اتجاهات التطوير المستقبلية لتكنولوجيا ومواد بطاريات المركبات الكهربائية
Dec 08, 2023
خارطة طريق لتكنولوجيا السيارات الكهربائية
السيارات الكهربائية هي المركبات التي تستخدم البطاريات بشكل أساسي كمصدر للطاقة ويتم تشغيلها كليًا أو جزئيًا بواسطة محركات كهربائية. إنها منتجات عالية التقنية تتضمن تخصصات متعددة مثل الميكانيكا والإلكترونيات والكهرباء والتحكم في الحواسيب الصغيرة. وفقًا للوضع الفني الحالي ومبادئ قيادة السيارة، يمكن تقسيم السيارات الكهربائية إلى ثلاثة أنواع: السيارات الكهربائية الهجينة، والمركبات الكهربائية النقية، والمركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود. ومع التقدم التكنولوجي وتطور التطبيقات، سيخضع تصنيف السيارات الكهربائية أيضًا لتغييرات جديدة. على سبيل المثال، تعمل المركبات الكهربائية القابلة للشحن كفرع على توسيع نفوذها تدريجيًا وستصبح قريبًا قوة مهمة في تاريخ تطوير المركبات الكهربائية.
1. السيارة الكهربائية الهجينة (HEV)
في السنوات العشر الماضية، وبفضل التكنولوجيا الناضجة نسبيًا والتأثيرات الواضحة في توفير الطاقة وحماية البيئة، تطورت السيارات الكهربائية الهجينة بسرعة، ومع تشجيع السياسات التفضيلية في مختلف البلدان، دخلت تدريجيًا مرحلة الترويج والتطبيق التجاري . تتمتع نماذج السيارات الكهربائية الهجينة اليابانية، ممثلة بريوس وسيفيك، بمزايا مطلقة في السوق وتحتل مكانة مهيمنة في التكنولوجيا والسوق. وفي السنوات الأخيرة، أطلقت كبرى شركات تصنيع السيارات الأوروبية والأمريكية أيضًا مركبات هجينة تتميز بخصائصها الخاصة. لقد تم كسر النمط الذي يهيمن عليه اليابانيون. ومن المتوقع أن تصبح السيارات الكهربائية الهجينة تدريجياً هي الاتجاه السائد لشركات السيارات الكبرى خلال عامين إلى ثلاثة أعوام. نماذج متنافسة.
تشير المركبات الكهربائية الهجينة بشكل أساسي إلى المركبات التي تضيف نظام طاقة مساعدًا يتكون من محرك كهربائي وبطارية طاقة إلى مركبة محرك الاحتراق الداخلي التقليدية، ويقوم النظام بموازنة الطاقة والاقتران وتجديد الطاقة وتخزينها ووظائف أخرى. اعتمادًا على درجة الاقتران الكهروميكانيكي واستراتيجية التحكم وظروف حركة المرور على الطرق، يتراوح معدل توفير الوقود من 10% إلى 40%.
2. السيارة الكهربائية الهجينة (PHEV)
تُسمى المركبات الكهربائية القابلة للشحن أيضًا بالمركبات الكهربائية الهجينة القابلة لإعادة الشحن خارجيًا. تقوم السيارة بشحن بطارية الطاقة المجهزة في النظام عن طريق توصيلها بمصدر طاقة منزلي (110 فولت/220 فولت) أو مصدر طاقة مخصص (380 فولت/500 فولت). بعد الشحن، لا يمكن استخدام المحرك الكهربائي الذي يعمل بالبطارية إلا لقيادة السيارة الكهربائية في الوضع الكهربائي النقي. بعد استنفاد الطاقة المتبقية من البطارية القابلة لإعادة الشحن، يمكن للسيارة تشغيل محرك الاحتراق الداخلي والقيادة في الوضع الهجين المتوازي أو المتسلسل. تحقق السيارة الكهربائية الهجينة القابلة للتوصيل الهجين (PHEV) سيارة هجينة حقيقية تعمل بالبنزين والكهرباء، والتي يمكن "تزويدها بالوقود" أو "شحنها". ويمكنها تحقيق قيادة خالية من الانبعاثات مع مسافة أطول، كما أنها أنظف من الطاقة الهجينة التقليدية.
تأخذ السيارة الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEV) بعين الاعتبار مزايا السيارات الكهربائية النقية والسيارات الكهربائية الهجينة التقليدية. إنها مركبة نظيفة وموفرة للطاقة وسهلة الاستخدام، وهي ممكنة في هذه المرحلة. إنه حل تقني انتقالي من HEV إلى BEV. نقطة البداية للمركبات الهجينة المزودة بقابس هي القيادة في الوضع الكهربائي النقي.
3. السيارة الكهربائية (EV للاختصار)
تُسمى السيارة الكهربائية النقية أيضًا بالمركبة الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV). يتكون نظام الطاقة الخاص بها بشكل أساسي من بطارية طاقة ومحرك كهربائي. يحصل على الطاقة من شبكة الطاقة (أو يستبدل البطارية) ويوفر الطاقة الكهربائية للمحرك الكهربائي من خلال بطارية الطاقة. قيادة السيارة.
