Πώς λειτουργούν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα;

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργούν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, σας βοηθά να έχετε κατά νου τους τρόπους με τους οποίους είναι παρόμοιοι με τα κανονικά οχήματα που καίνε φυσικό αέριο. Είναι ξαδέρφια από διαφορετικές γενιές, όχι μηχανές από διαφορετικά σύμπαντα. Εάν οδηγείτε, ξέρετε το τρυπάνι: Πιέστε το πεντάλ με το δεξί σας πόδι για να κινηθείτε, στρέψτε το όχημα στο σημείο που θέλετε να πάτε, ίσως βάλτε μουσική και προσπαθήστε να μην τρακάρετε.

«Ένα EV έχει τέσσερις τροχούς», λέει ο Chad Kirchner, ο ιδρυτής του

evpulse.com

, ένας ιστότοπος ειδήσεων και πληροφοριών για τα ηλεκτρικά οχήματα. «Υπάρχει ένα κουμπί εκκίνησης, υπάρχει ένα πεντάλ γκαζιού, υπάρχει ένα φρένο. Από πολλές απόψεις, ένα EV—και η εμπειρία οδήγησης EV—είναι πανομοιότυπη με μια εμπειρία με αέριο».

Τούτου λεχθέντος, υπάρχουν βασικές διαφορές στη μηχανική, το σχεδιασμό, τη συντήρηση και την απόδοση μεταξύ των ηλεκτρικών αυτοκινήτων και των οχημάτων με κινητήρα εσωτερικής καύσης (ICE).

Σύστημα μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου 101

Αρχικά, ένα όχημα ICE βασίζεται σε μια δεξαμενή βενζίνης ή ντίζελ για να πάρει την

ενέργεια

που χρειάζεται. Ένα EV, από την άλλη πλευρά, απαιτεί ένα σύστημα μπαταρίας, το οποίο αποτελείται από ένα πλήθος μεμονωμένων κυψελών. Και ακριβώς όπως μια δεξαμενή αερίου, οι κυψέλες της μπαταρίας αποθηκεύουν ενέργεια.

“Αλλά [a battery cell] παράγει επίσης ισχύ—και η ισχύς είναι αποτέλεσμα της τάσης αυτής της συγκεκριμένης κυψέλης και του ρεύματος που μπορεί να παράγει», λέει ο Τσαρλς Πουν, παγκόσμιος διευθυντής Μηχανικής Ηλεκτρικών Συστημάτων στη Ford, που κατασκευάζει το Mach-E, το F. -150 Lightning, και τα ηλεκτρικά οχήματα E-Transit. Περιγράφει την μπαταρία ως την

καρδιά

του αυτοκινήτου.

Ο σχεδιασμός της μπαταρίας στα EV θα διαφέρει μεταξύ των αυτοκινητοβιομηχανιών και ένας από τους κύριους τρόπους είναι

το σχήμα των κυττάρων τους

. Για να κάνουμε τα πράγματα λίγο πιο απτά, σκεφτείτε το Mach-E, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που κατάγεται από μια διάσημη σειρά οχημάτων που καίνε φυσικό αέριο που γέννησε τον όρο «αυτοκίνητο πόνυ». Τα κελιά στο Mach-E είναι μέσα

σακούλα

μορφή, ενώ άλλες μπαταρίες στην αγορά έχουν κυλινδρικές κυψέλες (η Tesla τις χρησιμοποιεί) ή πρισματικές κυψέλες. Ένα σύστημα μπαταρίας Mach-E έχει εκατοντάδες κύτταρα.

[Related:


This giant bumper car is street-legal and enormously delightful


]

Οι μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων που βασίζονται σε ιόντα λιθίου μπορούν επίσης να έχουν ελαφρώς διαφορετική

χημεία

. Για παράδειγμα, ένα Mach-E μπορεί να συνοδεύεται από μπαταρίες νικελίου, κοβαλτίου και μαγγανίου (NCM) ή φωσφορικό σίδηρο λιθίου

μπαταρίες (LFP).

. Οι πρώτοι είναι γνωστοί για το ότι μπορούν να διατηρούν την εξουσία για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και έχουν καλή απόδοση

χαμηλές θερμοκρασίες

ενώ οι μπαταρίες LFP είναι λιγότερο ακριβές και μπορούν να φορτιστούν πιο γρήγορα.

