به گزارش خبرگزاری ایمنا، بر اساس گزارشی که مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی درباره تحلیل فناوری‌ها و ایستگاههای شارژ خودروهای برقی و چالش‌های پیش رو منتشر کرده است، توجه کشورهای جهان به خودروهای تمام برقی با هدف کاهش میزان انتشار آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای و حفظ محیط زیست، موجب افزایش محبوبیت استفاده از این خودروهای پاک شده است.
شرکت‌های خودروسازی در این زمینه با طراحی و تولید خودروهایی باکیفیت و توان پیمایش بیشتر به رقابت می‌پردازند و برخی از آنها موفق به تولید انبوه محصولات خود شده‌اند.
طبق آخرین آمار مؤسسه بلومبرگ تعداد خودروهای تمام برقی تا سال ۲۰۴۰ به ۴۰۰ تا ۵۰۰ میلیون دستگاه افزایش خواهد یافت.
ایالت کالیفرنیا نمایی از آینده صنعت خودرو را نشان می‌دهد که خودروهای تسال، نیسان لیف، تویوتا پریوس و مشابه آن در خیابان رفت‌وآمد می‌کنند و بیشتر مراکز تجاری و فروشگاه‌ها و خانه‌ها دارای ایستگاههای شارژ این خودروها هستند.
انگلستان تا سال ۲۰۴۰ تولید و فروش تمام خودروهای بنزینی و دیزلی را در این کشور ممنوع خواهد کرد و شهرهای دیگری همچون فرانسه، مادرید، مکزیکوسیتی و آتن نیز اعلام کرده‌اند که روند تولید و فروش خودروهای بنزینی و دیزلی را متوقف می‌کنند.
چین به عنوان یکی از سازندگان خودروهای برقی قصد دارد حداقل یک پنجم فروش خودرو در این کشور را تا سال ۲۰۲۵ به بازار این خودروها اختصاص دهد.
گوناگونی ایستگاههای شارژ باتری
ایستگاههای شارژ خودروهای برقی تجهیزاتی هستند که به وسیله آن وسایل نقلیه به شبکه برق متصل شده و باتری‌های خود را به طریق سیستم‌های دوشاخه‌دار یا بی‌سیم شارژ می‌کنند.
با توجه به کاربردهای مختلف ایستگاههای شارژ انواع مختلفی از آنها ساخته شده است که در ادامه به نمونه‌هایی از آنها اشاره می‌شود.
ایستگاههای دیواری مناسب شارژ خانگی
در سطح شارژ یک، خودرو به‌ازای هر ساعت شارژ می‌تواند سه تا هشت کیلومتر حرکت کند.
توان مصرفی این نوع شارژ ۱/۴ تا ۱/۹ کیلووات است. ولتاژ معمول شارژ ۱۲۰ ولت و برای شارژ کردن کامل باتری ۱۶ کیلووات ساعت خالی حدود ۱۲ ساعت زمان لازم است. این نوع ایستگاه‌ها مناسب برای حالت شارژ خانگی بوده و ساختمان آن نیز به صورت دیواری است. با پنج ساعت شارژ شبانه وسیله نقلیه می‌تواند حداکثر مسافت ۴۰ کیلومتر را طی کند که این مسافت به طور معمول بیش از طول مسیر رفت‌وآمد روزانه افراد است.
این روش به ویژه در ساعات شب به دلیل کاهش بار مصرفی می‌تواند یک شیوه بهینه برای شارژ خودروهای برقی در کشور باشد زیرا در ساعات شب بار عادی شبکه و نیز قیمت برق کم است.
ایستگاه شارژ مناسب مکان‌های خصوصی و عمومی
در سطح دو شارژ، به ازای هر ساعت شارژ خودرو می‌تواند ۱۶ تا ۳۲ کیلومتر حرکت کند. توان مصرفی این نوع سطح شارژ ۶/۳ تا ۲/۷ کیلووات است.
