البطاريات في السيارات الكهربائية لها أميال أكثر في القيادة في المدينة بدلاً من القيادة على الطرق السريعة

تتطلب سيارة تويوتا كورولا بمحرك 1.8 لتر 6.2 لترًا من الغاز للقيادة لمسافة 100 كيلومتر على طريق سريع. لكن على طرق المدينة ، سيتطلب 7.9 لترًا من الغاز. تتطلب سيارة فورد F-150 2022 9.4 و 12.1 لترًا لكل 100 كيلومتر للقيادة على الطرق السريعة والمدينة ، على التوالي.

تعطي السيارات التقليدية التي تعمل بالوقود ، والتي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي ، عددًا أكبر من الأميال على الطريق السريع مقارنة بشوارع المدينة. يمكن أن تؤثر عوامل مختلفة على كفاءة قيادة السيارة.

أولاً ، تم تصميم محركات الاحتراق الداخلي بطريقة تقترب كفاءتها من سرعات الطرق السريعة. ثانيًا ، على عكس القيادة على الطرق السريعة ، تنطوي القيادة في المدينة على تسارع وكبح أكثر تكرارا ؛ في كل مرة تتسارع فيها سيارة تعمل بالوقود ، تستهلك طاقة أكثر مما قد تستهلكه للحفاظ على السرعة. وفي كل مرة يتم فيها استخدام المكابح ، يتم فقدان الطاقة على شكل حرارة عند تيل المكابح.

كل هذه العوامل تؤدي إلى زيادة المسافة المقطوعة بالميل للوقود على الطرق السريعة مقارنة بالقيادة في المدينة.

استهلاك الطاقة

لا تحتاج السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEVs) إلى البنزين. إذن ما مقدار الطاقة الكهربائية اللازمة لقيادة BEV على الطرق السريعة؟ وهل ستكون متطلبات الطاقة أعلى (أو أقل) للقيادة في المدينة؟

من المتوقع أن تتطلب BEV طاقة أقل للقيادة على طريق سريع مقارنة بالمدينة. ويجب أن تكون السيارة الكهربائية المشحونة بالكامل قادرة على القيادة لفترة أطول على الطريق السريع مقارنة بالمدينة. ومع ذلك ، فإن الواقع هو عكس ذلك تماما.

يتم قياس الطاقة المخزنة في البطارية بالكيلوواط / ساعة (KWh). إذا كانت سعة محرك كهربائي معين تبلغ 200 كيلو وات في الساعة ، فإن هذا سيوفر بشكل مثالي 200 كيلو واط (ما يعادل 268 حصانًا) لمدة ساعة واحدة ، أو 100 كيلو واط في الساعة لمدة ساعتين ، وهكذا. من الناحية الافتراضية ، يمكن أن توفر هذه السيارة الكهربائية بقوة 2680 حصانًا لمدة ست دقائق ، وقوة مذهلة تبلغ 26800 حصانًا لمدة 36 ثانية.

ومع ذلك ، فمن الناحية العملية ، تمنع المقاومة الداخلية للبطارية من توفير طاقة غير محدودة حتى لفترة قصيرة. عند محاولة استخلاص طاقة عالية من البطارية ، تتسبب مقاومتها الداخلية في انخفاض الجهد العالي بما يكفي لإيقافها تمامًا.

عندما تعمل BEV بطاقة عالية ، يتوفر فقط جزء معين من سعة الطاقة الكاملة للقيادة. ومع ذلك ، عند استخدام طاقة أقل ، يمكن للبطارية توفير المزيد من الطاقة.

اختبار البطارية

أجرينا تجارب في مختبر أبحاث أنظمة إدارة البطاريات التابع لنا في جامعة وندسور. أخذنا خلية بطارية أسطوانية مثل تلك المستخدمة في صنع حزم بطاريات للسيارات الكهربائية وحساب طاقتها في تيارات تفريغ مختلفة.

أولاً ، قمنا بشحن البطارية بالكامل ثم تفريغها بقوة معينة حتى نفدها بالكامل. ثم قمنا بشحنها بالكامل مرة أخرى وتفريغها بنصف الطاقة حتى استنفدت بالكامل. تم تكرار التجربة خمس مرات أخرى عن طريق خفض قوة التفريغ إلى النصف في كل مرة.

عندما قمنا بحساب إجمالي الطاقة التي تم تفريغها بواسطة البطارية في كل تجربة ، وجدنا أنه كلما انخفض التيار ، زادت سعة طاقة التفريغ.

تحتاج BEVs إلى مزيد من التيار الكهربائي (مقياس للطاقة) على الطرق السريعة مقارنة بشوارع المدينة لأن متوسط ​​السرعة على الطريق السريع أعلى. أيضًا ، تصبح بطارياتها أقل كفاءة في التيارات العالية بسبب فقدان الطاقة.

علاوة على ذلك ، لا تفقد BEVs الكثير من القوة عند الكبح لأنها تحول طاقتها الحركية مرة أخرى إلى كهرباء بمساعدة أنظمة الكبح المتجددة. كل هذه الحقائق تساهم في قيادة أكثر كفاءة ومدى أعلى عند السرعات المنخفضة.

تعمل البطاريات بشكل جيد في درجة حرارة الغرفة ، وستؤدي درجات الحرارة الأكثر برودة وسخونة إلى تقليل أدائها. وبالمثل ، فإن استخدام أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في السيارة سيقلل من أداء البطاريات.

يتأثر أداء البطارية أيضًا بكيفية استخدامها بمرور الوقت. يعد نظام إدارة البطارية مهمًا للغاية ، وفي بعض السيارات الكهربائية ، يمكن برمجته لمنع السائق من استنفاد حزمة البطارية بالكامل بحيث يمكن الحفاظ على الصحة على المدى الطويل.

المستهلكين المطلعين

يوفر دليل استهلاك الوقود في كندا لعام 2022 تفاصيل حول بعض السيارات الكهربائية. في المتوسط ​​، تطلبت BEVs التي تم اختبارها طاقة أقل للقيادة 100 كيلومتر في طرق المدينة مقارنة بالطرق السريعة ، مما يؤكد تفسيرنا.

وجدت دراسة أجرتها جمعية السيارات الأمريكية أن معظم المركبات تقطع أطول مسافة في ظروف المدينة حيث كانت السرعة أقل مقارنة بالقيادة على الطرق السريعة. أي أن BEV مشحونة بالكامل تقود مسافات أطول بسرعات منخفضة.

تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن أولئك الذين يفكرون في شراء سيارة كهربائية سيجدون أنه من المفيد تضمين أدلة استهلاك الطاقة هذه المعلومات. يمكن لسائقي BEV توقع مدى قيادة أقصر بسرعات عالية ، ويمكنهم أيضًا توقع زيادة تكلفة القيادة لكل كيلومتر مع سرعة السيارة.