Πώς λειτουργούν οι ηλεκτροκινητήρες;

Ο όρος

AC DC

δεν είναι μόνο το όνομα ενός αυστραλιανού ροκ συγκροτήματος, αλλά περιγράφει και δύο μορφές


ηλεκτρικής ενέργειας: εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC). Και οι δύο τύποι ισχύος είναι σημαντικοί για τη λειτουργία των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Η ηλεκτρική ενέργεια που βγαίνει από την πρίζα στο σπίτι είναι σε μορφή AC, αλλά οι μπαταρίες αποθηκεύουν την ενέργειά τους σε μορφή DC. Εξαιτίας αυτού, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα διαθέτουν ένα εξάρτημα γνωστό ως φορτιστής που παίρνει την τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος που ρέει στο όχημα και το μετατρέπει στο πιο φιλικό προς τις μπαταρίες DC. Ένας πιο γρήγορος τρόπος για να φορτίσετε ένα από αυτά τα αυτοκίνητα είναι χρησιμοποιώντας έναν γρήγορο φορτιστή DC, ο οποίος παρέχει στο αυτοκίνητο χυμό σε μορφή DC, ώστε το αυτοκίνητο να μην χρειάζεται να το μετατρέψει.

«Παρακάμπτει τον φορτιστή AC [in the car]και μπαίνει απευθείας στην μπαταρία», εξηγεί ο Poon.

[Related:


What an electric vehicle’s MPGe rating really means


]

Έτσι, οι μπαταρίες αποθηκεύουν ισχύ σε μορφή συνεχούς ρεύματος, αλλά υπάρχει μια ανατροπή: οι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτό σημαίνει ότι το όχημα πρέπει να μετατρέψει ξανά την ηλεκτρική ενέργεια, κάτι που το κάνει χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα έλξης που μετατρέπει το DC ξανά σε AC. «Και τότε αυτό είναι που στην πραγματικότητα καταλήγει να περιστρέφει τον ηλεκτροκινητήρα, παράγοντας ισχύ», προσθέτει ο Poon.

Υπάρχουν δύο βασικά στοιχεία σε έναν ηλεκτροκινητήρα: ένας στάτορας και ένας ρότορας. Ο ρότορας κάθεται μέσα στον στάτορα και περιστρέφεται χρησιμοποιώντας

τα θαύματα του μαγνητισμού

που μπαίνουν όταν η τροφοδοσία AC χτυπά τον κινητήρα.

«Στέλνουμε αυτό που ονομάζουμε τρεις φάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω ενός στάτορα που έχει καλώδια που τυλίγονται ακτινικά, διαδοχικά, γύρω από τον στάτορα», εξηγεί. «Και είμαστε σε θέση να δημιουργήσουμε ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο – έτσι το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται και τραβάει τον ρότορα μαζί του».

Και voilá! Αφού περάσετε από κάποιο γρανάζι, αυτή η περιστροφή στρέφει τους τροχούς στο ηλεκτρικό σας όχημα.

Ενώ ένα αυτοκίνητο ICE έχει έναν κινητήρα, τον Kirchner, από

evpulse.com

, σημειώνει ότι τα ηλεκτρικά οχήματα στην αγορά μπορούν να έχουν έως και τέσσερις κινητήρες. Για παράδειγμα, η έκδοση με κίνηση στους πίσω τροχούς ενός Mach-E χρησιμοποιεί έναν κινητήρα, ενώ η έκδοση τετρακίνησης χρησιμοποιεί δύο — έναν για εμπρός και έναν για πίσω. Στο άλλο άκρο του φάσματος, ένα Rivian R1T μπορεί να έχει έως και έναν κινητήρα ανά τροχό.

[Related:


Electric cars are better for the

environment

, no matter the power source


]

Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της οδήγησης ενός ηλεκτρικού οχήματος

Θα μπορούσατε να φανταστείτε αν αφαιρώντας το πόδι σας από το πεντάλ του γκαζιού σε ένα όχημα ICE, έκανε μαγικά να εμφανιστεί περισσότερη βενζίνη στο ρεζερβουάρ; Κάτι τέτοιο συμβαίνει σε ένα EV.

