قيادة السيارات الكهربائية
اجلسْ خلف عجلة القيادة في سيارة كهربائية بالكامل واكتشِفْ كيف نتغلب على إدماننا على قيادة السيارات التي تعمل بالبنزين
بقلم: سكوت داتفيلد
على مدى العقدين الماضيين، شهد العالم طفرة في مبيعات السيارات الكهربائية بالكامل. يتوقع أنه بحلول العام 2029 سيكون هناك 17.36 مليون سيارة كهربائية على الطرق في جميع أنحاء العالم. على عكس نظيراتها المزودة بمحركات الاحتراق، لا تحتاج المركبات الكهربائية (Evs) إلى استخدام الوقود الأحفوري مثل البترول والديزل لكي تعمل. وبدلًا من ذلك تعتمد على بطارية أيونات ليثيوم عملاقة يُعاد شحنها في قاعدة السيارة لتوفير الطاقة الكهربائية اللازمة لتحريك عجلاتها. على الرغم من أنه مفهوم بسيط يهدف إلى إحداث تغيير جذري في صناعة السيارات، فإن الأمر استغرق وقتًا طويلًا للوصول إلى ما نحن عليه اليوم من حيث التكنولوجيا التجارية.
على الرغم من أن السيارات الكهربائية قد تبدو اختراعًا جديدًا نسبيًا، إلا أنها موجودة منذ القرن التاسع عشر. حاول المخترعون في
جميع أنحاء العالم، بما في ذلك المجر وهولندا والولايات المتحدة، أن يستبدلوا بمحرك الاحتراق الداخلي محركًا كهربائيًا بالكامل. صُممت واحدة من أوليات المركبات الكهربائية القادرة على نقل الركاب في لندن على يد توماس باركر Thomas Parker في العام 1884. إن ما بدا كأنه عربة تجرها الخيول لم يكن في حاجة إلى مثل هذه المساعدة الحيوانية، فكان يعتمد بالكامل على بطارية الرصاص الحمضية كمصدر للطاقة.
منذ أن انطلقت سيارة باركر البديلة للسيارات التي تعمل بالبنزين بسرعة تصل إلى 12 ميلًا/ساعة، بدأ العالم يطرح السيارات الكهربائية بجميع الأشكال والأحجام. كان هناك 3 أنواع مختلفة للاختيار من بينها: الأول هو السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية Battery Electric Vehicle (اختصارًا: السيارة Bev)، والتي تعمل فقط بواسطة بطارية داخلية تُشحَن بواسطة مصدر خارجي للطاقة. تعتمد هذه البطاريات على
تبادل أيونات الليثيوم الموجبة الشحنة عبر سائل يسمى الإلكتروليت Electrolyte للحصول على طاقتها. عندما تتحرك السيارة وتستخدم الطاقة، تتحرك أيونات الليثيوم من قطب كهربائي سالب الشحنة يسمى الأنود Anode إلى قطب كهربائي موجب الشحنة يسمى الكاثودCathode. تؤدي الرحلة بين القطبين إلى توليد إلكترونات حرة الحركة في الأنود، والتي تستخدمها المركبة للحصول على الطاقة. عندما تُستنفَد هذه الطاقة وتبدأ لوحة القيادة تومض باللون الأحمر للإشارة إلى إعادة التعبئة بالوقود، فقد حان الوقت لشحن البطارية. وعند تمرير تيار كهربائي إلى البطارية، فإنه يسبب انتقال أيونات الليثيوم الموجبة الشحنة من الكاثود إلى الأنود. تمتلئ بطارية السيارة عندما تتجمع كل أيونات الليثيوم عند الأنود، جاهزة للإطلاق.
