يعتمد اعتماد المركبات الكهربائية على التغلب على قلق المدى. كشفت دراسة أجرتها ماكينزي عام 2023 أن المستهلكين يعطون الأولوية للمركبات التي تتجاوز 300 ميل لكل شحنة، مما يدفع الابتكار في عمر البطارية. ويقوم المصنعون بتمديد عمر الدورة من خلال خوارزميات شحن تكيفية وهياكل خلايا محسّنة، مما يتيح أداءً أكثر دواماً دون المساس بالسلامة أو الكفاءة.
يمكن للبطاريات الليثيوم أيون اليوم أن تصل إلى حوالي 700 واط-ساعة/لتر عندما تستخدم أقطاب كاثود غنية بالنيكل مقترنة بأقطاب أنود قائمة على السيليكون. ولكن هناك مشكلة وفقًا لبحث حديث نُشر في مجلة Batteries عام 2023. يشير البحث إلى ما يعرفه العديد من المهندسين بالفعل - أن السعي نحو كثافة طاقة أعلى يجعل الانطلاق الحراري أكثر احتمالاً. نحن نتحدث عن خلايا الأكاسيد الطبقية التي تصبح غير مستقرة عند درجات حرارة أقل من 150 درجة مئوية. هذا النوع من النتائج يبرز حقًا سبب حاجة الشركات المصنعة إلى طرق أفضل لإدارة تراكم الحرارة وتطوير تركيبات بطاريات لا تتحلل ذاتيًا عند ارتفاع درجات الحرارة.
ي apuesta معظم الخبراء في هذا المجال على الفترة من عام 2025 إلى عام 2028 قبل أن نرى بطاريات الحالة الصلبة تدخل السوق تجاريًا. ما الميزة الكبيرة؟ يمكن شحنها أسرع بنسبة 40% تقريبًا بفضل بعض التطورات في الكهارل السيرامية. وقد أحرزت المصانع التجريبية تقدمًا حقيقيًا مؤخرًا في التعامل مع الطبقات الكبريتيدية الصعبة التي كانت تُسبب مشاكل للجميع أثناء التوسع في الإنتاج. كان التغلب على هذه العقبات عائقًا رئيسيًا أمام الشركات المصنعة التي ترغب في إنتاج هذه البطاريات على نطاق واسع. ما يميز هذه الأنظمة البطارية الجديدة هو سعتها الأعلى لتخزين الطاقة، بالإضافة إلى أنها لا تشتعل بسهولة كما هو الحال في إصدارات الليثيوم أيون التقليدية. بالنسبة لشركات صناعة المركبات الكهربائية التي تخطط للمستقبل، يبدو هذا النوع من التكنولوجيا تمامًا هو ما تحتاجه للبقاء تنافسية في السنوات القادمة.
تتفاخر نماذج الليثيوم-كبريت بسعة طاقة نظرية تبلغ 2,500 واط/كغ—أي أربع مرات السعة الحالية لبطاريات الليثيوم أيون. يعمل الباحثون على معالجة مشكلة انتقال البولي سلفيد، وهي إحدى آليات التدهور الرئيسية، من خلال تغليف بأغشية أكسيد الجرافين. وفي حال النجاح، قد تُمكّن هذه التقنية من بطاريات قادرة على الصمود لمسافة 500,000 ميل، وهو ما سيكون مفيدًا بشكل خاص للأسطول التجاري والنقل الطويل المسافة.
تمتص المواد المتغيرة الطور المدمجة في حزم البطاريات أكثر من 40٪ حرارة أثناء الشحن السريع مقارنةً بالأنظمة التقليدية. وعند دمجها مع أنظمة إدارة البطارية المدعومة بالذكاء الاصطناعي، تقلل هذه المواد من مخاطر الانتشار الحراري بنسبة 62٪، وفقًا لاختبارات معملية أجريت في عام 2024. وتعزز مثل هذه التطورات السلامة بينما تدعم العمليات عالية القدرة الضرورية للسيارات الكهربائية الحديثة.
