هل أصبحت السيارات الكهربائية متعطشة للطاقة؟

قبل فترة وجيزة، كانت محركات الاحتراق الداخلي التي تنتج قوة تتراوح بين 150 و200 حصان تعتبر مركبات عالية الأداء، وغالبًا ما تحمل علامات مثل GTi وTypeR وS.

في عالم ICE، تبدأ السيارات عادة بأرقام قوة متواضعة، وعادة ما تكون التعزيزات لزيادة الإنتاج تدريجية. ومن المتوقع أن يؤدي ظهور السيارات الكهربائية إلى تغيير هذه الديناميكية بشكل كبير.

على الرغم من أن السيارات الكهربائية تقدم مجموعة أصغر من الطرازات مقارنة بسيارات ICE، إلا أن معدلات قوتها ترتفع بالفعل إلى مستويات غير عادية. ما الذي يدفع هذا الاتجاه؟ فهل هذا الأداء الفائق له ما يبرره؟ دعونا نستكشف.

سيناريو السيارة الكهربائية

توفر السيارات الكهربائية ذات المستوى المبتدئ الآن ما بين 150 و200 حصان. إننا نشهد سيارات سيدان ذات توجهات عائلية، مثل Tesla Model S Plaid وLucid Air، تولد مستويات قوة تنافس تلك الموجودة في سيارة الفورمولا 1. حتى سيارة تسلا الأقل إنتاجية، الموديل 3، تنتج قوة 325 حصانًا مع أرقام عزم دوران مماثلة لمحرك V8 سعة 4.2 لتر بسحب الهواء الطبيعي.

نجحت السيارات الكهربائية في إضفاء الطابع الديمقراطي على عزم الدوران والقوة والأداء العام. وفي تاريخ صناعة السيارات بأكمله، لم يكن هذا المستوى من القدرة متاحًا من قبل للمشترين من ذوي الدخل المتوسط.

أريد أن أسلط الضوء على أهمية عزم الدوران هنا. في حين أنه كان من الممكن العثور على مخرجات طاقة عالية بأسعار معقولة في الماضي، إلا أن عزم الدوران المرتفع كان دائمًا مكلفًا للغاية. عادةً ما يتطلب توليد عزم دوران كبير في محرك الاحتراق الداخلي إزاحة كبيرة، أو تحريضًا قسريًا، أو مزيجًا من الاثنين معًا، وهي ميزات مخصصة عادةً للسيارات الفاخرة البعيدة عن متناول معظم المستهلكين.

في عالم السيارات الكهربائية، يعتبر الحد الأقصى لعزم الدوران خاصية متأصلة في المحرك. إنها وفيرة، والأهم من ذلك، أنها متاحة على الفور. هل تحتاج إلى المزيد منه؟ ما عليك سوى تركيب محرك إضافي على المحور المقابل، وسيتم استيفاء المتطلبات.

هل تحتاج إلى المزيد من عزم الدوران في ICE؟ تحتاج إلى إضافة المزيد من الاسطوانات. إذا تغلبت على حاجز الأربع سلندرات، فستبدأ الأمور في الارتفاع لأنك تحتاج إلى المزيد من كل شيء. في محرك V6، تحتاج عادةً إلى 4 أعمدة كامات، و24 صمامًا، وربما توربينين. تحصل على الصورة.

لكن لماذا يعتبر عزم الدوران مهمًا جدًا؟ حسنًا، يخبرك عزم الدوران بمقدار القوة التي لديك عند أي دورة في الدقيقة، وهذا مهم جدًا في تطبيق الوزن العالي، مثل السيارة لأنه يخبرك أيضًا بمرونة المحرك/المحرك، وقدرته على التسارع المتوسط مثل 30-70 كم/ساعة، 60-100 كم/ساعة وما إلى ذلك.

بالنسبة للسائق اليومي، فإن عزم الدوران هو أول ما يقدره. في الجدول التالي، تتم مقارنة ICE والمركبات الكهربائية في مخرجات الطاقة عند 1500 دورة في الدقيقة. إنه يشرح بسهولة الفرق الحقيقي في التسارع بين نوعي الدفع.

ما مقدار الطاقة اللازمة؟

لا يوجد حل نهائي واحد لهذا الاستفسار. ومع ذلك، يمكننا وضع سيناريوهات محددة لتقييم إنتاج الطاقة المطلوبة. لقد اخترنا ثلاثة حسابات: القوة اللازمة للحفاظ على سرعة ثابتة تبلغ 130 كم/ساعة، وهو الحد القياسي للطرق السريعة؛ والطاقة اللازمة للوصول إلى السرعة القصوى لمركبة كهربائية معينة؛ والطاقة القصوى النظرية المستمدة من ذروة قدرات إخراج السيارة.