يمكن لمركبة كهربائية هجينة قابلة للشحن Plug-In Hybrid Electric Vehicle (اختصارًا: المركبة Phev) التبديل بين محرك الاحتراق الذي يعمل بالبنزين أو الديزل في سيارة غير كهربائية نموذجية وبطارية داخلية تُشحن خارجيًا. وأخيرًا، تَستخدم السيارة
الكهربائية الهجينة Hybrid Electric Vehicle (اختصارًا: السيارة Hev) محركًا يعمل بالبنزين أو الديزل وبطارية داخلية أصغر تُشحن في أثناء تحرك السيارة في القيادة أو الكبح، لذلك لا تشحن خارجيًا. إلى جانب تصميماتها الأنيقة والمستقبلية في كثير من الأحيان، هناك ميزة واضحة وواسعة الجاذبية لقيادة سيارة كهربائية بالكامل، وهي تأثيرها البيئي – أو بالأحرى عدم وجود تأثير. من دون الأهوال الغازية التي تطلقها السيارة التقليدية التي تعمل بمحرك الاحتراق الداخلي من أنبوب العادم إلى الغلاف الجوي، مثل ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النتروجين، فإن السيارات الكهربائية نفسها خالية من الملوثات. لكن الطاقة التي تغذيها قد تأتي من مصادر الوقود الأحفوري، مثل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو الغاز، والتي تساهم في بصمتها الكربونية الإجمالية.
يرجَّح أنك شاهدت محطات شحن السيارات الكهربائية تظهر حول الأسواق المركزية ومحطات الخدمة والمرائب لإعادة شحن البطاريات المستنفدة الطاقة. تمامًا مثل توصيل هاتفك بمأخذ الطاقة، تستمد هذه السيارات طاقتها من شبكة الطاقة عبر كبلات شحن كبيرة. تأتي هذه الطاقة في أحد شكلين، إما تيار متناوب Alternating current (اختصارًا: التيار ac) أو تيار مستمر Direct current (اختصارًا: التيار dc). بالنسبة إلى السيارات التي تعمل بطاقة التيار المتردد، يستغرق شحن البطارية بالكامل بعض الوقت.
يرجع ذلك إلى أنه يتعين تحويل التيار المتردد داخل السيارة إلى تيار مستمر قبل ضخه في البطارية الرئيسية للسيارة. وعلى الرغم من أن طاقة التيار المتردد كثيرًا ما تكون الأرخص والأفضل لصحة البطاريات وكفاءتها على المدى الطويل، فقد يستغرق الأمر عدة ساعات للشحن الكامل. إذا كان لديك أقل من ساعة للتزود بالكهرباء في أثناء القيادة، فإن الشحن السريع بالتيار المستمر قد يضخ الطاقة مباشرة إلى البطارية من دون الحاجة إلى تحويلها.
هناك تقنية ناشئة أخرى لتزويد سيارتك الكهربائية بالوقود: الشحن اللاسلكي. تمامًا مثل هاتفك الذكي أو ساعتك الذكية، يستغل الشحن اللاسلكي مبدأً في الفيزياء يسمى الحث الكهرومغناطيسي. باختصار، عندما يمر تيار كهربائي عبْر ملف، يولِّد المجالَ المغناطيسي المعروف باسم المجال الكهرومغناطيسي Electromagnetic field. وحين يتلامس هذا المجال المغناطيسي مع ملف آخر، يمكنه توليد قوة داخل إلكترونات الملف، مما يجعلها تتحرك، ومن ثم يتولد تيار كهربائي. يمكن بعد ذلك استخدام هذا التيار لشحن بطاريات السيارات الكهربائية من دون الحاجة إلى كبلات شحن مادية. ومع ذلك لا تزال كفاءة هذه التكنولوجيا ضعيفة مقارنةً بنظيراتها السلكية. يُفقَد نحو %30 من الطاقة التي ينتجها الشحن اللاسلكي في أثناء عملية النقل، في حين يُفقَد أقل من نصف تلك النسبة خلال الشحن السلكي.
على الرغم من أن الشحن اللاسلكي يظل مشروعًا مثيرًا ومتطورًا باستمرار، إلا أنه يخضع للاختبار في جميع أنحاء العالم. فمثلًا،
في نوتنغهام بالمملكة المتحدة، نتج عن مشروع يسمى الشحن اللاسلكي لسيارات الأجرة الكهربائية Wireless Charging
Of Electric Taxis (اختصارًا: الشحن Wicet) عديد من محطات الشحن اللاسلكية لأسطولها الصغير من سيارات الأجرة المملوكة للمجلس. تتمكن المحطة من توفير شحن سريع بقدرة 50 كيلووات وصولًا إلى الشحن الكامل خلال 45 دقيقة فقط. وفي الوقت نفسه، أنشأت ولاية ميشيغان الأمريكية أولَ طريق عام للشحن اللاسلكي في البلاد في العام 2023.
