تزداد شعبية السيارات الكهربائية (EVs) حيث يتجه العالم نحو المزيد من الطاقة المتجددة وحلول النقل لمكافحة تغير المناخ. لقد تحسنت التكنولوجيا الكامنة وراء المركبات الكهربائية، وأصبحت جزءاً أكبر بكثير من ثقافتنا.
حتى أن شركات مثل تسلا Tesla جعلت السيارة الكهربائية EV رمزاً من رموز المكانة المرموقة. لكن هل تساءلت يوماً عن كيفية عملها بالفعل؟
سنستعرض هنا بإيجاز ما الذي يجعل المركبات الكهربائية مختلفة عن المركبات التي تعمل بالوقود وكيف تعمل.
إذاً، كيف تعمل المركبات (السيارات) الكهربائية؟
عندما يشير الناس إلى السيارات الكهربائية، فإنهم يتحدثون عادة عن سيارات كهربائية بالكامل تعمل بالبطارية. تسمى هذه أحياناً المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEVs).
لكن هناك أنواعاً أخرى من المركبات يمكن تصنيفها على أنها مركبات كهربائية، بما في ذلك:
- المركبات الهجينة.
- المركبات الهجينة التي يتم وصلها بالكهرباء.
- المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEVs).
الأنواع الرئيسية للسيارات الكهربائية على الطريق اليوم هي المركبات الهجينة والمركبات التي تعمل بالبطاريات.
كيف تعمل البطارية في السيارة الكهربائية؟
تحتاج جميع المركبات الكهربائية التي لا تعمل بخلية وقود إلى نوع من البطاريات لتخزين الطاقة المستخدمة لتشغيل السيارة على الطريق.
الأكثر شيوعاً، أن هذه البطاريات مصنوعة من أيونات الليثيوم Lithium-ion وهي في الأساس إصدارات ذات قوة صناعية للبطارية في هاتفك الخلوي.
تُصنع بطاريات السيارات الكهربائية عادةً من مجموعات من الخلايا منظمة في وحدات وتوضع في صندوق كبير على طول الجزء السفلي من السيارة وتسمى بطارية الجر.
يتم شحن مجموعة البطارية بالكهرباء من الشبكة عبر محطة شحن أو عن طريق توصيل السيارة بمقبس طاقة منزلي. المركبات الأكبر مثل الشاحنات وسيارات الدفع الرباعي التي تعمل بالبطارية سيكون لها صناديق بطاريات أكبر.
بمجرد الشحن الكامل، يكون للسيارة مدى محدد قبل الحاجة إلى الشحن مرة أخرى. تم تصميم السيارات الكهربائية بميزات أخرى لإطالة عمر البطارية، مثل إيقاف تشغيل المحرك عندما لا تكون السيارة في حالة حركة واستخدام الطاقة الحركية من فرامل السيارة لشحن البطارية.
تعمل مركبات خلايا الوقود بشكل مختلف قليلاً. بدلاً من البطارية، يستخدمون خزاناً من غاز الهيدروجين المخزن، ويخلطون هذا الهيدروجين مع الأكسجين الموجود في الهواء لإنشاء تفاعل كيميائي مولّد للكهرباء.
بمجرد نفاد الغاز، يجب إعادة تعبئة الخزان، الأمر الذي قد يستغرق وقتاً أقل من إعادة شحن بطارية السيارة الكهربائية EV.
يتم إحراز تقدم مستمر في تكنولوجيا بطاريات المركبات (السيارات) الكهربائية، مما يعني أن مدى المركبات الكهربائية من المحتمل أن يستمر في الزيادة.
أعلنت جنرال موتورز عن شراكة مع إل جي LG في معرض CES 2021 والتي ستنتج بطاريات للسيارات الكهربائية EV أصغر وأكثر كثافة في الطاقة.
المحرك الكهربائي مقابل محرك الوقود: ما الفرق؟
تستخدم محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالوقود وقوداً مشتعلاً مضغوطاً لتحريك المكابس المتصلة بالمحور الذي يدير عجلات السيارة.
تستخدم السيارة الكهربائية بالكامل نفس مبدأ الدوران لدفع السيارة إلى الأمام، ولكن تعمل بالطاقة بشكل مختلف.
بدلاً من المكابس، تستخدم المركبة الكهربائية مغناطيساً كهربائياً لتحريك المحور. يحتوي المحرك الكهربائي في المركبة الكهربائية على نظام من المغناطيسات، بعضها ثابت وبعضها يدور.
تم تصنيع المغناطيس للدوران عن طريق التبديل المستمر لقطبية المغناطيسات التي تحتاج إلى الدوران.
تذكّر تلك التجارب العلمية التي قمت بها عندما كنت طفلاً، حيث استخدمت مغناطيسين، ووضعت أقطابهما بالقرب من بعض، وحاولت دفعهما معاً.
على مستوى أساسي للغاية، فإن المقاومة التي تلاحظها عند محاولة تقريب قطبي مغناطيسين متشابهين هي ما يدوّر محرك السيارة الكهربائية EV ويدوّر عجلات السيارة.
لإنشاء هذه المقاومة، يجب أن يكون للمغناطيسات الدوارة دائماً شحنة معاكسة للشحنة الثابتة. يتم تحقيق ذلك من خلال جهاز يسمى العاكس.
يستمد العاكس الطاقة من بطارية EV لتبديل قطبية المغناطيس الدوار حوالي 60 مرة في الثانية. يخلق التبديل المستمر مقاومة مغناطيسية مستدامة ويزود المحرك بالطاقة.
يمكنك مشاهدة تحليل مرئي رائع لهذا المفهوم في هذا الفيديو من قناة TechVision.
هذا التصميم أكثر كفاءة من محرك الاحتراق الداخلي لأن المحرك مصمم ليدور من البداية، في حين أن المحرك الذي يعمل بالغاز يجب أن يستخدم المحور لتحويل حركة المكبس لأعلى ولأسفل إلى حركة دوارة لقلب العجلات.
كما يمنح ضبط تردد تبديل قطبية العاكس للسائق تحكماً أفضل في سرعة السيارة وعزم الدوران أكثر مما يمكنك الحصول عليه من محرك البنزين.
هل المركبات الكهربائية أكثر استدامة حقاً من المركبات التي تعمل بالوقود؟
لا تحرق جميع المركبات الكهربائية الوقود، لذلك لا ينبعث منها أي عادم ضار من أنابيب العادم. في مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية، المنتج الثانوي الوحيد للتشغيل هو الماء الذي تحصل عليه من خلط الهيدروجين والأكسجين.
وبهذه الطريقة، تكون المركبات الكهربائية أكثر استدامة وصديقة للبيئة من المركبات التي تعمل بالغاز. ومع ذلك، فإن البطاريات التي يحتاجون إليها للعمل يجب أن يتم بناؤها بعناية من أجل أن تكون مستدامة على المدى الطويل.
ستحتاج المعادن اللازمة لبناء بطاريات السيارات الكهربائية إلى التنقيب على نطاق أوسع إذا كانت السيارات الكهربائية ستنافس تلك التي تعمل بالغاز والوقود.
هناك أيضاً سؤال حول ما يجب فعله بهذه البطاريات بمجرد وصولها إلى نهاية عمرها الافتراضي. أصدر اتحاد العلماء المهتمين تقريراً عن بطاريات السيارات الكهربائية في شباط 2021 يحدد ما يجب القيام به لتحقيق ذلك.
تشمل التدابير الرئيسية برامج إعادة تدوير البطاريات، ومعايير الصحة والعمل القوية في مكان العمل، واستخدام الطاقة المتجددة في التصنيع.