المزايا الرئيسية للسيارات الكهربائية النقية هي: انعدام الانبعاثات، وانخفاض الاهتزازات والضوضاء، وكفاءة الطاقة العالية، والقدرة على استخدام "طاقة خارج أوقات الذروة" الرخيصة من شبكة الطاقة للشحن ليلاً، وهو ما يلعب دورًا في تسهيل أوقات الذروة. وفوارق الوادي في شبكة الكهرباء. العيوب الرئيسية للسيارات الكهربائية النقية: أولاً، التكلفة الاجتماعية للاستثمار في البنية التحتية للشحن مرتفعة، ويتطلب تعميم محطات الشحن قدرًا كبيرًا من استثمار رأس المال الاجتماعي؛ ثانيًا، نطاق القيادة قصير، وبطارية الطاقة باهظة الثمن، كما تحتاج سعة البطارية وعمرها إلى تحسين.
في الوقت الحاضر، يتم الترويج للسيارات الكهربائية النقية تجاريًا وتطبيقها في الولايات المتحدة واليابان وأوروبا ودول ومناطق أخرى، مع التركيز على المركبات البلدية الخاصة (مركبات النقل البريدي، ومركبات الصرف الصحي، وما إلى ذلك)، وحافلات الخطوط الثابتة، والأسطول الرسمي. المركبات والسيارات الخاصة وغيرها من المجالات. حاليًا، تُصنف فرنسا من بين الدول الأولى في العالم من حيث شعبية وملكية السيارات الكهربائية.
من الناحية الفنية، تظهر السيارات الكهربائية النقية المعاصرة الاتجاهات التالية: استمرار تحسين تكامل نظام الطاقة وتكنولوجيا التحسين، وتأثيرات توفير الطاقة كبيرة؛ وتحل بطاريات الليثيوم أيون عالية الأداء وبطاريات النيكل والهيدروجين محل بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية؛ تحل أنظمة القيادة الكهربائية المتكاملة الفعالة محل محركات التيار المستمر التقليدية؛ أدى التطبيق الواسع النطاق للأنظمة المساعدة الكهربائية إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة وأداء السيارة للمركبة بأكملها؛ وقد أدى تطبيق أنظمة الشبكات إلى تعزيز نمطية وذكاء المركبات الكهربائية؛ تم استخدام تكنولوجيا خفيفة الوزن وتكنولوجيا السلامة الهيكلية الكهربائية في تطبيق النظام.
منذ عام 2009، أطلقت الصين طفرة في أبحاث وتطوير السيارات الكهربائية النقية. من السيارات الصغيرة الكهربائية النقية إلى سيارات السيدان الكهربائية النقية، والحافلات الكهربائية النقية والمركبات الخاصة الكهربائية النقية، تم إطلاق نماذج المنتجات الواحدة تلو الأخرى. شركات تصنيع السيارات التقليدية تستعد للتحول. غالبًا ما تستثمر المركبات الكهربائية الخفيفة وشركات قطع غيار السيارات وحتى الشركات الأخرى غير المرتبطة بصناعة السيارات عشرات أو حتى مئات الملايين من اليوانات، ويتم إجراء عروض توضيحية للسيارات الكهربائية النقية على نطاق واسع في أماكن مختلفة. لقد كان تصنيع السيارات الكهربائية النقية إيذانا ببدء فصل الربيع في الصين.
4. السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV)
السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود هي مركبة تستخدم الهيدروجين والأكسجين الموجود في الهواء لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال تفاعل كهروكيميائي في خلية الوقود تحت تأثير المحفز وتعمل كمصدر الطاقة الرئيسي لقيادة السيارة. يتكون نظام الطاقة الخاص بها بشكل أساسي من محرك خلية الوقود، وخزان الوقود (زجاجة الهيدروجين)، ومحرك/مولد كهربائي، وبطارية الطاقة، وما إلى ذلك. ويستخدم توليد الطاقة من خلية الوقود كمصدر رئيسي للطاقة ويقود السيارة من خلال المحرك .
الملامح الرئيسية للسيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود: كفاءة عالية في تحويل الطاقة. يمكن أن تصل كفاءة تحويل الطاقة لخلايا الوقود إلى 60% إلى 80%، وهو ما يعادل 2 إلى 3 أضعاف محركات الاحتراق الداخلي؛ صفر انبعاثات ولا تلوث بيئي. ووقود خلية الوقود هو الهيدروجين والأكسجين، والمنتج عبارة عن ماء نظيف؛ يأتي وقود الهيدروجين من مجموعة واسعة من المصادر ويمكن الحصول عليه من مصادر الطاقة المتجددة ولا يعتمد على الوقود البترولي.
يتم إجراء نموذج البحث والتطوير لمركبات خلايا الوقود حاليًا من قبل الصناعة والأوساط الأكاديمية ومعاهد البحث تحت قيادة الحكومة، ويتم تنفيذ التعاون عبر الوطني بنشاط في جميع أنحاء العالم. أدى تنفيذ خطط البحث الوطنية الرئيسية ومشاريع البحث والتطوير التعاونية إلى تعزيز عملية البحث والتطوير لخلايا الوقود العالمية ومركبات خلايا الوقود بشكل كبير. في الآونة الأخيرة، أظهرت مركبات خلايا الوقود التي تم إطلاقها حديثًا في العالم أداءً ممتازًا وحققت تقدمًا كبيرًا في موثوقية المركبات والتحكم في التكاليف وجوانب أخرى.