كيف يعمل نظام كهرباء السيارة

شهدت السيارات الكهربائية انتشار واسع في السنوات الأخيرة، وهو ما جعل توسع هذا القطاع خطوة طبيعية مع تزايد رغبة المستخدمين في استخدام مركبات نظيفة وصديقة للبيئة، وتعتمد هذه المركبات على نظام كهرباء السيارة الذي يقوم بتشغيل المحركات الكهربائية بشكل كامل دون الحاجة إلى استخدام الوقود التقليدي كما هو الحال في السيارات بمحركات الاحتراق وفي السطور القادمة سنوضح أبرز المكونات الرئيسية وآلية العمل التي تقوم عليها السيارات الكهربائية الحديثة.

المكونات الرئيسية نظام كهرباء السيارة

تضم السيارات الكهربائية عدد من المكونات الأساسية التي تعمل بالتنسيق لتوليد الحركة، إضافة إلى بعض الأجزاء التي قد لا تتواجد في المركبات التقليدية.

المكونات الرئيسية نظام كهرباء في السيارة:

• المحرك الكهربائي:

تعتمد المركبات الكهربائية على محرك يعمل بالكهرباء يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى قدرة ميكانيكية تدفع العجلات إلى الحركة، وبخلاف محركات الاحتراق الداخلي، يوفر هذا النوع من المحركات خاصية استعادة الطاقة أثناء الكبح، حيث يتم تقليل سرعة السيارة وتحويل جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة مخزنة للاستفادة منها فيما بعد.

• البطارية:

يعتمد تشغيل المحركات في السيارات الكهربائية على مصدر طاقة ثابت يتمثل في البطاريات، حيث تزود أغلب المركبات الكهربائية بحزمة بطاريات الجر EVB التي تعد من العناصر الأساسية في بنية السيارة، وتعمل هذه الحزمة على تزويد المحرك بالطاقة باعتبارها وحدة تخزين للتيار المستمر، مما يساهم في زيادة المسافة التي يمكن للسيارة قطعها.

• ناقل الحركة:

لا تحتاج المركبات الكهربائية إلى ناقل حركة متعدد السرعات، إذ يكفي وجود علبة تروس تعمل على تحويل القدرة الميكانيكية الناتجة من المحرك الكهربائي إلى حركة تدوير العجلات، وتعد كفاءة هذا النظام أمر مهم لتقليل فقد الطاقة أثناء التشغيل.

• وحدة التحكم:

تتولى وحدة التحكم في الكترونيات القدرة تنظيم مسار الطاقة الخارجة من البطارية الرئيسية، كما تشرف على سرعة دوران المحرك الكهربائي وعزم الدوران الذي ينتجه، إضافة إلى ذلك، تقوم بمتابعة عدة قراءات أساسية تساعد في تشغيل السيارة وحركتها بصورة سليمة.

• الشحن الداخلي:

يوجد الشاحن الداخلي  أسفل الغطاء الأمامي، ومهمته تحويل التيار المتردد القادم من مصدر الشحن إلى تيار مستمر يغذي البطارية، كما يقوم بمراقبة حالة البطارية، مثل الجهد ودرجة الحرارة ومستوى الشحن، إلى جانب التحكم في كمية التيار التى تصل إلى حزمة البطاريات.

• نظام التبريد:

يختص نظام التبريد بالحفاظ على درجة حرارة التشغيل المناسبة لكل من المحرك والبطارية والمكونات الأخرى، والتي قد ترتفع بسبب تدفق التيارات الكهربائية أو القيادة بسرعات عالية، كما يمكن للعوامل الجوية، ارتفاع حرارة الصيف، التأثير على أداء السيارة، ويستخدم النظام مزيج من التبريد بالهواء، والتبريد السائل، التبريد الكهروحراري لضمان أفضل كفاءة ممكنة.

• منفذ الشحن:

تزود جميع السيارات الكهربائية بفتحة شحن مخصصة سواء لاستخدام كابل الشحن المنزلي أو الشحن السريع في المحطات العامة، وغالبا ما يكون موقع المنفذ في مقدمة السيارة أو في الجهة الخلفية على أحد الجانبين.

آلية عمل السيارات الكهربائية

تعمل السيارات الكهربائية بطريقة مختلفة تماما لآلية تشغيل المركبات التقليدية، ويرجع ذلك إلى الفارق الكبير في مكوناتها الأساسية، فبدل من الاعتماد على المحركات العاملة بالوقود، تستخدم هذه المركبات محركات كهربائية تعتمد على نظام كهرباء السيارة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية تدفع السيارة على الطريق، و يعمل المحرك الكهربائي بالاعتماد على مغناطيسين كهربائيين، أحدهما ثابت والآخر يدور باستمرار، يقوم الجزء الثابت بتوليد مجال مغناطيسي عبر التيار المستمر، بينما ينتج الجزء الدوّار مجال مغناطيسيا بواسطة التيار المتناوب، وتؤدي حركة التنافر والتجاذب بين أقطاب المغناطيسين إلى توليد قوة الدوران التي تبدأ معها حركة السيارة.

