لضمان بقاء سيارتك فعالة وذات صلة لسنوات قادمة.

الأسئلة الشائعة حول محركات السيارات الكهربائية

1.كيف تختلف المحركات الكهربائية عن محركات الاحتراق التقليدية؟

تولد المحركات الكهربائية الطاقة باستخدام الحقول الكهرومغناطيسية ، مما يجعلها أكثر كفاءة وأنظف من محركات الاحتراق الداخلي ، والتي تحرق الوقود لتوليد الطاقة.

2.هل يمكنني ترقية محرك سيارتي الكهربائي لتحسين أداء؟

في معظم الحالات ، يتطلب ترقية المحرك تعديلات كبيرة على مجموعة الحركة. ومع ذلك ، قد توفر النماذج الأحدث ترقيات محرك كجزء من حزمة الأداء.

3.ما هو الدور الذي يلعبه حجم المحرك في تصميم EV؟

يؤثر حجم المحرك على طاقة السيارة وكفاءتها ونطاقها. عادة ما توفر المحركات الأكبر قدرًا أكبر من الطاقة ولكنها قد تقلل من نطاق السيارة.

خاتمة

يعد اختيار محرك السيارات الكهربائي المناسب قرارًا حاسمًا سيؤثر على كل من تجربة القيادة وكفاءة سيارتك. سواء كنت تبحث عن عزم الدوران الفوري لـ PMSM ، فإن كفاءة نظام محرك المحرك المباشر ، أو متانة محرك تعريفي ، فإن فهم الفوائد والقيود في كل نوع ستساعدك على اتخاذ خيار مستنير. مع استمرار توسيع سوق المركبات الكهربائية وتطوره ، سيوفر توافر أنواع المحركات المختلفة للمستهلكين المزيد من الخيارات لمطابقة احتياجاتهم وتفضيلاتهم.

من خلال إعطاء الأولوية لكل من الأداء والنطاق ، يمكن للمستهلكين ضمان قيامهم باختيار لا يدعم عادات القيادة فقط ولكن أيضًا الاستدامة طويلة الأجل لسوق السيارات الكهربائية. محرك السيارات الكهربائي الصحيح هو استثمار في كل من التكنولوجيا ومستقبل النقل.