سیستم برقی خودرو: اجزا، عملکرد و تحولات آینده

تاریخچه و اهمیت سیستم برقی خودرو

سیستم برقی خودرو از زمان اختراع اولین باتری سرب اسیدی توسط گاستون پلانته در سال ۱۸۵۹ تاکنون تحولات چشمگیری داشته است. بین سال‌های ۱۸۹۰-۱۸۹۱ اولین خودروی برقی در آمریکا توسط ویلیام موریسن ساخته شد که قادر بود به سرعت ۲۳ کیلومتر بر ساعت برسد. توماس ادیسون نیز در سال ۱۸۹۹ تحقیقات گسترده‌ای برای تولید باتری‌های مناسب خودروها آغاز کرد. در آوریل ۱۸۸۱، گوستاو ترووه، مخترع فرانسوی، اولین خودروی هیبریدی با باتری قابل شارژ را در خیابان‌های پاریس آزمایش کرد .

امروزه سیستم برقی خودرو به عنوان قلب تپنده اتومبیل شناخته می‌شود که علاوه بر روشن کردن موتور، مسئولیت عملکرد بیش از ۱۰۰ جزء مختلف را بر عهده دارد. از استارت زدن و جرقه‌زنی شمع‌ها تا سیستم‌های ایمنی، رفاهی و ارتباطی همگی وابسته به سیستم برقی هستند .

اجزای اصلی سیستم برقی خودرو

سیستم برقی خودرو را می‌توان به پنج دسته اصلی تقسیم‌بندی کرد :

1. تولیدکننده برق (دینام/آلترناتور)

• دینام (آلترناتور): مسئول تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. دینام هنگام کار موتور، برق مورد نیاز مصرف‌کنندگان را تأمین کرده و باتری را شارژ می‌کند. برق تولیدی توسط دینام معمولاً ۱۲ ولت است .
• آفتامات: وظیفه تنظیم ولتاژ خروجی دینام و جلوگیری از نوسانات برق را بر عهده دارد. همچنین مانع بازگشت جریان برق از باتری به دینام هنگام خاموشی موتور می‌شود .

2. ذخیره‌کننده برق (باتری)

باتری خودرو به عنوان منبع انرژی الکتریکی عمل می‌کند و وظایف زیر را بر عهده دارد:

• تأمین برق مورد نیاز برای استارت اولیه
• تغذیه سیستم‌های الکتریکی هنگام خاموش بودن موتور
• پشتیبانی از دینام در زمانی که مصرف برق خودرو از تولید آن بیشتر است

انواع باتری‌های خودرو :

• باتری‌های تر (سرب اسیدی): دارای شش درب برای بررسی سطح الکترولیت و قیمت ارزان‌تر
• باتری‌های خشک (اتمی): بدون نیاز به بررسی سطح الکترولیت و با عمر طولانی‌تر

عمر مفید باتری‌ها معمولاً حدود ۲ سال است که تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند دمای بالا و لرزش ممکن است کاهش یابد .

3. توزیع‌کننده‌های برق

• وایر شمع: سیم‌های عایق‌داری که ولتاژ بالا را از کوئل به شمع‌ها منتقل می‌کنند. در سیستم‌های جدید، وایر شمع حذف شده و کوئل مستقیماً به شمع متصل می‌شود .
• مدارهای الکتریکی: شامل سیم‌ها، فیوزها و رله‌ها که برق را به بخش‌های مختلف خودرو هدایت می‌کنند .
• فیوزها: از سیستم برقی در برابر افزایش غیرعادی جریان محافظت می‌کنند .

4. کنترل‌کننده‌های برق

• کلیدها و دکمه‌ها: برای کنترل دستی سیستم‌های مختلف برقی مانند برف‌پاک‌کن، چراغ‌ها و سیستم صوتی .
• کامپیوتر خودرو (ECU): به عنوان مغز متفکر سیستم برقی، عملکرد تمام بخش‌های الکترونیکی خودرو را کنترل و نظارت می‌کند. ECU اطلاعات را از سنسورهای مختلف دریافت کرده و دستورات لازم را صادر می‌کند .