المشكلة في أشباه الموصلات القائمة على السيليكون في المركبات الكهربائية اليومية بسيطة جدًا. فهي تفقد قدرًا كبيرًا من الطاقة أثناء التشغيل عند مستويات عالية، وأحيانًا أكثر من 8٪ وفقًا لتقرير الصناعة الصادر العام الماضي. وبما أن السيليكون لا يستطيع تحمل درجات الحرارة العالية دون الانصهار، يضطر مصنعو السيارات إلى تركيب أنظمة تبريد ضخمة، مما يضيف وزنًا إضافيًا ويزيد التعقيد داخل المركبة. إن الصناعة بأكملها تتجه نحو أنظمة ذات فولتية أعلى وسرعات تبديل أسرع، لكن مواد السيليكون التقليدية لا تستطيع مواكبة هذا التطور. والمصنّعون عالقون في محاولة جعل السيارات أكثر كفاءة، بينما يواجهون حدودًا مادية أساسية تمنعهم من تصغير المكونات أو تحسين الأداء بالسرعة التي يرغبون بها.
يعمل كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN)، وهما من أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة للطاقة، بشكل ممتاز عند ارتفاع درجات الحرارة، حيث يتحملان حرارة تزيد بحوالي 200 درجة مئوية عن السيليكون التقليدي. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه المواد تقلل من خسائر التبديل بنسبة تقارب 70%. بالنسبة للتطبيقات عالية الجهد، يُعد SiC الخيار المفضل، خاصةً في منصات الجهد البالغة 800 فولت، ما يمنح المركبات مدىً يزيد بنحو 15% تقريبًا لكل شحنة. من ناحية أخرى، يتفوق GaN في التطبيقات منخفضة الجهد، حيث يصل إلى كفاءة تقارب 98% في الشواحن، وذلك بسبب تنقل الإلكترونات خلاله بشكل أفضل بكثير. وعند دمج التقنيتين معًا، يمكن تصنيع المكونات بنصف الحجم السابق، ما يعني توفر مساحة إضافية داخل الأجهزة لبطاريات أكبر أو لمزيد من الميزات بشكل عام.
أدى دمج العاكسات المستندة إلى كاربيد السيليكون في سيدان السوق الجماعي لشركة صناعة سيارات رائدة إلى تقليل الفاقد من الطاقة بنسبة 6٪ وزيادة كثافة العزم بنسبة 30٪. كما قلّص هذا التقدم تكلفة تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب بمقدار 450 دولارًا للسيارة الواحدة (مجلة الهندسة السياراتّة 2023)، مما يُظهر كيف يحسّن كاربيد السيليكون الأداء والكفاءة التكلفة بشكل كبير.
يستخدم أكثر من 20٪ من إلكترونيات الطاقة الجديدة في المركبات الكهربائية الآن كاربيد السيليكون أو نيتريد الغاليوم، وذلك بسبب توافقها مع أنظمة الشحن ثنائي الاتجاه والشحن السريع التي تزيد طاقتها عن 350 كيلوواط. ومن المتوقع أن تقوم 65٪ من المركبات الكهربائية الفاخرة بحلول عام 2026 باستخدام وحدات هجينة مدمجة من كاربيد السيليكون ونتريت الغاليوم، حيث تجمع بين متانة كاربيد السيليكون في الدوائر العالية الجهد وسرعة نيتريد الغاليوم في التطبيقات عالية التردد.
تُحقِق شواحن الجيل التالي المثبتة على متن المركبة باستخدام نيتريد الغاليوم كثافة طاقة تبلغ 4.8 كيلوواط/كغ، أي ضعف كثافة الوحدات القائمة على السيليكون، مما يمكّن من الشحن من 10% إلى 80% خلال 10 دقائق. وفي محولات التيار المستمر-التيار المستمر، يقلل كربيد السيليكون من إنتاج الحرارة بنسبة 40%، ما يسمح بتصاميم مدمجة مناسبة للأنظمة التي تتجاوز 1000 فولت. وتدعم هذه التحسينات الجهود العالمية لتوحيد مكونات خفيفة الوزن وعالية الكفاءة عبر هياكل المركبات الكهربائية.