تستمر شعبية المَركبات الكهربائية في الازدياد. وفي العام 2024، شهد العالم زيادة في مبيعات السيارات الكهربائية بنسبة %25 مقارنة بالعام السابق. ومن بين المستهلكين الأكثر حماسًا في العالم، تُعَد الصين أكبر مشترٍ للسيارات الكهربائية، حيث بيع أكثر من 11 مليون مركبة في العام الماضي. تبذل بعض الدول حول العالم جهودًا لمنح الأولوية لاستخدام المركبات الكهربائية. فمثلًا، من المقرر أن توقف المملكة المتحدة بيع السيارات الجديدة التي تعمل بالبنزين والديزل بحلول العام 2030، مما يفسح المجال لمستقبل يعتمد على السيارات الكهربائية فقط.
التحليق في السماء
إلى معرض Ila الجوي في برلين العام 2024
طائرة فيليس إلكترو من شركة بيبيستريل في طريقها إلى معرض Ila الجوي في برلين العام 2024 لا تقتصر المركبات الكهربائية بالكامل على الطرق، فقد تمتلئ السماء يومًا ما بالطائرات التي لا تحتوي فوق متنها على قطرة وقود واحدة. تتصدر طائرة فيليس إلكترو Velis Electro، التي صنعتها شركة بيبيستريل Pipistrel، أسطول الطائرات الكهربائية المستقبلية. تُعَد الطائرة ذات المقعدين أول طائرة كهربائية بالكامل تحصل على شهادة وكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي، والتي منحت لها في العام 2020. بفضل وجود بطاريتين تعملان بأيونات الليثيوم على متنها، يمكن لتلك الطائرة الصغيرة الحجم أن تحلق بسرعة قصوى تتجاوز 100 ميل/ساعة، مع قدرة نموذجية على الطيران تصل إلى 50 دقيقة. ومثل السيارات الكهربائية التي تسير على الطرق، تنتج طائرة فيليس إلكترو انبعاثات صفرية في أثناء الطيران، وتولد نحو 60 ديسيبل من الصوت فقط، وهو ما يضاهي مستوى محادثة عادية بين شخصين. صُمِّمت الطائرة كطائرة لتدريب الطيارين وحصلت على الموافقة على استخدامها في أكثر من 30 دولة.
داخل منظومة السيارة الكهربائية
من محطة توليد الطاقة إلى دواسة القدم، كيف تجد الطاقة طريقها إلى عجلات السيارة الكهربائية
1 بطارية (مساعدة) Battery (Auxiliary)
بصورة منفصلة عن البطارية الرئيسية للسيارة الكهربائية، توفِّر الطاقة لبقية الأجزاء الكهربائية في السيارة عن طريق بطارية مساعدة أصغر حجمًا.
2 الشاحن Charger
تحوَّل الطاقة الواردة من منفذ الشحن من تيار متناوب إلى تيار مستمر، قبل توصيلها إلى بطارية الدفع الرئيسية.
3 ناقل الحركة Transmission
تُنقَل الطاقة من بطارية الدفع الرئيسية إلى محرك السيارة عبْر ناقل الحركة.
4 محرك الدفع الكهربائي Electric Traction Motor
يتلقى المحركُ الطاقةَ من بطارية الدفع ويحرك عجلات السيارة.
5 وحدة التحكم في إلكترونيات الطاقة Power Electronics Controller
يتحكم هذا النظام في تدفق الطاقة إلى المحرك وبطاريات الدفع.
6 وحدة بطاريات الدفع Traction Battery Pack
تزوّد السيارة الكهربائية بالطاقة الكهربائية من خلال بطارية الدفع، التي تتكوّن من وحدات منفصلة تحتوي على أيونات الليثيوم، وتشكل معًا البطارية الكاملة.
7 منفذ الشحن Charge Port
بطريقة مماثلة لضخ البنزين في سيارة محرك الاحتراق، فإن منفذ الشحن هو المكان الذي يمكن فيه توصيل السيارة بمصدر كهربي للحصول على الطاقة.
