خودروی برد افزا (EREV)؛ چیست و چگونه عمل می کند؟

یکی از فناوری های جدید در بحث خودرو های انرژی نو فناوریی EREV یا بردافزا است که در این مطلب به بررسی آن می پردازیم.

یکی از چالش ها و نقد هایی که به خودرو های برقی وارد بوده، برد محدود آن ها می باشد و بسیاری از مالکان به این خودرو ها این نقد را می گرفتند که برای مسافت های طولانی مانند مسافرت کاربرد ندارد و مجبورند در طول مسیر چندین بار برای شارژ کردن باتری ها توقف کنند. مهندسان برای رفع این مشکل دست بکار شدند و با بهره گیری از بازدهی بالای مصرف سوخت فسیلی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی فناوری EREV را توسعه دادند. در ادامه به برسی این فناوری خواهیم پرداخت.

فناوری EREV چیست و چگونه کار می کند؟

Extended Range Electric Vehicle ( EREV ) یا خودروی برقی برد افزا، نوعی خودروی الکتریکی است که علاوه بر یک باتری قابل شارژ و موتور الکتریکی اصلی، از یک ژنراتور احتراقی نیز بهره می‌ برد تا در صورت کاهش شارژ باتری یا شتاب گیری ناگهانی، انرژی الکتریکی مورد نیاز برای ادامه حرکت را تأمین کند. برخلاف خودروهای پلاگین هیبریدی (PHEV) که موتور احتراقی می‌ تواند مستقیماً نیروی محرکه را به چرخ‌ ها منتقل کند، در EREV ها نیروی پیشران همیشه از طریق موتور الکتریکی تأمین شده و موتور احتراقی صرفاً وظیفه تولید برق را دارد.

یک خودروی EREV در ابتدا همانند یک خودروی برقی عمل می‌ کند و نیروی مورد نیاز را از باتری تأمین می‌ کند. اما در صورتی که میزان شارژ باتری از حد مشخصی کمتر شود، موتور احتراقی روشن شده و برق تولید شده توسط آن مستقیماً به موتور الکتریکی یا باتری منتقل می‌ شود. این ساختار به خودرو اجازه می‌ دهد تا بدون نیاز به توقف برای شارژ، مسافت بیشتری را طی کند. تفاوت مهم میان خودروهای EREV و PHEV در این است که در EREV ها، موتور احتراقی به سیستم انتقال قدرت متصل نیست و تنها به عنوان یک ژنراتور الکتریکی عمل می‌ کند. این ویژگی سبب می‌ شود که تجربه رانندگی کاملاً مشابه یک خودروی برقی باشد، چرا که نیروی محرکه تنها از طریق موتور الکتریکی تأمین می‌ شود.

ایده خودروهای برد افزا نخستین بار در اوایل قرن ۲۱ مطرح شد، اما جنرال موتورز اولین شرکتی بود که این فناوری را در مقیاس صنعتی توسعه داد. شورلت ولت ( Chevrolet Volt ) که در سال ۲۰۱۰ به بازار عرضه شد، اولین خودروی EREV تولید انبوه محسوب می‌ شود. این خودرو از یک باتری لیتیوم یونی ۱۶ کیلووات ساعتی و یک موتور ۱.۴ لیتری بنزینی برای تولید برق استفاده می‌ کرد. پس از آن، بی ام و i3 Rex نیز با سیستم مشابهی عرضه شد که در نسخه Range Extender از یک موتور کوچک برای افزایش برد بهره می‌ برد. اما این فناوری در طی سالها چندان مورد توجه قرار نگرفت تا که خودرو ساز های چینی پا به میدان گذاشتن و وارد این عرصه شدند. اولین خودرو EREV چینی از کمپانی Li Auto بود که در سال ۲۰۱۹ از آن رونمایی شد بعد از این ماجرا کم کم دیگر خودرو سازان چینی هم بر روی ساخت چنین خودرو های برنامه ریزی کردند و فناوری EREV که سهم ۱ درصدی بازار خودرو های انرژی نو را در سال ۲۰۱۹ داشت، سه سال بعد توانست ۹ درصد این بازار در چین را به دست آورد.

