وقتی کاپوت یک خودروی بنزینی را بالا می‌زنیم، با مجموعه‌ای از قطعات آشنا روبه‌رو می‌شویم؛ موتور، سیستم سوخت‌رسانی، تسمه‌ها، لوله‌ها، فیلترها و قطعات مکانیکی مختلف. اما در یک خودروی برقی، بخش بزرگی از این داستان اصلاً وجود ندارد.
اینجا خبری از احتراق بنزین و پیستون‌هایی که بالا و پایین می‌روند نیست. انرژی ذخیره‌شده در باتری، از طریق تجهیزات الکترونیکی به موتور می‌رسد و موتور مستقیماً نیروی لازم برای حرکت خودرو را تولید می‌کند. همین تفاوت ساده، بخش بزرگی از تجربه رانندگی و حتی تعمیرات خودرو را تغییر می‌دهد.
اول از همه؛ داخل یک موتور برقی چه می‌گذرد؟
موتور الکتریکی خودرو در ساده‌ترین تعریف از دو بخش اصلی تشکیل شده است: استاتور و روتور.
استاتور بخش ثابت موتور است و روتور بخش متحرک. عبور جریان الکتریکی از سیم‌پیچ‌های استاتور، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و این میدان باعث چرخش روتور می‌شود. حرکت چرخشی روتور نیز در نهایت از طریق سیستم انتقال قدرت به چرخ‌ها منتقل می‌شود.
نکته جالب اینجاست که برخلاف موتور احتراق داخلی، برای تولید حرکت لازم نیست چیزی درون موتور منفجر شود یا پیستون‌ها به صورت رفت‌وبرگشتی حرکت کنند. نیروی محرکه از تعامل میدان‌های مغناطیسی به وجود می‌آید.
همین موضوع باعث می‌شود موتور برقی بتواند گشتاور خود را خیلی سریع در اختیار راننده قرار دهد؛ ویژگی‌ای که یکی از دلایل شتاب‌گیری سریع بسیاری از خودروهای برقی است.
برق باتری چطور به حرکت تبدیل می‌شود؟
شاید تصور کنیم باتری را به موتور وصل کنیم و موتور شروع به چرخیدن کند، اما سیستم واقعی کمی پیچیده‌تر است.
باتری خودرو برق DC ذخیره می‌کند. در بسیاری از خودروهای برقی، موتور کششی از نوع AC است؛ بنابراین یک قطعه مهم به نام اینورتر بین باتری و موتور قرار می‌گیرد.
اینورتر برق DC باتری را به جریان AC مناسب برای موتور تبدیل می‌کند و در عین حال میزان توان، سرعت و گشتاور موتور را کنترل می‌کند. به زبان ساده، می‌توان اینورتر را یکی از مهم‌ترین رابط‌های بین باتری و موتور دانست.
بنابراین وقتی راننده پدال گاز را فشار می‌دهد، در واقع یک زنجیره اتفاق می‌افتد:
باتری ← اینورتر ← موتور الکتریکی ← انتقال قدرت ← چرخ‌ها
البته در خودروی واقعی تجهیزات دیگری مانند سیستم مدیریت باتری، سیستم خنک‌کاری و مبدل‌های الکترونیکی نیز در این زنجیره نقش دارند.
چرا موتور برقی به گیربکس چندسرعته نیاز ندارد؟
این یکی از تفاوت‌های مهم خودروهای برقی با خودروهای بنزینی است.
موتور احتراق داخلی معمولاً برای کار در محدوده مشخصی از دور موتور بهینه است. برای همین خودرو به گیربکس نیاز دارد تا نسبت انتقال قدرت را تغییر دهد و موتور بتواند در سرعت‌های مختلف عملکرد مناسبی داشته باشد.
موتور برقی شرایط متفاوتی دارد. موتور الکتریکی می‌تواند در محدوده بسیار گسترده‌ای از سرعت کار کند و گشتاور قابل‌توجهی را از همان ابتدای حرکت در اختیار خودرو قرار دهد.
به همین دلیل بسیاری از خودروهای برقی از یک سیستم انتقال قدرت تک‌سرعته استفاده می‌کنند، نه گیربکس چندسرعته‌ای که در خودروهای معمولی می‌بینیم. البته این به معنی حذف کامل انتقال قدرت نیست؛ همچنان چرخ‌دنده‌ها و اجزای انتقال نیرو وجود دارند، اما ساختار آن بسیار ساده‌تر است.
نتیجه را هنگام رانندگی می‌توان حس کرد: خبری از تعویض دنده‌های محسوس و افت‌وخیز دور موتور نیست و افزایش سرعت می‌تواند بسیار پیوسته باشد.
موتور برقی فقط موتور نیست؛ می‌تواند ترمز هم باشد
یکی از جالب‌ترین ویژگی‌های خودروهای برقی این است که موتور می‌تواند در هنگام کاهش سرعت، نقش دیگری هم داشته باشد.
وقتی راننده پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارد یا ترمز می‌کند، سیستم می‌تواند موتور را در حالت تولید برق قرار دهد. در این حالت چرخ‌ها موتور را می‌چرخانند و بخشی از انرژی جنبشی خودرو به انرژی الکتریکی تبدیل شده و به باتری بازمی‌گردد.
به این فرآیند ترمز احیاکننده یا Regenerative Braking گفته می‌شود.