8 شاشة «ليد» Led Screen
في كثير من الأحيان، تُزوَّد محطات الشحن بشاشة تعمل باللمس للانتقاء بين خيارات الدفع.
9 نظام التبريد Cooling System
في أثناء الشحن، تتولد الحرارة كمنتج ثانوي. وتُستخدَم أنظمة التبريد مثل المراوح لإزالة تلك الحرارة والحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
10 وحدة التحكم في الطاقة Power Controller
تتحكم هذه الوحدة في تدفق الكهرباء من المحطة إلى السيارة وتنظم الجهد الكهربي لمنع الشحن الزائد.
11 وحدات الطاقة Power Modules
تتحكم وحدات الطاقة هذه في نوع الطاقة الواصلة إلى السيارة الكهربائية، سواء كانت طاقة التيار المتردد أو التيار المستمر.
12 الموصّل Connector
تدخل الطاقة إلى السيارة عبر موصِّل الشحن، الذي يختلف شكله من بلد إلى آخر، تمامًا كما هي الحال مع مآخذ الكهرباء المنزلية.
13 المحول Transformer
تُحوَّل الطاقة ذات الجهد العالي المتدفقة من شبكة الطاقة إلى مستوًى آمن وتُمرَّر إلى محطة الشحن.
”قد تأتي الطاقة التي تغذيها من مصادر الوقود الأحفوري“
الطريق E20 المكهرب
من المقرر أن يستضيف جزء من الطريق الأوروبي e20 ، الذي يربط بين المدن الثلاث الكبرى في السويد، ستوكهولم وغوتنبرغ ومالمو، أول طريق سريع كهربائي دائم في العالم. في أثناء القيادة على الطريق السريع، سيتمكن المسافرون من شحن سياراتهم لاسلكيًا من خلال الشحن بالحثّ Inductive charging. على طول منتصف الطريق، ستثبت شبكة من الملفات تحت السطح. عندما يمر التيار عبر الملفات، يمكن للحقل الكهرومغناطيسي الناتج شحن بطاريات السيارات الكهربائية المجهزة بملفات الاستقبال. وقد اختبر المهندسون بالفعل نموذجًا أوليًا من الطريق e20 لاستخدامه في جزيرة غوتلاند Gotland لا في بحر البلطيق، حيث يمكن شحن الحافلات في أثناء القيادة على مسافة 2.5 ميل من الطريق الكهربائي. جارٍ حاليًا بناءُ جزء الشحن البالغ طوله 13 ميلًا من الطريق E20، ويتوقع أن يكتمل في وقت لاحق من السنة.
لا حاجة إلى الكبلات
كيف يمكن للطرق الكهربائية أن تشحن محركًا في أثناء التنقل
1 التيار الكهربائي Electric Current
يمرَّر تدفق الكهرباء بطول ملف مدفون تحت سطح الطريق.
2 ملف Coil
عادة ما يُصنع الملف من النحاس، وعندما يمر التيار عبْر الملف، يتولد مجال كهرومغناطيسي.
3 ملف الاستقبال Receiver Coil
يُسبب المجال الكهرومغناطيسي المتولد في ملف الطريق تدفُّقَ تيار كهربائي في ملف الاستقبال داخل السيارة.
4 البطارية Battery
يتدفق التيار الكهربائي إلى محول Converter لتحويله من تيار متردِّد إلى تيار مستمر، والذي يستخدم لإعادة شحن مصدر الطاقة.
5 المحرك Engine
يمكن بعد ذلك توجيه الطاقة من البطارية إلى محرك السيارة لتوليد الحركة.
”يظل الشحن اللاسلكي مشروعًا مثيرًا ومتطورًا باستمرار“
ترقيات البطارية
تكمن إحدى أكبر الثورات التي قد نشهدها في تكنولوجيا السيارات الكهربائية في نوع البطارية التي تستخدمها. في الوقت الحالي، أصبحت بطاريات أيونات الليثيوم هي القاعدة الصناعية لإنتاج السيارات الكهربائية. لكن يلوح في الأفق نوع جديد من البطاريات، وهو قد يشكل نقطة تحوُّل. يُطلق عليها اسم بطارية الحالة الصلبة Solid-State Battery ، وعلى عكس بطاريات أيونات الليثيوم، تفتقر هذه البطارية إلى وسط الإلكتروليتات السائلة التي تنتقل عبرها أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية. وبدلًا من ذلك، تستخدم مادة صلبة بين الأقطاب الكهربائية.