ولتاژ معمول شارژ ۲۰۸ تا ۲۴۰ ولت است و برای شارژ کردن کامل باتری ۱۶ کیلووات ساعت خالی حدود پنج ساعت زمان لازم است. در این صورت با پنج ساعت شارژ می‌تواند حداکثر مسافت ۱۶۰ کیلومتر را طی کند که این مقدار برای مسافت‌های معمول روزانه رفت‌وآمد چند روز کافی است.
این نوع ایستگاه شارژ مناسب برای مکان‌های خصوصی و عمومی مانند فضای باز، فروشگاه‌های بزرگ، مکان‌های تجاری، پاساژهای بزرگ، پارکینگ‌های شخصی و عمومی، محل کار، منازل و مکان‌هایی است که امکان شارژ خودرو را فراهم می‌کنند.
در سطح شارژ سه به ازای ۲۰ دقیقه شارژ، خودرو ۱۰۰ تا ۱۳۰ کیلومتر می‌تواند حرکت کند. در این نوع شارژ باتری حداکثر تا ۸۰ درصد ظرفیت خود شارژ می‌شود.
توان مصرفی این نوع سطح شارژ ۵۰ کیلووات است. ولتاژ شارژ نیز تا ۵۰۰ ولت جریان مستقیم می‌رسد و برای شارژ کردن باتری ۱۶ کیلووات ساعت خالی تا ظرفیت ۸۰ درصد (یعنی حدود ۱۲ کیلووات ساعت) حدود ۲۰ دقیقه زمان لازم است.
نسل پیشرفته شارژ بی‌سیم
سیستم شارژ بی‌سیم نسل پیشرفته‌تری از ایستگاههای شارژ هستند، استفاده از ایستگاه‌ها محدودیت زمان و مکان به وجود می‌آورد که این مشکلات در سیستم‌های شارژ بی‌سیم برطرف می‌شود.
سیستم‌های بی‌سیم (شارژ القایی) یک عامل دگرگون‌کننده در دنیای خودروهای الکتریکی خواهد بود که خودروهای برقی به جای اتصال با سوکت‌های متداول شارژ الکتریکی، روی یک صفحه مخصوص پارک می‌کنند و از طریق القای مغناطیسی شارژ می‌شوند.
امکان پیمایش مسافت بی‌نهایت
خودروهای برقی با معایبی از جمله مسافت قابل پیمایش محدود، ایستگاههای شارژ کم و همچنین مدت زمان به نسبت زیاد برای شارژ دوباره باتری‌ها روبه‌رو هستند که یکی از راهکارهای رفع هر سه ایراد موجود، DEVC نام دارد که در صورت عملی شدن امکان پیمایش مسافت بی‌نهایت را برای خودروهای الکتریکی فراهم خواهد کرد. این فناوری که مخفف عبارت شارژ الکتریکی دینامیک خودرو است، با استفاده از فناوری شارژ بی‌سیم می‌تواند مدام خودروی در حال حرکت را تغذیه کند.
سیستم فابریک، برای شارژ خودروهای الکتریکی در حال حرکت است که با موفقیت توسط شرکت کوالکام آزمایش شده است. این شرکت از سال ۲۰۱۴ پروژه فابریک را آغاز کرد و توانست نخستین آزمایش موفقیت‌آمیز این پروژه ۹ میلیون دلاری را انجام دهد.
در این فناوری خودرو در هنگام حرکت به صورت بی‌سیم و توسط صفحاتی که زیر آسفالت کار گذاشته شده شارژ می‌شود.
این سیستم می‌تواند مدل خودرو را شناسایی کرده و با توجه به مدل و سرعت خودرو، باتری را شارژ کند.
زیرساخت‌های ایستگاههای شارژ خودروهای برقی در بسیاری از کشورهای پیشرفته در حال گسترش است اما هنوز مدت زمان لازم برای شارژ باتری این خودروها طولانی بوده و باعث نگرانی دارندگان خودروی برقی می‌شود بنابراین فناوری حاضر با کامل نگه داشتن شارژ خودرو می‌تواند اطمینان رانندگان را تا حد زیادی جلب کند.