البته تمام انرژی حرکتی خودرو دوباره به باتری برنمی‌گردد؛ بخشی از آن در فرایند تبدیل انرژی از دست می‌رود. با این حال، بازیابی همین بخش از انرژی باعث افزایش بهره‌وری خودرو می‌شود.
این سیستم همچنین می‌تواند میزان استفاده از ترمزهای اصطکاکی معمولی را کاهش دهد و در نتیجه استهلاک لنت و دیسک ترمز کمتر شود.
آیا همه خودروهای برقی یک نوع موتور دارند؟
اینجا یک تصور رایج دیگر هم وجود دارد: اینکه هر بار استفاده از شارژ سریع، باتری را خراب می‌کند.
واقعیت کمی ظریف‌تر است.
شارژ سریع DC، مخصوصاً در توان‌های بالا، فشار حرارتی و الکتریکی بیشتری به باتری وارد می‌کند و استفاده مکرر از آن می‌تواند فرسایش باتری را افزایش دهد. در مطالعه اخیر Geotab، خودروهایی که سهم زیادی از شارژشان با شارژرهای DC پرقدرت بالای ۱۰۰ کیلووات انجام می‌شد، نرخ فرسایش بالاتری نسبت به خودروهایی داشتند که بیشتر از شارژ کم‌توان‌تر استفاده می‌کردند.
اما این به معنی ممنوع بودن شارژ سریع نیست.
شارژ سریع دقیقاً برای زمانی ساخته شده که به آن نیاز دارید؛ مثلاً در یک سفر طولانی. مسئله زمانی ایجاد می‌شود که این روش به شکل دائمی و برای تمام شارژهای روزمره استفاده شود، در حالی که امکان شارژ آرام‌تر در خانه یا محل کار وجود دارد.
در واقع، استفاده درست از خودرو بیشتر شبیه پیدا کردن تعادل است تا رعایت یک فهرست طولانی از قوانین وسواس‌گونه.
موتور برقی چه چیزی را از خودرو حذف کرده است؟
یکی از جذاب‌ترین بخش‌های ماجرا همین است.
در یک خودروی تمام‌برقی، دیگر به بسیاری از اجزای مربوط به موتور احتراق داخلی نیازی نیست؛ قطعاتی مانند مخزن سوخت، پمپ سوخت و مسیر انتقال سوخت حذف می‌شوند. همچنین موتور دیگر به سیستم احتراق و بسیاری از اجزای مرتبط با آن نیاز ندارد.
این کاهش تعداد قطعات متحرک و سیستم‌های مکانیکی باعث شده ساختار قوای محرکه ساده‌تر شود.
اما «ساده‌تر» به معنی «بدون فناوری پیچیده» نیست.
در واقع بخشی از پیچیدگی که قبلاً در موتور و گیربکس وجود داشت، به بخش دیگری منتقل شده است: باتری، اینورتر، نرم‌افزار، سنسورها، سیستم مدیریت باتری و تجهیزات الکترونیک قدرت.
به همین دلیل تعمیر خودروی برقی الزاماً ساده‌تر از خودروی بنزینی نیست؛ بلکه نوع تخصص موردنیاز تغییر کرده است.
چرا خودروهای برقی این‌قدر سریع شتاب می‌گیرند؟
وقتی یک خودروی برقی قدرتمند را می‌رانید، چیزی که بیش از همه جلب توجه می‌کند معمولاً شتاب اولیه آن است.
دلیل اصلی این است که موتور الکتریکی می‌تواند گشتاور را تقریباً بلافاصله در اختیار سیستم انتقال قدرت قرار دهد. در یک خودروی بنزینی، موتور باید در محدوده مناسب دور موتور قرار بگیرد تا بیشترین توان و گشتاور را تولید کند؛ اما موتور برقی از همان شروع حرکت رفتار متفاوتی دارد.
البته شتاب خودرو فقط به موتور وابسته نیست. توان باتری، اینورتر، سیستم خنک‌کاری، وزن خودرو، چسبندگی لاستیک‌ها و تنظیمات نرم‌افزاری نیز روی نتیجه نهایی تأثیر دارند.
به همین دلیل ممکن است دو خودروی برقی با موتورهایی با قدرت مشابه، عملکرد متفاوتی داشته باشند.
یک تفاوت مهم که پشت فرمان دیده نمی‌شود
اگر بخواهیم تفاوت موتورهای بنزینی و برقی را در یک جمله خلاصه کنیم، شاید بتوان گفت:
در خودروی بنزینی، بخش بزرگی از مهندسی برای کنترل یک فرایند مکانیکی و حرارتی بسیار پیچیده انجام می‌شود؛ در خودروی برقی، بخش مهمی از این پیچیدگی به کنترل دقیق انرژی الکتریکی منتقل شده است.
به همین دلیل است که وقتی سوار یک خودروی برقی می‌شویم، تجربه رانندگی ممکن است بسیار ساده به نظر برسد: پدال را فشار می‌دهیم و خودرو حرکت می‌کند.
اما پشت همین تجربه ساده، باتری، اینورتر، موتور، سیستم مدیریت انرژی و مجموعه‌ای از کنترلرها دائماً در حال هماهنگ کردن یکدیگر هستند.
و شاید همین نکته یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های خودروهای امروزی با خودروهایی باشد که بیش از یک قرن است می‌شناسیم: حرکت خودرو همچنان همان هدف قدیمی است، اما فناوری پشت این حرکت دارد از مکانیک به سمت الکترونیک و نرم‌افزار تغییر می‌کند.