يُحسِّن مفهوم البطارية ذات الحالة الصلبة بعضَ أوجه القصور المرتبطة بالإلكتروليتات السائلة. فمثلًا، تُقيَّد سرعة حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية بسبب طبيعة الإلكتروليت السائل. أما الإلكتروليت الصلب، فقد يزيد سرعة انتقال أيونات الليثيوم بين الأقطاب. وبالمثل، تحتاج الإلكتروليتات السائلة إلى الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لتكون فعّالة، ويجب ألا تتعرض لمصادر حرارة إضافية، مما يستدعي استخدام أنظمة تبريد. في المقابل لا تتطلب البطارية ذات الحالة الصلبة مثل هذه الإجراءات.
”الصين هي أكبر سوق للسيارات الكهربائية، حيث بيعت 11 مليون مركبة في العام الماضي“
التحرك عبْر المواد الصلبة
اكتشِفْ علم المواد الصلبة وراء بطاريات السيارات الكهربائية المستقبلية
1 مجمِّع الأنود Anode Collector
موضع تجميع الإلكترونات الحرة الناتجة عن حركة أيونات الليثيوم.
2 الأنود Anode
يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد للقيام بدور الأنود في البطارية، بما في ذلك معدن الليثيوم أو الغرافيت أو السيليكون.
3 الفاصل الصلب Solid Separator
جارٍ تطوير مواد صلبة ومسامية، مثل السيراميك أو البوليمرات، لتعمل كوسط تتحرك عبْرَه أيونات الليثيوم.
4 الكاثود Cathode
تتكون هذه الأقطاب الكهربائية الموجبة من أكاسيد معدنية مختلفة لليثيوم، مثل أكسيد كوبالت الليثيوم أو أكسيد منغنيز الليثيوم.
5 مجمِّع الكاثود Cathode Collector
تتدفق الطاقة الواردة من مصدر طاقة خارجي إلى المجمِّعات، مما يسبب عودة أيونات الليثيوم إلى الأنود.
أيٌّ من هذه السيارات الكهربائية من الجيل المُقبل تود قيادتها والتجوال بها؟
السيارات الكهربائية المستقبلية
أيٌّ من هذه السيارات الكهربائية من الجيل المُقبل تود قيادتها والتجوال بها؟
جاكوار تايب 00
قد يكون العام 2026 هو العام الذي تُطلق فيه شركة جاكوار Jaguar سيارتها الفاخرة الجديدة كليًا، والتي تعمل بالكامل بالكهرباء. تستند هذه السيارة إلى نموذج تصوُّري يُدعى «Type 00»، كُشف عنه في ديسمبر 2024، ويُتوقَّع أن تعتمد على منصة «البنية الكهربائية لشركة جاكوار» Jaguar Electric Architecture (اختصارًا: الشركة Jea). سيبلغ مدى السيارة المستقبلية باستخدام منصة Jea ما لا يقل عن 430 ميلًا بشحنة واحدة، مع إمكانية إضافة 200 ميل خلال 15 دقيقة فقط من الشحن السريع. ووفقًا لمجلة أوتوكار Autocar، ستُنتج هذه السيارة الكهربائية ذات الأربعة أبواب قوة تصل إلى 986 حصانًا عند إطلاقها.
أفيلا وان
ستكون سيارة أفيلا وان Afeela 1 أول إنتاج كهربائي بالكامل نتيجة التعاون غير المتوقع بين عملاق التكنولوجيا سوني Sony وشركة صناعة السيارات هوندا Honda، ومن المقرر إطلاقها في العام 2026. وكما هو متوقع من سيارة شاركت سوني في تصميمها، فإن أفيلا وان ستكون حافلة بالأجهزة التقنية المتطورة. ستحتوي السيارة على 40 مجسًا، بما في ذلك 18 كاميرا، ونظام «ليدار» للملاحة، و9 رادارات، و12 مجسًا فوق صوتي، لتوفير دعم للقيادة الذاتية من المستوى «2+» للسائقين.