الانتقال إلى أنظمة كهربائية بجهد 800 فولت يمثل تطوراً كبيراً في مركبات الطاقة الجديدة، حيث يمنح السائقين ما يرغبون فيه أكثر من غيره في الوقت الراهن: الشحن السريع الذي يشبه التزود بالوقود في محطات البنزين. عندما يضاعف المصنعون الجهد الكهربائي مقارنةً بالأنظمة القديمة التي تعمل بـ 400 فولت، فإن ذلك يؤدي إلى تقليل كمية التيار التي تتدفق عبر النظام، مما يتيح سرعات شحن تتراوح بين 300 و350 كيلوواط. ما المغزى العملي من ذلك؟ يمكن لمعظم الأشخاص شحن سياراتهم من 10٪ إلى 80٪ في أقل من 18 دقيقة، إذا كانوا في إحدى المحطات الخاصة التي تدعم هذه التقنية. وصراحةً، هذا أمر مهم، لأنه وفقًا لدراسة أجرتها شركة ماكينزي العام الماضي، ما يقارب ستة من كل عشرة أشخاص لم يقتنعوا بعد بالسيارات الكهربائية ما زالوا قلقين من طول مدة الشحن.
على الرغم من التحسن في مدى البطارية، لا يزال 62٪ من المشترين المحتملين يعطون الأولوية لراحة الشحن على سعر الشراء (ديلويت 2024). تلبي أنظمة 800 فولت هذه الحاجة من خلال تمكين الشحن الفائق السرعة دون الحاجة إلى بطاريات أثقل — وهي ميزة حاسمة مع نمو تركيبات شواحن التيار المستمر السريعة عالميًا بنسبة 27٪ سنويًا.
يتبع توصيل القدرة المعادلة P = V × I؛ حيث يسمح زيادة الجهد بتوفير قدرة مكافئة بتيار أقل، مما يقلل من الفاقد المقاومي.
| المتر | هندسة 400 فولت | هندسة 800 فولت | التحسين |
|---|---|---|---|
| قدرة الشحن النموذجية | 150–200 كيلوواط | 300–350 كيلوواط | 87% |
| فقدان حرارة الكابل | 40% | 30% | تخفيض بنسبة 25% |
| وزن الحزمة | 23 كجم | 14 كجم | أخف بنسبة 39% |
البيانات مستمدة من بروتوكولات اختبار الشركات المصنعة للسيارات (2024)
يقلل التيار المنخفض من تسخين الكابلات والإجهاد على النظام، مما يتيح الشحن عالي القدرة بشكل مستمر مع الحفاظ على هامش الأمان.
كانت السيارات الكهربائية الفاخرة من أوائل المعتمدين لأنظمة 800 فولت، حيث وصلت إلى معدلات شحن قصوى تبلغ 270 كيلوواط. وتستخدم هذه المركبات تكوينات بطاريات متوازية واستراتيجيات تبريد متقدمة للحفاظ على الاستقرار أثناء عمليات الشحن السريع، ما يجعل السفر لمسافات طويلة أكثر عملية.
بعد أن كانت مقتصرة على الطرازات المميزة، تشهد العمارة الكهربائية بجهد 800 فولت انتشارًا عالميًا. وتتصدر الصين هذه المرحلة الانتقالية، مع توقع بلوغ نسبة انتشار مركبات 800 فولت إلى 35% بحلول عام 2030. وتجعل التكلفة المتناقصة لأشباه الموصلات من كاربيد السيليكون (SiC) والعمليات الإنتاجية المبسطة من هذه التقنية قابلة للتطبيق حتى في المركبات التي تبلغ تكلفتها 30,000 دولار.
