איך פועל מנוע ברכב חשמלי

כלי רכב חשמליים (EVs) הפכו פופולריים יותר ויותר בשנים האחרונות בשל ידידותיותם לסביבה וטכנולוגיית הסוללה המשופרת. אחד המרכיבים המשמעותיים ביותר של רכב חשמלי הוא המנוע שלו. בניגוד למנועי בעירה פנימית קונבנציונליים (ICE), מנועי רכב חשמלי משתמשים במנועים חשמליים כדי לייצר כוח ולהניע את הרכב קדימה. במאמר זה נסקור מקרוב כיצד פועל מנוע רכב חשמלי.

מנוע רכב חשמלי מורכב בדרך כלל משלושה מרכיבים עיקריים: מנוע חשמלי, מהפך וסוללה. המנוע החשמלי אחראי להמרת אנרגיה חשמלית מהסוללה לאנרגיה מכנית שמניעה את הרכב. המהפך משמש כגשר בין הסוללה למנוע החשמלי, וממיר את אנרגיית הזרם הישר (DC) האצורה בסוללה לאנרגיית זרם חילופין (AC) שהמנוע יכול להשתמש בה.

הסוללה היא יחידת אחסון האנרגיה למנוע הרכב החשמלי. הוא מספק את הכוח הדרוש להפעלת המנוע החשמלי, והקיבולת שלו נמדדת בקילווואט-שעה (קוט"ש). הסוללה מורכבת בדרך כלל מתאי ליתיום-יון רבים האוגרים ומשחררים אנרגיה לפי הצורך. בזמן שהרכב פועל, המצבר מתרוקן, ויש להטעין אותו מדי פעם כדי לשמור על הקיבולת שלו.

כאשר הנהג לוחץ על דוושת ההאצה ברכב חשמלי, האות נשלח ליחידת הבקרה האלקטרונית של הרכב (ECU), השולטת על מהירות המנוע והמומנט. לאחר מכן ה-ECU שולח אות למהפך להמיר את אנרגיית ה-DC מהסוללה לאנרגיית AC, הנשלחת למנוע החשמלי. לאחר מכן המנוע מסתובב ומייצר אנרגיה מכנית שמניעה את הרכב קדימה.

אחד היתרונות המשמעותיים של מנוע רכב חשמלי הוא היעילות הגבוהה שלו. שלא כמו ICE, שמבזבזים כמות משמעותית של אנרגיה כחום, מנועים חשמליים ממירים כמעט את כל האנרגיה שהם צורכים לתנועה. בנוסף, מנועים חשמליים מייצרים מומנט מיידי, מה שאומר שהם יכולים להאיץ במהירות ובצורה חלקה.

יתרון נוסף של מנוע רכב חשמלי הוא מערכת הבלימה הרגנרטיבית שלו. כאשר הנהג מפעיל את הבלמים, המנוע החשמלי פועל כגנרטור, הממיר את האנרגיה הקינטית של הרכב לאנרגיה חשמלית, שנאגרת לאחר מכן בסוללה. תהליך זה לא רק עוזר להאט את מהירות הרכב אלא גם מרחיב את טווח הסוללה.

מנוע רכב חשמלי הוא מערכת יעילה ביותר, ידידותית לסביבה ומתקדמת טכנולוגית הנשענת על מנועים חשמליים, ממירים וסוללות להמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. ככל שטכנולוגיית הסוללות ממשיכה להשתפר, טווח הרכבים החשמליים הולך וגדל, מה שהופך אותם לחלופה בת קיימא לרכבי ICE קונבנציונליים.

בואו נסתכל מקרוב על כל אחד מהמרכיבים העיקריים של מנוע רכב חשמלי:

מנוע חשמלי:

המנוע החשמלי הוא הלב של מנוע רכב חשמלי. הוא ממיר אנרגיה חשמלית מהסוללה לאנרגיה מכנית, שמניעה את הרכב. ישנם שני סוגים עיקריים של מנועים חשמליים המשמשים בכלי רכב חשמליים: מנועי AC ומנועי DC. מנועי AC נפוצים יותר מכיוון שהם יעילים ואמינים יותר ממנועי DC. הם גם קטנים וקלים יותר, מה שהופך אותם לאידיאליים לשימוש בכלי רכב חשמליים.

ממיר מתח:

המהפך אחראי להמרת אנרגיית ה-DC האצורה בסוללה לאנרגיית AC שהמנוע יכול להשתמש בה. הוא משמש כגשר בין הסוללה למנוע. המהפך מקבל אותות מה-ECU השולטים במהירות ובמומנט המנוע, והוא מתאים את המתח והתדירות של פלט אנרגיית ה-AC כך שיתאימו לדרישות המנוע.

סוללה

הסוללה היא יחידת אחסון האנרגיה למנוע הרכב החשמלי. הוא מספק את הכוח הדרוש להפעלת המנוע, והקיבולת שלו נמדדת בקילו-ואט-שעה (קוט"ש). הסוללה מורכבת בדרך כלל מתאי ליתיום-יון רבים האוגרים ומשחררים אנרגיה לפי הצורך. בזמן שהרכב פועל, המצבר מתרוקן, ויש להטעין אותו מדי פעם כדי לשמור על הקיבולת שלו.