بنتلي 2026
حتى الآن، لم تُطلق شركة بنتلي Bentley المصنعة للسيارات الفاخرة أي سيارة كهربائية بالكامل ضمن أسطولها. ولكن يتوقع أن يكون العام 2026 هو العام الذي تكشف فيه هذه العلامة التجارية عن أول سيارة كهربائية لها للعالم. في شهر يوليو 2025، كشفت بنتلي عن نموذجها التصوري Exp 15 كمؤشر على الشكل الذي قد تبدو عليه سيارات السيدان الكهربائية المستقبلية من بنتلي. وقد استُلهم هذا النموذج من سيارة بنتلي الأسطورية ثلاثية المقاعد من ثلاثينيات القرن العشرين، والمعروفة باسم «القطار الأزرق» Blue Train. وعلى الرغم من أن بنتلي لم تكشف إلا عن تفاصيل قليلة بشأن أولى خطواتها في عالم السيارات الكهربائية، فإن ما نعرفه هو أنها ستكون سيارة رياضية متعددة الاستخدامات Suv فاخرة مخصصة للمدن.
سكاوت تيرا وترافيلر
يتعين علينا الانتظار حتى العام 2027 لرؤية الشاحنة «تيرا» Terra الكهربائية بالكامل والسيارة الرياضية المتعددة الاستخدامات، «ترافيلر» Traveler، من شركة سكاوت موتورز Scout Motors على الطرقات. تُعَد «ترافيلر» سيارة دفع رباعي مخصصة للطرق الوعرة، ويُتوقع أن توفر مدًى يصل إلى 350 ميلًا باستخدام نظام الدفع الرباعي، مع خيار إضافة وحدة لتمديد مداها ليصل إلى 500 ميل للسفر خارج الشبكة. أما الشاحنة «تيرا»، فيمكنها قطع المسافات نفسها، لكنها تتميز بصندوق شاحنة يبلغ طوله 1.6 م، والذي يمكنه حمل حمولة تزيد على 900 كغم.
نيسان ليف
في ربيع العام 2026، ستظهر سيارة نيسان Nissan الكهربائية الجديدة «ليف» Leaf إلى العلن. تتميز هذه السيارة بانسيابيتها وتصميمها الشبيه بسيارات الكوبيه، كما أنها توفر مدى طويلًا يصل إلى 375 ميلًا، وتحتوي على بطارية بسعة تصل إلى 75 كيلووات/ساعة، وتنتج قوة تصل إلى 214 حصانًا. ستُزوّد المقصورة الداخلية بشاشات تعمل باللمس مدعومة من غوغل، تُساعد السائقين في العثور على أفضل محطات الشحن في أثناء رحلتهم. كما أنها مزودة بتقنية «تزويد الأحمال بالطاقة من المركبة «Vehicle-To-Load Tech، التي تتيح استخدام بطاريتها كمصدر طاقة متنقل لتشغيل الأجهزة مثل الحواسيب المحمولة والهواتف الذكية وغيرها من الأدوات المنزلية.
سيارة أرييل هايبركار
أُعلن عن سيارة آرييل هايبركار Ariel Hipercar في العام 2017، وهي سيارة رياضية كهربائية فائقة الأداء طال انتظارها. تحتوي على بطارية أيونات الليثيوم بسعة 62 كيلووات، ويتوقع أن تُنتج قوة تصل إلى 1,180 حصانًا باستخدام نظام الدفع الرباعي. ومن المقرر أن تصل هذه السيارة الكهربائية بالكامل إلى سرعة 100 ميل/ساعة خلال 4.4 ثانية فقط، مع سرعة قصوى تبلغ 160 ميلًا/ساعة. يُقدَّر أن مدى السيارة سيصل إلى 150 ميلًا. ووفقًا لموقع «ثروتل» Car Throttle الإخباري، فإن العمل على السيارة هايبركار لا يزال جاريًا، لكن لم يُعلن بعد موعدٌ محدَّد لإطلاقها.
