Ali Pourahmad
23 یادداشت منتشر شدهسیستم جدید شارژ مستقل باتری در داخل خودروهای تمام برقی EBV بدون نیاز به ایستگاه های شارژ
در این یاداشت بطور کوتاه و خلاصه به "بررسی اختراع جدید سیستم شارژ مستقل باتری در داخل خودروهای تمام برقی EBV بدون نیاز به ایستگاه های شارژ سطح یک, دو و سه" از سری اختراعات منتشر شده من میپردازیم.
لازم به اشاره میدانم, یاداشت زیر تنها مختصری از بخش "مقدمه مقاله اصلی" است, لذا در صورت علاقمندی می توانید توضیحات فنی جامع و کامل این اختراع را به تفصیل در بخش زبان فارسی وب سایت "سیاره علوم" www.sciencesplanet.com مطالعه و همچنین ویدیوی خلاصه فیلم این اختراع را مشاهده فرمائید. ضمن احترام, این یاداشت بعنوان بخشی از مقاله اختراعات من تحت قانون "مالکیت معنوی" بوده و صرفا جهت اطلاع رسانی عموم است لذا هر گونه کپی برداری و استفاده غیر مجاز از توضیحات, تصاویر تخصصی و ایده های بازگو شده در این یاداشت ممنوع می باشد.
خودروهای هآیبریدی (Plug-in Hybrid Electric) با ترکیبی از موتور احتراقی و موتور الکتریکی دارای ریسک بسیار پایین اتمام انرژی مورد نیاز جهت نیروی محرکه خود در طول مسیر پیمایشی هستند اما در خودروهای تمام برقی (Battery Electric Vehicles) تنها منبع تولید انرژی باتریها می باشند که در صورت اتمام ذخیره سلولهای باتری, امکان شارژ مجدد و پیمایشی BEV در مناطق دور از شهر که دسترسی به ایستگاه های شارژ DC یا منابع AC وجود ندارد, براحتی میسر نمی باشد.
ساختار باتری های نسل جدید متشکل از فناوری الکترولیت های جامد و تکنولوژی بدون آند است که باعث افزایش ظرفیت کاتد گردیده و امکان ذخیره سازی انرژی بیشتر در باتری را میسر میسازد. چگالی انرژی در جدیدترین باتری های حالت جامد خودروهای الکتریکی بسیار بالا بوده و تقریبا معادل 550 وات ساعت بر کیلوگرم ارزیابی میشود. چگالی انرژی بالا در چنین باتری هایی مطابق وعده سازندگانش (Toyota و Honda) که البته هنوز این وعده را تا تاریخ این نوشتار عملی نکردند امکان طی مسافتی بیش از 900 تا 1200 کیلومتر به ازای هر یک بار شارژ سطح سریع را فراهم خواهد کرد اما علیرغم ورود قریب الوقوع نسل اول باتری های جامد, کماکان وابستگی به یک منبع DC یا AC جهت شارژ مجدد خودروهای BEV وجود خواهد داشت. واضح است که تجهیز خودرو به سیستم ترمز احیا کننده (Regenerative Braking) قابلیت لازم برای شارژ باتری ها با ظرفیت پیمایشی بالاخص در رده خودروهای تمام برقی را ندارد و موثرترین اثر مثبت استفاده از انرژی بازیافتی تولید شده در هنگام کاهش سرعت یا ترمز، کاهش متناوب تعداد دفعاتی است که باتری در وضعیت شارژ و تخلیه قرار می گیرد و قطعا این عملکرد مثبت از سوی سیستم ترمز احیا کننده, احتمال تخریب باتری را کم و عمر سیستم ترمز را افزایش می دهد.
برای درک بهتر چالش شارژ مجدد بایستی به ضریب تعیین راندمان انرژی توجه نمائیم. بعنوان مثال پس از یک ساعت شارژ برای حداکثر خروجی 22 کیلو وات باتری های سلول شیمیایی با منبع تغذیه DC بر اساس محاسبه نسبت توان نیروی ورودی بر گشتاور الکتروموتور, خروجی حاصله تقریبا برابر با انرژی مورد نیاز الکتروموتور جهت پیمایش تقریبی حداکثر 120 کیلومتر می گردد اما اگر خودرو پس از طی مسافت مشخص به دلیل اتمام ذخیره شارژ باتری سلول شیمیایی و یا باتری الکترولیت جامد ( با شاخصه پیمایشی 600 کیلومتر)در مکانی متوقف شود که هیچ ایستگاه شارژی وجود نداشته باشد اینجاست که به یک راه حل جایگزین برای بالا بردن ضریب اطمینان از ذخیره انرژی نیاز خواهیم داشت.