تتطلب الأنظمة عالية الجهد إجراءات أمان محسّنة. وتشمل الابتكارات الرئيسية العزل متعدد الطبقات المصنف لتحمل جهد عازل قدره 1,500 فولت، وكابلات شحن مبردة سائلاً تحافظ على درجة حرارة 50°م عند تيار 500 أمبير، وموصلات انفجارية تفصل الأعطاب خلال 3 ملي ثانية. تضمن هذه الميزات الامتثال لمعايير السلامة ISO 6469-3 مع تمكين الشحن عالي الأداء.
يُحدث دمج الشحن ثنائي الاتجاه مع تحديث الشبكات الذكية تحولاً في توزيع الطاقة. ومن المتوقع أن تمثل الأنظمة اللامركزية 34٪ من شبكات الكهرباء العالمية بحلول عام 2030 (تقرير بنية تحتية الطاقة 2023). أصبحت المركبات الكهربائية الآن وحدات تخزين طاقة متنقلة، تدعم استقرار الشبكة من خلال تقليل ذروة الاستهلاك والتوازن التحميلي أثناء التقلبات في إنتاج الطاقة المتجددة.
السيارات الكهربائية الحديثة المجهزة بمحولات تعتمد على كربيد السيليكون وأنظمة تحكم حرارية تكيفية تحقق كفاءة دوران بنسبة 98٪ في تطبيقات نقل الطاقة من السيارة إلى المنزل (V2H). يمكن للأسر تقليل تكاليف الطاقة اليومية بنسبة 20–30٪ من خلال تفريغ طاقة البطارية المخزنة خلال الفترات ذات التعريفة العالية، مما يجعل السيارات الكهربائية أصولاً نشطة للطاقة المنزلية.
تُظهر البرامج الرائدة مثل برنامج نيسان 'لياف-إلى-المنزل' ومنصة نيفي المركّزة على الأسطول للطاقة من السيارة إلى الشبكة (V2G) الجدوى العملية. يبلغ المستخدمون الأوائل توفيرًا سنويًا متوسطه 580 دولارًا، في حين تقلل شركات تشغيل الأساطيل التكاليف التشغيلية بنسبة 15٪ من خلال المشاركة في برامج موازنة الشبكة خارج أوقات الذروة.
تتطلب المتطلبات التنظيمية في 23 دولة الآن الجاهزية للاتجاهين في بنية الشحن العامة. وقد التزم الاتحاد الأوروبي بمبلغ 4.7 مليار يورو (2023–2027) لتوسيع شبكات المركبات إلى الشبكة (V2G). وتسعى الشركات المصنعة الكبرى إلى تجهيز 90٪ من المركبات الكهربائية الجديدة بإمكانية التشغيل ثنائي الاتجاه بحلول عام 2026، مما يُفعّل سعة تخزين موزعة تُقدَّر بـ 18 جيجاواط عبر أمريكا الشمالية وآسيا.
تقلل أنظمة إدارة البطارية المتقدمة من التآكل الناتج عن الدورات المتكررة، وتحافظ على أكثر من 80٪ من حالة البطارية بعد 5000 دورة ثنائية الاتجاه. وتُظهر البيانات الواقعية أن الاستخدام المُحسَّن لتقنية المركبات إلى الشبكة (V2G) يؤدي إلى فقدان سنوي فقط بنسبة 1.2٪ في السعة — وهو ما يعادل أنماط قيادة المركبات الكهربائية العادية — مما يضمن موثوقية البطارية على المدى الطويل.
وفقًا لشركة بحوث BCC من العام الماضي، بلغ سوق المركبات الكهربائية العالمي حوالي 656 مليار دولار في عام 2023 ومن المتوقع أن يرتفع إلى ما يقارب تريليون و800 مليار دولار بحلول عام 2029. وتظل النرويج في طليعة هذا المجال، حيث كانت المركبات الكهربائية تمثل ما يقرب من 83 بالمئة من إجمالي المركبات الجديدة التي تم بيعها في عام 2024، ويرجع ذلك بشكل كبير إلى الإعفاءات الضريبية السخية بالإضافة إلى الشبكة الواسعة من محطات الشحن المنتشرة في جميع أنحاء البلاد. لكن الوضع يبدو مختلفًا تمامًا في الدول النامية مثل الهند والبرازيل، حيث لا يزال من الصعب تشجيع الناس على استخدام السيارات الكهربائية بسبب نقص محطات الشحن الكافية حتى الآن. ونتيجة لذلك، يظل امتلاك المركبات الكهربائية متركزًا في المدن الكبرى دون انتشار واسع في المناطق الريفية.