اجزا و نحوه عملکرد خودرو های EREV

یک خودروی برد افزا از چندین بخش اصلی تشکیل شده است که هر یک نقش مهمی در عملکرد بهینه سیستم دارند. باتری لیتیوم یونی، منبع اصلی تأمین انرژی است که به طور مستقیم نیروی مورد نیاز موتور الکتریکی را فراهم می‌ کند و ظرفیت آن معمولاً بین ۱۰ تا ۳۰ کیلووات ساعت است. موتور الکتریکی اصلی تنها پیشران خودرو بوده و نیروی محرکه را به چرخ‌ ها منتقل می‌ کند و معمولاً توان بالایی دارد تا بتواند به طور مستقل خودرو را در حالت برقی حرکت دهد. برد خودرو های EREV در نسخه های اولیه در حدود ۶۰۰ کیلومتر بود اما با پیشرفت تکنولوژی امروزه خودرو هایی چینی EREV به طور میانگین بالای ۱۰۰۰ کیلومتر پیمایش دارند، البته چینی ها امید وارند که برد خودرو های برد افزا را تا ۲۰۰۰کیلومتر نیز افزایش دهند. ژنراتور احتراقی که معمولاً یک موتور بنزینی یا دیزلی کوچک است، برای تولید برق استفاده شده و نیروی تولیدی آن به باتری یا موتور الکتریکی ارسال می‌ شود. واحد مدیریت انرژی (EMS) سیستمی است که تصمیم می‌ گیرد چه زمانی از باتری استفاده شود و چه زمانی ژنراتور وارد مدار شود. اینورتر و سیستم کنترل ولتاژ نیز وظیفه تبدیل جریان مستقیم ( DC ) از باتری به جریان متناوب ( AC ) برای موتور الکتریکی را دارند. در کنار این بخش‌ ها، سیستم‌ های شارژ و مدیریت باتری نیز شامل مدارهای ایمنی و کنترل شارژ برای افزایش عمر باتری و بهینه‌ سازی مصرف انرژی هستند.

از روش های شارژ در این خودرو ها می توان به شارژ شدن  در حین حرکت و سکون اشاره کرد. در حین حرکت با توجه به دستورات EMS خودرو شارژ می شود اما در حالت سکون به دو روش شارژ شدن توسط موتور و شارژر خارجی انجام می شود. در حالت سکون برای شارژ شدن باتری توسط موتور یا باید دکمه ای خاص را فعال کنید یا ترمز را گرفته و پدال گاز را فشار بدهید. در حالت شارژ شدن توسط شارژر خارجی بسته به کمپانی سازنده و خودرو دو حالت شارژ سریع و خانگی را در دسترس قرار می گیرد.

مزایا و معایب خودروهای برد افزا

مزیت اصلی خودروهای EREV این است که نگرانی مربوط به برد محدود خودروهای برقی را از بین می‌ برند. حتی اگر شارژ باتری تمام شود، ژنراتور داخلی برق مورد نیاز را تأمین می‌ کند و راننده نیازی به توقف برای شارژ ندارد. این ویژگی به ویژه در مسیرهای طولانی اهمیت زیادی دارد. در سفرهای شهری، خودرو بیشتر اوقات در حالت برقی حرکت می‌ کند و مصرف سوخت بسیار پایین است که باعث کاهش هزینه‌ های سوخت و آلودگی محیط زیست می‌ شود به طوری که به طور میانگین در برخی خودرو های چینی مصرف سوخت ترکیبی کمتر از ۲ لیتر است. در مقایسه با خودروهای سنتی ، آلایندگی مستقیم در حالت برقی صفر است و در حالت استفاده از ژنراتو، انتشار گازهای گلخانه‌ ای کمتر از خودروهای بنزینی مشابه خواهد بود. همچنین از نظر تجربه رانندگی ، به دلیل اینکه موتور احتراقی درگیر انتقال قدرت نیست، خودرو شتاب آنی و عملکردی نرم‌ تر مشابه خودروهای برقی دارد.

با این حال ، خودروهای EREV با چالش‌ هایی نیز مواجه هستند. وزن بالاتر به دلیل سیستم‌ های اضافی یکی از معایب این خودروهاست. ترکیب باتری بزرگ ، موتور الکتریکی و موتور احتراقی باعث افزایش وزن خودرو شده و ممکن است بر راندمان کلی تأثیر بگذارد. پیچیدگی فنی بیشتر نیز یکی از مشکلات این سیستم‌ ها محسوب می‌ شود. وجود دو سیستم نیرویی ( الکتریکی و احتراقی ) نیازمند مدیریت دقیق است و تعمیرات آن هزینه‌ بر خواهد بود. در مقایسه با خودروهای پلاگین هیبریدی، خودروهای برد افزا قیمت بالاتری دارند، چرا که باتری‌ های بزرگ‌ تر و سیستم‌ های کنترلی پیشرفته‌ تری در آن‌ ها به کار رفته است. همچنین با وجود قابلیت استفاده از حالت برقی، این خودروها همچنان در مواقع اضطراری به سوخت فسیلی نیاز دارند و نمی‌ توانند به طور کامل مستقل از سوخت‌ های فسیلی عمل کنند.

خودروهای EREV به عنوان یک راهکار هوشمندانه برای افزایش برد خودروهای برقی توسعه یافته‌ اند و در کنار مزایای خودروهای الکتریکی، امکان استفاده از موتور ژنراتوری را برای تأمین برق فراهم می‌ کنند. این فناوری باعث کاهش وابستگی به زیرساخت‌ های شارژ شده و تجربه رانندگی تمام برقی را بدون نگرانی از برد محدود ارائه می‌ دهد. با وجود چالش‌ هایی مانند وزن بالاتر و هزینه‌ های بیشتر، آینده این فناوری به سمت بهینه‌ سازی باتری‌ ها و جایگزینی موتورهای احتراقی با سلول‌ های سوختی در حال حرکت است که می‌ تواند تحولی بزرگ در صنعت خودرو سازی ایجاد کند.