ويعتبر الطلب على الطاقة بسرعة 130 كم/ساعة بمثابة مؤشر رئيسي لكفاءة السيارة الإجمالية، مع كون الأداء الديناميكي الهوائي عاملاً حاسماً في هذه المعادلة.

في حين أن الديناميكيات الهوائية تؤثر على السرعة القصوى أيضًا، فإن البيانات اللاحقة توضح أيضًا مدى التحفظ في تحديد السرعات القصوى لهذه المركبات.

الجدول النهائي هو مجرد تمرين مفاهيمي. تفترض السرعات القصوى النظرية المذكورة عدم تغيير الخصائص الديناميكية الهوائية، وهو شرط قد لا يكون صحيحًا في الإعدادات العملية. علاوة على ذلك، في الواقع، لا يمكن للمحركات الكهربائية الحفاظ على ذروة إنتاج الطاقة إلا لبضع ثوان.

تحدي الكبح

من المؤكد أن القوة العالية وعزم الدوران أمران مرغوبان، خاصة عندما يأتيان مع زيادة متواضعة في التكلفة (سواء في التصنيع أو استهلاك الطاقة)، إلا أن الجانب الأكثر إشكالية في الطاقة العالية هو التحكم فيها. الجسم الذي يتسارع بسرعة يجب أيضًا أن يكون قادرًا على التباطؤ بسرعة.

تجمع السيارات الكهربائية بين السرعة العالية والكتلة الكبيرة، مما يشكل تحديًا كبيرًا لأنظمة المكابح الخاصة بها. ولحسن الحظ، تم تجهيز السيارات الكهربائية بآليتين متميزتين للفرملة.

الاستجابة الأولية تأتي من المحرك نفسه. بالنسبة لمعدلات التباطؤ التي تصل إلى 0.3 جيجا، تظل الفرامل الهيدروليكية التقليدية في وضع الخمول. عند الحاجة إلى مزيد من التباطؤ، يتم تعشيق الفرامل الهيدروليكية. تكمن الصعوبة الرئيسية – والصداع الأكبر – في مزج هذه المكابح.

يتطلب تحقيق التوازن الصحيح بين نظامي الكبح ضبطًا دقيقًا لتوفير الأداء والشعور بالدواسة الذي يتوقعه السائقون. من حيث الأداء، تتيح التكنولوجيا الحديثة أقصى قوة إيقاف من خلال استخدام مواد اصطناعية متطورة مثل الدوارات المصنوعة من الكربون والسيراميك. وفي حين من الواضح أن السيارات الكهربائية الضخمة ستستفيد من هذه القدرة، فإن السعر الباهظ لا يزال يحد من التنفيذ على نطاق واسع.

الملاحظات الختامية

من الواضح أن مستويات الطاقة في السيارات الكهربائية السائدة قد ارتفعت بشكل كبير. يمنح عزم الدوران الهائل الذي تولده المحركات الكهربائية من حالة التوقف التام خصائص تسارع للمركبات الكهربائية مماثلة لتلك الخاصة بالسيارات الفائقة، سواء في الاندفاعات متوسطة المدى أو من السرعة صفر.

تنبع هذه التطورات من البنية المباشرة نسبياً للمحرك الكهربائي مقابل محرك الاحتراق الداخلي، فضلاً عن السهولة النسبية لتعزيز خرج المحرك. ومع ذلك، تميل السيارات الكهربائية إلى أن تزن أكثر من نظيراتها في محرك ICE، مما يؤثر سلبًا على أداء المكابح، خاصة في المواقف الديناميكية.

تتمتع السيارات الكهربائية بفرامل متجددة للمساعدة في المسعى الحاسم لتقليل السرعة في السيارة ولكن من المؤكد أن الشعور وأداء الكبح قد يحتاج إلى بعض التحسن.

توضح الجداول أعلاه بوضوح أن مخرجات الطاقة للسيارات الكهربائية، مع الأخذ بعين الاعتبار سرعاتها القصوى المحدودة، مبالغ فيها. وربما في السنوات المقبلة، عندما تصبح السيارات الكهربائية أخف وزنا من خلال تقنيات البطاريات المتقدمة، سنشهد انخفاضا في مخرجات الطاقة للسيارات الكهربائية. بعد كل شيء، من يحتاج إلى 1000 حصان على الطريق العام؟