علیرغم راه حل های ارائه شده نظیر افزایش عمر باتری, کاهش مدت زمان شارژ و افزایش میزان ذخیره انرژی در باتری های الکترولیت جامد, اما کماکان این راه حلها مکفی نبوده و ضرورت نیاز به ایستگاه های شارژ درون شهری و برون شهری بعنوان یکی از مولفه های اصلی در تعریف چرخه تولید و مصرف انرژی همچنان بر جای خود باقی است.
با توجه بر چالش نیاز ضروری به شارژ مجدد باتری در بازه های زمانی مختلف (بسته به نوع باتری), تصمیم گرفتم ایده ای جدید خلق کنم که هم تا حد زیادی وابستگی یک EV را به ایستگاه های شارژ سطح یک تا سه کم کند و هم منجر به کاهش تقاضا برای تولید انرژی از سوخت های آلاینده لایه ازون (فسیلی) گردد که متاسفانه علیرغم عواقب جدی و مخرب زیست محیطی آن, اما همچنان در بسیاری از مناطق جهان بعنوان تنها سوخت تولید انرژی در نیروگاه های بزرگ تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد.
برای ساخت یک خودرو برقی با استفاده از نیروی رایگان باد, نیروگاه های بادی منبع الهام طراحی من شدند. برای رسیدن به اسکچ اولیه طراحی بدنه مجبور شدم تغییراتی متناسب با تفاوت اختلاف فشار برخورد مولکولهای هوا با گرانیگاه یک جسم استاتیک در مقایسه با یک جسم داینامیک در بخش دماغه خودرو بوجود بیاورم چون نوع دریافت فشار در توربین بادی یک نیروگاه با یک خودروی در حال حرکت بسیار متفاوت است. در حقیقت باد جریان هوایی است که از مراکز دارای فشار زیاد به طرف مراکز دارای فشار کم حرکت می کند بنابراین با توجه به عامل فوق اگر در بین دو نقطه به طور مصنوعی اختلاف فشار ایجاد کنیم باد بوجود آمده و در مسیر معکوس فشار حرکت خواهد کرد و بدنه خودروی در حال حرکت بخوبی این اختلاف فشار را بوجود می آورد.
در نیروگاه به دلیل متغیر بودن وزش باد, اکثریت ژنراتورهای توربین بادی قادر نیستند تا انرژی را بصورت مداوم تولید کنند که این امر ناشی از وضعیت استاتیک توربین ها است, اما در وسائط نقلیه بدلیل ضرایب داینامیک (Dynamic Coefficient) , اصطکاکی (Friction Coefficient) و فرم (Form Coefficient) امکان تولید باد و استفاده از آن بعنوان انرژی مداوم وجود دارد. هر چه شیب فشار (تفاوت فشار) بین دو نقطه بیشتر باشد شدت جریان هوا نیز بیشتر خواهد شد و این موضوع ساختار و بیس اصلی طراحی من را برای کانسپت دماغه با هدف بالا بردن شیب فشار تشکیل داد. اهمیت شیب فشار هم بعنوان یک فاکتور مهم در بهینه سازی وضعیت ایروداینامیک و کاهش ضریب درگ یک خودرو مورد توجه قرار می گیرد و هم ایجاد جریان مداوم فشار جهت انتقال نیرو و تبدیل آن به انرژی برای خودرویی که قصد دارد از نیروی فشار به تولید برق برسد دارای اهمیت است.
بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر در استفاده از انرژیهای رایگان و پاک را داشته و با تجاری سازی در مصرف می تواند کمک شایانی به جلوگیری از افزایش گازهای مضر و گلخانه ای نماید.
منبع: مقالات و پژوهش های علمی منتشر شده علی پوراحمد بر روی وب سایت "سیاره علوم" www.sciencesplanet.com