Αυτό το ωραίο κόλπο ονομάζεται αναγεννητικό φρενάρισμα και επιτρέπει στους οδηγούς να αρχίσουν να επιβραδύνουν όχι πατώντας το πεντάλ του φρένου όπως στα κανονικά αυτοκίνητα, αλλά βγάζοντας το πόδι τους από το γκάζι. Μην ανησυχείτε – αυτό το πεντάλ φρένου είναι ακόμα εκεί όταν το χρειάζεστε. Στη λειτουργία με ένα πεντάλ ή στη λειτουργία regen, τα πράγματα συμβαίνουν αντίστροφα: οι τροχοί περιστρέφουν τους κινητήρες, ώστε να λειτουργούν σαν γεννήτριες και να στέλνουν την ισχύ πίσω στις μπαταρίες.

«Στην πραγματικότητα παίρνετε την ορμή του οχήματος και το επαναφέρετε ως χημική ενέργεια στην μπαταρία», λέει ο Poon.

Η επικεφαλής μηχανικός του Mach-E Donna Dickson λέει ότι η οδήγηση με ένα πεντάλ εξακολουθεί να παραμένει μια άγνωστη τεχνική για τους οδηγούς, αλλά σημειώνει ότι βοηθά στην αποφυγή φθοράς στα φρένα ενώ παράλληλα προσθέτει φόρτιση της μπαταρίας.

Η πηγή ενέργειας δεν είναι η μόνη διαφορά μεταξύ των ηλεκτρικών αυτοκινήτων και των οχημάτων ICE. Υπάρχουν και άλλες λεπτομέρειες που τα ξεχωρίζουν. Για παράδειγμα, ο Kirchner λέει ότι ενώ οι κινητήρες εσωτερικής καύσης πρέπει να ανεβάζουν λίγο στροφές για να παράγουν ροπή, οι κινητήρες EV παράγουν όλη τη ροπή τους από μια πλήρη στάση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγάλη επιτάχυνση. «Στην πόλη, ακόμη και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα που δεν θα τα θεωρούσες σπορ βλέποντάς τα, αισθάνονται πολύ γρήγορα, κάτι που τα κάνει εξαιρετικά αυτοκίνητα πόλης», συνεχίζει.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της οδήγησης ενός ηλεκτρικού οχήματος είναι ότι χρειάζονται λιγότερη συντήρηση. Δεν χρειάζεται αλλαγή λαδιού, αν και το μεγαλύτερο βάρος τους σημαίνει ότι τα ελαστικά τους υφίστανται μεγαλύτερη φθορά.

Το αρνητικό είναι ότι δεν μπορείτε να φορτίσετε τις μπαταρίες τόσο γρήγορα ή τόσο εύκολα όσο η βενζίνη μπαίνει σε ένα ρεζερβουάρ, αλλά αν μπορείτε να φορτίσετε στο σπίτι, έχετε ένα μοναδικό προνόμιο: «Ξεκινάτε κάθε πρωί με γεμάτο ρεζερβουάρ», λέει. Κίρχνερ. Αλλά αυτό δεν είναι πάντα τόσο εύκολο όσο ακούγεται.

[Related:


How does a jet engine work? By running hot enough to melt its own innards.


]

«Εάν είστε ιδιοκτήτης ηλεκτρικού ηλεκτρικού ρεύματος, είναι πολύ επιβεβλημένο σε αυτό το σημείο να έχετε ένα μέρος για να συνδέσετε και να φορτίσετε τη νύχτα», λέει.

Paul Waatti

διευθυντής του

ανάλυση του κλάδου

για το AutoPacific. Ωστόσο, «υπάρχει ένα μεγάλο μέρος της Αμερικής που δεν ζει σε μονοκατοικία». Οι άνθρωποι που διαμένουν σε διαμερίσματα, διαμερίσματα και άλλες οικιστικές εγκατασ

τάσεις

θα έχουν πιο δύσκολο χρόνο να βρουν έναν φορτιστή για να συνδέσουν τα αυτοκίνητά τους κατά τη διάρκεια της νύχτας. Όσον αφορά τους δημόσιους φορτιστές, ο Waatti λέει ότι αυτά τα δίκτυα είναι «πολύ μακριά από το να είναι απρόσκοπτα σε αυτό το σημείο», που σημαίνει ότι είναι πολύ λίγοι και πολλοί δεν λειτουργούν σωστά.