هرچند سرعت شارژ خودرو در این روش نسبت به شارژ مستقیم بسیار کمتر است، اما آینده روشنی برای این فناوری تصور می‌شود.
طرح ناموفق تعویض باتری
یکی از روش‌های شارژ باتری خودروهای برقی که برای نخستین بار توسط شرکت تسلا معرفی شد، ایجاد ایستگاه تعویض باتری خودروهای برقی است.
در این روش باتری خودرو به سرعت با یک باتری پر تعویض می‌شود و راننده می‌تواند در کمتر از سه دقیقه خودروی خود را شارژ کرده و به مسیر ادامه دهد اما استفاده از این روش برخی مشکلات را به همراه دارد ازجمله اینکه باتری تمام مدل‌های مختلف خودروهای برقی باید در یک ایستگاه موجود باشد که غیرممکن به نظر می‌رسد.
از سوی دیگر به دلیل تعویض باتری یک خودرو با باتری یک خودروی دیگر که قبلاً شارژ شده، مشکلات استفاده از گارانتی و غیره به وجود خواهد آمد به همین دلیل تاکنون بازخورد مثبتی از این نوع شارژ دیده نشده است.
کاهش فاصله با خودروهای سوخت فسیلی
فناوری‌های به کار رفته در خودروهای برقی، روزبه‌روز در حال پیشرفت هستند، تا جایی که فاصله قیمتی و عملکردی این خودروها با خودروهای سوخت فسیلی در حال کاهش است.
مهمترین بخش مؤثر در ارتقای این نوع خودروها، فناوری باتری آنهاست. میزان انرژی ذخیره شده در باتری، مدت زمان نگهداری شارژ و مسافت قابل پیمایش با هر بار شارژ شدن باتری، گزینه‌های اصلی در ساخت باتری‌های خودروهای برقی هستند.
عامل مهم دیگر در تجاری‌سازی این خودروها، کوتاه بودن زمان شارژ باتری‌ها است زیرا زمان مورد نیاز برای شارژ باتری خودروهای برقی در مقایسه با زمان سوخت‌گیری خودروهای دارای موتورهای احتراقی درون‌سوز که از سوخت بنزین و گازوئیل استفاده می‌کنند، بیشتر است بنابراین دستیابی به مدت زمان شارژ کمتر در توسعه این نوع خودروها تأثیر بسزایی دارد.
پرکاربردترین باتری‌ها برای ساخت خودروهای برقی
باتری‌های لیتیم یون، به دلیل دانسیته انرژی و توان بالا هستند همچنین طول عمر این باتری‌ها نسبت به انواع دیگر بسیار بالاتر است.
۲۰ سال قبل گرافیت بهترین ماده شناخته شده برای استفاده به عنوان بخش آند در باتری‌ها بود. پس از آن ترکیبی از لیتیم (Li4Ti5O12) به عنوان ماده‌ای که می‌تواند به عنوان آند در ساخت باتری‌ها مورد استفاده قرار گیرد، به بازار معرفی شد. عمر بالای این ماده جذابیت آن را برای استفاده به صورت تجاری افزایش داده است.
خواص کلیدی برای باتری عبارتند از: طول عمر، دانسیته انرژی، دانسیته توان و
قیمت.
در جدول چهار پرکاربردترین موادی که به عنوان کاتد استفاده می‌شوند ارائه شده است.
قدیمی‌ترین کاتد که به دلیل قیمت پایین آن به شکل تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد LMO است که نیاز روزافزون به طول عمر بیشتر و موادی با دانسیته انرژی بالا در
ساخت باتری‌های قابل شارژ وجود دارد به همین دلیل نیاز به بهبود در باتری‌های لیتیم یون روزبه‌روز در حال افزایش است.