ישנם מספר גורמים המשפיעים על הביצועים והטווח של הרכב החשמלי. אחד הגורמים המשמעותיים ביותר הוא הגודל והקיבולת של הסוללה. סוללה גדולה יותר יכולה לאגור יותר אנרגיה, מה שמתורגם לטווח ארוך יותר. משקל הרכב הוא גורם חשוב נוסף. ככל שהרכב כבד יותר, כך הוא דורש יותר אנרגיה כדי לנוע, מה שיכול להפחית את טווח הנסיעה שלו. סגנון הנהיגה והשטח משחקים תפקיד גם בביצועים ובטווח הנסיעה של רכב חשמלי.

מנועי רכב חשמלי הם מערכות יעילות ומתקדמות ביותר מבחינה טכנולוגית המסתמכות על מנועים חשמליים, ממירים וסוללות להמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. ככל שטכנולוגיית הסוללות ממשיכה להשתפר, כלי רכב חשמליים יהפכו

לפופולריים עוד יותר, ויספקו אלטרנטיבה ידידותית לסביבה ובת קיימא לרכבי ICE קונבנציונליים.

איך עובד מנוע של טסלה

מכוניות חשמליות של טסלה משתמשות במנועי אינדוקציה AC, קונספט שפותח על ידי הממציא והמהנדס ניקולה טסלה לפני למעלה ממאה שנה. להלן הסבר פשטני כיצד פועלים המנועים הללו:

יסודות של מנועים חשמליים: בליבו של מנוע חשמלי עומד העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית. כאשר חשמל עובר דרך סליל, הוא יוצר שדה מגנטי. שדה מגנטי זה יכול לקיים אינטראקציה עם שדות מגנטיים אחרים כדי לייצר תנועה.

סטטור ורוטור: שני המרכיבים העיקריים במנוע הם הסטטור (החלק הנייח) והרוטור (החלק המסתובב). הסטטור יוצר שדה מגנטי מסתובב כאשר חשמל מועבר דרכו. הרוטור, אשר ממוקם בתוך הסטטור, נקלע לשדה המגנטי המסתובב הזה ומתחיל להסתובב. הרוטור המסתובב הזה מחובר לגלגלי המכונית ובכך מניע את המכונית קדימה.

אינדוקציה AC: טסלה משתמשת ב-AC (זרם חילופין) עבור המנועים שלה. כאשר AC מועבר דרך סלילי הסטטור, הוא יוצר באופן טבעי שדה מגנטי מסתובב בשל האופי המתחלף של הזרם. היתרון של מנועי אינדוקציה AC הוא שהם מתניעים מעצמם ואינם זקוקים לרכיבים נוספים (כמו מגנטים קבועים) כדי להתחיל את הסיבוב.

סיבוב פאזה: כדי לשלוט במהירות ובמומנט המנוע, טסלה משתמשת במערכת תלת פאזית. בעיקרו של דבר, זה כרוך בשלושה זרמי AC שונים שנמצאים מחוץ לפאזה אחד עם השני. על ידי שינוי המשרעת (כמות הכוח) והתדירות (כמה מהר הוא עובר) של זרמים אלה, ניתן לשלוט במדויק על מהירות המנוע והספק.

בלימה רגנרטיבית:

אחת התכונות של רכבי טסלה היא בלימה רגנרטיבית. כאשר הנהג משחרר את דוושת הגז, המנוע מתחיל לפעול כגנרטור. תנועת המכונית הופכת את הרוטור, וסיבוב זה המושרה בתנועה מייצר חשמל, אשר לאחר מכן ניתן להזנה בחזרה למצבר. תהליך זה מאט את מהירות המכונית (ולכן הוא "בולם" את המכונית) ומשחזר חלק מהאנרגיה שאחרת הייתה אובדת.

בקר מנוע: רכיב קריטי ברכב טסלה (וכלי רכב חשמליים אחרים) הוא בקר המנוע. הוא לוקח את הזרם הישר (DC) מהסוללה וממיר אותו ל-AC תלת פאזי המשמש את המנוע. בנוסף, הבקר משנה את המשרעת והתדירות של ה-AC כדי לשלוט על מהירות המנוע והמומנט על סמך כניסות הנהג.

ללא הילוכים: מכוניות מסורתיות המונעות בבנזין דורשות לרוב תיבות הילוכים מרובות הילוכים כדי להתאים את כוח המנוע לתנאי נהיגה שונים. עם זאת, למנועים חשמליים יש עקומת מומנט רחבה ויכולים לייצר מומנט מרבי ממש מעמידה. כתוצאה מכך, רכבי טסלה משתמשים ב"הילוך הפחתה" חד-מהירות ולא בתיבת הילוכים מרובת הילוכים מסורתית, מה שמפשט את מערכת ההנעה ומשפר את היעילות.

 כללית של אופן הפעולה של המנועים החשמליים של טסלה. עם זאת, היישום בעולם האמיתי כולל אלקטרוניקה מורכבת, חומרים מתקדמים והנדסה חדשנית כדי למקסם את היעילות, הכוח ואריכות החיים.