تُقلل الحوافز الحكومية تكاليف شراء المركبات الكهربائية الأولية بنسبة 15–25٪ في الأسواق الرئيسية. في الصين، ساعدت برامج الدعم في تحقيق حصة بلغت 29.7٪ من سوق المركبات الكهربائية العالمي (Startus-Insights 2025). ومع ذلك، يُشير 40٪ من المشترين المحتملين في الدول النامية إلى القلق بشأن الشحن كأكبر مخاوفهم، مما يبرز الحاجة إلى سياسات منسقة واستثمارات في البنية التحتية.
لقد نجحت النرويج لأنها نفذت سياسات منذ أكثر من عشرين عامًا تخلّصت تدريجيًا من الحوافز الخاصة بالسيارات العاملة بالبنزين. وفي الوقت نفسه، بدأت مناطق مثل تايلاند والمكسيك في إنتاج البطاريات محليًا بدلًا من الاعتماد على الواردات، مما يساعد أيضًا في خفض التكاليف. وعلى الرغم من أن عدد محطات الشحن لكل شخص لا يتجاوز حوالي 1/35 من العدد في النرويج، إلا أن المركبات الكهربائية ما زالت تحقق مبيعات قوية عبر جنوب شرق آسيا. ووفقًا للتقارير الحديثة، ارتفعت المبيعات بما يقارب 62 بالمئة فقط في العام الماضي.
تمثل المركبات الكهربائية بأسعار معقولة أقل من 20,000 دولار 58٪ من المبيعات في إندونيسيا وفيتنام. وقد أدى توطين سلاسل التوريد إلى خفض تكاليف البطاريات بنسبة 30٪، مما مكن شركات صناعة السيارات من استهداف المستهلكين الحساسين للسعر دون الاعتماد على المكونات المستوردة.
قامت الصين بتركيب 800,000 جهاز شحن عام في عام 2024، أي جهاز شحن لكل سبع مركبات كهربائية، وتعتزم نشر 6.8 مليون جهاز بحلول عام 2030. ويُعد هذا التوسع الطموح دعماً لزيادة سنوية قدرها 55٪ في الطاقة الإنتاجية المحلية للمركبات الكهربائية، مما يعزز موقعها كأكبر سوق للمركبات الكهربائية في العالم.
في منطقة آسيا والمحيط الهادئ، تمول المشاريع المشتركة بين شركات صناعة السيارات وشركات الطاقة 60٪ من محطات الشحن الجديدة. وفي الصين، تنسق مبادرات الشبكة الذكية أحمال شحن المركبات الكهربائية مع ذروة توليد الطاقة المتجددة، بهدف تحسين استخدام الشبكة وتعزيز دمج الطاقة النظيفة.
تمتلك البطاريات الحالة الصلبة سعة تخزين طاقة أعلى، وأوقات شحن أسرع، ودرجة أكبر من الأمان لأنها أقل عرضة للاشتعال.
تتحمل SiC وGaN درجات حرارة أعلى وتقلل من خسائر التبديل، مما يزيد مدى المركبة الكهربائية ويتيح تقليل حجم مكونات الطاقة.
تمكّن هياكل 800 فولت من الشحن الفائق السرعة، وتقلل بشكل كبير من أوقات الشحن، وتجعلها مماثلة لأوقات التزود بالوقود التقليدية.
يسمح الشحن ثنائي الاتجاه للمركبات الكهربائية بأن تعمل كوحدات تخزين طاقة متنقلة، ويدعم استقرار الشبكة، ويساهم في تحقيق وفورات في التكاليف من خلال تقليل استهلاك الذروة.
حقوق النشر © 2024 شينزر أوتوموبيل - سياسة الخصوصية