محدودیت منابع کبالت
برای ساخت باتری‌های لیتیم -یونی موجود در باتری خودروهای برقی از کبالت استفاده می‌شود که مقدار زیادی از این ماده در کشور آفریقایی کنگو تولید و تمام کبالت استخراجی به یک شرکت چینی تحویل می‌شود که پس از پالایش مواد در چین، آن را به سازندگان بزرگ باتری در جهان می‌فروشد. درگیری‌های سیاسی و نظامی در کشور کنگو به عنوان تأمین‌کننده نیمی از کبالت دنیا، در کنار افزایش روزافزون تقاضا برای باتری‌های لیتیمی بزرگ برای خودروهای برقی سبب شده قیمت این ماده چند برابر شود همچنین منابع کبالت مانند دیگر انرژی‌های تجدیدناپذیر رو به پایان است و باید به دنبال فناوری‌های بهبود یافته‌تر و جایگزین بود.
بهترین راهکار برای کاهش مصرف کبالت در باتری خودروهای برقی در کنار افزایش بازده انرژی برای پیمایش مسافت بیشتر این خودروها، استفاده از ترکیب جدید نیکل کبالت در ساخت باتری است که قیمت ارزانتری خواهند داشت.
دشواری طراحی و تولید باتری
بیشتر باتری‌های لیتیم یونی به کار گرفته شده در وسایل نقلیه از ترکیب شیمیایی نیکل، کبالت و منگنر استفاده می‌کنند که باعث ذخیره انرژی بیشتر، مدت زمان شارژ کوتاه‌تر و امنیت بیشتر می‌شود، اما اگر این باتری‌ها به درستی طراحی، تولید و کنترل نشوند، بیش از حد گرم شده و باعث آتش‌سوزی می‌شوند بنابراین مهمترین مانع بر سر راه فراگیری خودروهای برقی در مقایسه با موتورهای احتراقی درون‌سوز، میزان ظرفیتی است که از طریق شارژ باتری‌های لیتیم - یونی به دست می‌آید.
قیمت غیررقابتی با نوع بنزینی
در کشور ما پروژه‌هایی در شرکت توسعه منابع انرژی توان وابسته به وزارت دفاع برای ساخت باتری‌های لیتیم یونی انجام گرفته و نمونه‌هایی جهت استفاده در وسایل نقلیه برقی ساخته شده است، این باتری‌ها ۴۸ ولت و ۴۰ آمپرساعت هستند اما قیمت تمام شده این باتری‌ها برای تولید انبوه مناسب نیست و قیمت تمام شده دو خودرو رانا و تیبا توسط شرکت‌های ایران خودرو و سایپا، در صورت برقی‌سازی حدود سه برابر قیمت نوع بنزینی آنها خواهد بود که فروش این نوع خودروها در کشور به دلیل قیمت غیررقابتی با نوع بنزینی آنها دور از واقعیت
است.
کارشناسان معتقدند تولید انبوه و استفاده از یارانه دولتی، قیمت آن را قابل رقابت خواهد کرد اما برای ایجاد یک بازار رقابت‌پذیر باید مشخصات فنی خودرو و قیمت آن به اندازه‌ای باشد که بتوان مصرف‌کنندگان را برای خرید این نوع خودرو راضی کرد.
چندین نوع خودرو برقی در مقیاس پایلوت در کشور تولید شده است که مسیر طولانی برای داشتن توجیه اقتصادی و تولید انبوه و با کارایی بالاتر در پیش دارند.
از خودروهای تمام برقی تا استفاده از پلتفرم بنزینی
تولید خودروهای برقی در دنیا بر اساس دو استراتژی در حال انجام است، برخی از شرکت‌ها به تولید خودرو با طراحی از ابتدا اقدام کرده‌اند که در این استراتژی یک خودرو از صفر به صورت تمام برقی طراحی می‌شود؛ تمامی بخش‌های آن ازجمله موتور، بخش‌های الکترونیکی، باتری و بخش‌های هوشمند، دارای طراحی نوین است و از هیچ خودروی دیگری الگوبرداری نمی‌شود.
استراتژی دوم استفاده از پلتفرم خودروهای بنزینی است که در این حالت موتور و بخش‌های الکترونیکی جایگزین موتور و دیگر بخش‌های قبلی می‌شود.