وتحصل السيارات الكهربائية على طاقتها من دائرة إلكترونيات القدرة، حيث يعتمد محرك التيار المتزامن المتناوب على تحويل التيار الخارج من البطارية إلى التردد والقوة المناسبة لعملية التشغيل، ويصنع الجزء الثابت من المحرك من مادة حديدية ذات خصائص مغناطيسية عالية، وغطى بطبقة عازلة تقلل من حدوث تيارات دوامية، مما يمكنه من توليد المجال المغناطيسي وتوجيهه بالشكل المثالي لتحريك المركبة على الطريق.

أنواع البطارية في السيارات الكهربائية

تتضمن السيارات الكهربائية على بطاريتين أساسيتين، إحداهما مخصصة لتشغيل المحرك المسؤول عن الحركة، والأخرى بطارية داعمة تستخدم لتشغيل الإضاءة ونظام القفل المركزي وبقية التجهيزات الإلكترونية، ويعتمد نظام كهرباء السيارة على مجموعة من أنواع البطاريات التي تختلف فيما بينها من حيث القدرة التخزينية والحجم وطريقة توليد الطاقة، إضافةً إلى اختلاف تركيبها الداخلي. 

أنواع البطارية في السيارات الكهربائية:

• بطارية الليثيوم.
• بطارية الليثيوم أيون.
• بطارية الصوديوم أيون.

طريقة شحن البطارية في السيارة الكهربائية

يمكن شحن بطارية السيارة الكهربائية عبر توصيلها بمصدر طاقة خارجي من خلال منفذ الشحن الموجود على الهيكل الخارجي للمركبة، ويعتمد الشحن على عدة طرق ومواقع متنوعة.

طريقة شحن البطارية في السيارة الكهربائية:

• شحن السيارة الكهربائية في المنزل:

يمكن توصيل السيارة الكهربائية بمقبس منزلي باستخدام شاحن بقدرة 11 كيلوواط، حيث يحتاج الشحن الكامل مدة لا تقل عن 9 ساعات، أو استخدام شاحن أقل قدرة 7 كيلوواط، مع وقت شحن لا يقل عن 13 ساعة. ويعمل هذا النظام ضمن نظام كهرباء السيارة لضمان وصول الطاقة بشكل آمن ومتوازن للبطارية.

• شحن السيارة الكهربائية في محطات الشحن العامة:

توفر نقاط الشحن العامة شحن بقدرة 7 كيلوواط، وتستغرق عملية الشحن حوالي 60 دقيقة، مما يمنح السيارة طاقة كافية لقطع مسافة تقريبية تصل إلى 35 كم.

• شحن البطارية عند نقاط الشحن السريعة:

تتيح محطات الشحن السريعة شحن البطارية بقدرة 50 كيلوواط لمدة 15 دقيقة، مما يكفي السيارة لقطع مسافة تصل إلى 62 كم، كما تتوفر محطات شحن أسرع بقدرة 100 كيلوواط، حيث يمكن شحن السيارة بما يسمح لها بقطع مسافة تصل إلى 127 كم خلال فترة قصيرة لا تتجاوز 15 دقيقة فقط.

نصائح للحفاظ على شحن البطارية في السيارات الكهربائية 

مع التوسع الكبير في استخدام السيارات الكهربائية، أصبح الحفاظ على كفاءة البطارية جزء أساسي من تجربة القيادة اليومية، فالاعتماد المتزايد على نظام كهرباء السيارة يجعل أداء البطارية وتأثيرها على مدى القيادة عنصر مهما لا يمكن تجاهله، لذلك من المهم التعرف على النصائح للحفاظ على شحن البطارية. 

نصائح للحفاظ على شحن البطارية في السيارات الكهربائية:

• تجنب الشحن الكامل أو التفريغ الكامل: يفضل عدم شحن البطارية في السيارات الكهربائية لأكثر من 80% أو تفريغها لأقل من 20% للحفاظ على عمرها الافتراضي.
• التقليل من استخدام الشحن السريع: توفر محطات الشحن السريع DC سرعة كبيرة في شحن البطارية، حيث يمكن الوصول إلى 80% خلال نصف ساعة، إلا أن الاستخدام المتكرر لهذا النوع من الشحن يزيد الضغط على البطارية وقد يقلل من كفاءتها مع مرور الوقت.
• الحفاظ على نسبة شحن مناسبة أثناء التخزين: عند الحاجة لتخزين السيارة لفترة ممتدة، من الأفضل إبقاء شحن البطارية بين 50% و60%، هذا يساعد على حماية البطارية من التلف ويضمن بقاؤها في حالة جيدة خلال فترة التخزين.
• التقليل من القيادة بسرعات عالية: ينصح بالحفاظ على سرعة معتدلة أثناء القيادة، حيث أن التسارع المفاجئ أو السرعات العالية لفترات طويلة قد تؤثر سلبا على عمر البطارية، القيادة الهادئة والمستقرة تساعد على الحفاظ على كفاءة البطارية لفترة أطول.