5. مصرف‌کنندگان برق

• سیستم جرقه‌زنی: شامل کوئل، شمع و وایر شمع
• سیستم‌های روشنایی: چراغ‌های جلو، عقب، راهنما و نور داخلی
• سیستم‌های رفاهی: بالابر شیشه‌ها، سیستم صوتی، برف‌پاک‌کن
• سیستم‌های ایمنی: ایربگ، ترمز ABS، سیستم کنترل پایداری
• سیستم‌های ارتباطی: رادیو، GPS، بلوتوث 

اجزای کلیدی سیستم جرقه‌زنی

کوئل (سیم پیچ)

کوئل یک ترانسفورماتور فشار قوی است که ولتاژ ۱۲ ولت باتری را به ۷۰۰۰-۴۰۰۰۰ ولت افزایش می‌دهد تا توانایی ایجاد جرقه در شمع‌ها را فراهم کند. کوئل از دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه، هسته مرکزی و بدنه تشکیل شده است .

دلکو (توزیع‌کننده)

در سیستم‌های قدیمی، دلکو مسئول توزیع برق ولتاژ بالا بین شمع‌ها به ترتیب احتراق سیلندرها بود. در سیستم‌های جدید، این قطعه حذف شده و عملکرد آن در کوئل ادغام شده است .

شمع‌ها

شمع‌ها با ایجاد جرقه در محفظه احتراق، مخلوط سوخت و هوا را مشتعل می‌کنند. انواع شمع‌ها شامل :

• شمع‌های نیکلی
• شمع‌های ایریدیومی
• شمع‌های پلاتینیومی
• شمع‌های چند الکترودی

تعویض به موقع شمع‌ها (معمولاً هر ۱۶-۲۰ هزار کیلومتر) برای عملکرد بهینه موتور ضروری است .

سیستم برقی خودروهای مدرن و آینده

خودروهای برقی و هیبریدی

خودروهای برقی به سرعت در حال گسترش هستند و دارای مزایای متعددی از جمله :

• کاهش آلودگی هوا و صوتی
• افزایش بازده انرژی
• کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
• شتاب گیری بهتر

اجزای اصلی خودروهای برقی شامل :

1. باتری اصلی: منبع تأمین انرژی (معمولاً از نوع لیتیوم‌یون)
2. موتور الکتریکی: تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی
3. پورت شارژ: اتصال به منبع خارجی برای شارژ باتری
4. مبدل DC/DC: تبدیل ولتاژ بالا به ولتاژ پایین برای سیستم‌های جانبی
5. سیستم مدیریت انرژی: کنترل و بهینه‌سازی مصرف انرژی

تحولات آینده

• خودروهای مستقل: وابستگی شدید به سنسورها و سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته
• سیستم‌های ارتباطی V2X: ارتباط خودرو با زیرساخت‌های شهری و سایر خودروها
• باتری‌های حالت جامد: افزایش ایمنی و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی
• سیستم‌های شارژ بی‌سیم: آسان‌تر شدن فرآیند شارژ خودروهای برقی 

نگهداری و عیب‌یابی سیستم برقی خودرو

برای حفظ عملکرد بهینه سیستم برقی خودرو، رعایت نکات زیر ضروری است :

• بررسی دوره‌ای سطح مایع باتری (در باتری‌های تر)
• کنترل تسمه دینام و جایگزینی به موقع آن
• تمیز کردن و تعویض به موقع شمع‌ها
• بررسی سلامت وایرهای شمع و اتصالات
• توجه به چراغ‌های هشدار روی صفحه کیلومتر

جدول 1: علائم خرابی قطعات اصلی سیستم برقی

نتیجه‌گیری

سیستم برقی خودرو به عنوان یکی از پیچیده‌ترین و مهم‌ترین بخش‌های خودروهای modern شناخته می‌شود. با پیشرفت فناوری، بر اهمیت و نقش این سیستم افزوده شده به طوری که امروزه خودروهای برقی و هیبریدی به عنوان آینده صنعت خودروسازی مطرح هستند. آشنایی با اجزاء و عملکرد سیستم برقی خودرو نه تنها برای متخصصان این حوزه، بلکه برای هر راننده‌ای ضروری است تا بتواند نگهداری مناسبی از خودروی خود به عمل آورده و در صورت بروز مشکل، عیب‌یابی اولیه را انجام دهد. با توسعه فناوری‌های جدید، به ویژه در حوزه خودروهای برقی و خودران، نقش سیستم برقی خودرو پررنگ‌تر خواهد شد و تحولات شگفت‌انگیزی را در آینده شاهد خواهیم بود.