تکیه به توان داخلی یا همکاری با خارجی‌ها
در ایران برای تولید خودروهای برقی می‌توان از سه استراتژی بهره برد:
۱- تولید خودروی برقی با پلتفرم‌های کنونی، همانگونه که تجربه تولید خودروهای برقی در جهان نشان می‌دهد بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ دنیا در تولید خودروهای برقی خود از پلتفرم‌های بنزینی بهره برده‌اند بر این اساس یکی از استراتژی‌ها استفاده از پلتفرم بنزینی خودروهای تولید داخل برای تولید خودروهای برقی است.
۲- تکیه به توان داخلی که در این استراتژی، طراحی پلتفرم به صورت کامل در داخل و با تیراژ اقتصادی بالا است.
سومین راهکار، همکاری با خارجی‌ها است که در این رویکرد در تولید خودروهای برقی، از فناوری خارجی و انتقال دانش فنی به کشور از طریق همکاری مشترک (JV) بهره گرفته می‌شود، در این رویکرد سرعت تولید و استفاده از خودروهای برقی در کشور افزایش می‌یابد.
تاکنون خودروسازان داخلی با استفاده از استراتژی اول یعنی به کارگیری پلتفرم‌های کنونی اقدام به ساخت چند نمونه خودروی برقی کرده‌اند (مانند رانا) اما این استراتژی موفق نبوده زیرا قیمت و کیفیت خودروهای تولید شده قابل رقابت با نمونه‌های خارجی نیست و استقبال چندانی از این تولیدات نشد.
به نظر می‌آید برای موفقیت در زمینه تولید خودروی برقی در کشور، باید سیاستگذاری‌ها به شکلی انجام شود که با اجرای استراتژی همکاری مشترک با صاحبان دانش فنی، با انتقال دانش تولید این خودروها به کشور، بتوان تولیداتی با کیفیت و قیمتی بهتر به کشور عرضه کرد.
چالش تأمین برق و ایمنی
یکی از چالش‌هایی که در زمینه استفاده از خودروهای برقی در تمام دنیا مطرح است، تأمین برق مورد نیاز برای شارژ این خودروهاست که باید از انرژی‌های تجدیدپذیر و پاک تأمین شود.
از دیگر چالش‌ها، امکان بروز خطرات جانی ناشی از برق‌گرفتگی در هنگام شارژ خودرو است زیرا در برخی ایستگاههای شارژ از ولتاژها و جریان بالای برق (ولتاژ بیش از ۴۰۰ ولت و گاهی جریان بالای ۳۵۰ آمپر) استفاده می‌شود و لازم است باید دقت زیادی در ایجاد امنیت در برابر این خطرات انجام شود.
امنیت داده و شبکه و فضای شخصی در استفاده از خودروها، ایجاد زیرساخت‌ها و ایستگاههای شارژ نیز از دیگر چالش‌های مطرح در استفاده از این خودروهاست.
کمبود زیرساخت‌های داخلی
استفاده از خودروهای برقی در ایران علاوه بر چالش‌های جهانی، با مشکلات دیگری نیز روبه‌رو است که از آن جمله می‌توان به قیمت بالا، محدودیت تردد، و خدمات پس از فروش اشاره کرد اما مهمترین چالش، مشکلات زیرساختی و قیمت بالای این خودروهاست که سبب استقبال نشدن از این نوع خودروها شد بنابراین باید همزمان با ساخت خودروهای برقی، زیرساخت‌های لازم برای استفاده از آنها به ویژه ایستگاههای شارژ خودرو در شهرها و بزرگراه‌ها ایجاد شود.
نبود خدمات تعمیراتی برای اینگونه خودروها در کشور نیز این نگرانی را ایجاد می‌کند که اگر خودرو دچار آسیب فنی شود، تعمیرگاه دارای دانش لازم در زمینه این خودروها موجود نباشد.
از همه مهم‌تر اینکه قیمت خودروهای پیشنهادی خودروسازان داخلی با قیمتی سه برابر قیمت خودروهای با سوخت فسیلی است که رقابتی نبوده و تمایلی برای خرید آنها وجود نخواهد داشت.
نظر شما