في عام 2021، ستشكل مبيعات السيارات الكهربائية العالمية 9% من إجمالي مبيعات سيارات الركاب.
ولتعزيز هذا العدد، بالإضافة إلى الاستثمار بكثافة في بيئات الأعمال الجديدة لتسريع تطوير وتصنيع وترويج الكهرباء، يبذل صانعو السيارات والموردون جهوداً كبيرة أيضاً للاستعداد للجيل القادم من مكونات المركبات.
وتشمل الأمثلة البطاريات ذات الحالة الصلبة، ومحركات التدفق المحوري، والأنظمة الكهربائية التي تبلغ قوتها 800 فولت والتي تعد بتقليص أوقات الشحن إلى النصف، وتقليل حجم البطارية وتكلفتها بشكل كبير، وتحسين كفاءة مجموعة نقل الحركة.
حتى الآن، استخدمت مجموعة قليلة من السيارات الجديدة نظام 800 فولت بدلاً من النظام الشائع 400 فولت.
الطرازات المزوّدة بأنظمة 800 فولت والمتاحة حاليًا في السوق هي: بورشه تايكان، وأودي إي-ترون جي تي، وهيونداي أيونيك 5، وكيا EV6. تستخدم سيارة ليموزين لوسيد إير نظامًا بجهد 900 فولت، مع أن خبراء الصناعة يعتقدون أنه نظام بجهد 800 فولت من الناحية التقنية.
من وجهة نظر موردي مكونات المركبات الكهربائية، فإن بنية البطارية 800 فولت ستكون التكنولوجيا السائدة بحلول نهاية عشرينيات القرن الحادي والعشرين، خاصة مع ظهور المزيد والمزيد من المنصات الكهربائية بالكامل ذات بنية 800 فولت، مثل E-GMP من هيونداي وPPE من مجموعة فولكس فاجن.
تُوفّر شركة فيتيسكو تكنولوجيز، وهي شركة متخصصة في أنظمة نقل الحركة، انبثقت من شركة كونتيننتال إيه جي، منصة هيونداي الكهربائية المعيارية E-GMP، لتوفير محولات جهد 800 فولت؛ وتُعدّ مجموعة فولكس فاجن PPE بنية بطارية 800 فولت طُوّرت بالتعاون بين أودي وبورشه. منصة مركبة كهربائية معيارية.
قال ديرك كيسيلجروبر، رئيس قسم أنظمة الدفع الكهربائية في شركة GKN، وهي شركة متخصصة في تطوير التكنولوجيا: "بحلول عام 2025، ستصبح الطُرز المزودة بأنظمة 800 فولت أكثر شيوعًا". وتُعدّ GKN أيضًا واحدة من عدة مورّدين من الدرجة الأولى يستخدمون هذه التقنية، حيث تُورّد مكونات مثل المحاور الكهربائية بجهد 800 فولت، مع التركيز على الإنتاج الضخم في عام 2025.
وقال لأخبار السيارات الأوروبية: "نعتقد أن نظام 800 فولت سيصبح شائعًا. وقد أثبتت هيونداي أيضًا قدرتها على المنافسة بنفس القدر من حيث السعر".
في الولايات المتحدة، يبدأ سعر هيونداي IQNIQ 5 من 43,650 دولارًا أمريكيًا، وهو سعر أعلى من متوسط سعر 60,054 دولارًا أمريكيًا للسيارات الكهربائية في فبراير 2022، ويمكن قبوله من قبل المزيد من المستهلكين.
وقال ألكسندر رايش، رئيس قسم الإلكترونيات المبتكرة للطاقة في شركة فيتيسكو، في مقابلة: "800 فولت هي الخطوة المنطقية التالية في تطور المركبات الكهربائية البحتة".
بالإضافة إلى توريد محولات جهد 800 فولت لمنصة هيونداي الكهربائية المعيارية E-GMP، أبرمت شركة فيتيسكو عقودًا رئيسية أخرى، بما في ذلك محولات لإحدى شركات صناعة السيارات الكبرى في أمريكا الشمالية، وسيارتين كهربائيتين رائدتين في الصين واليابان. يوفر المورّد المحرك.
قال هاري هيوستيد، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة بورغوارنر الأمريكية لتوريد قطع غيار السيارات، عبر البريد الإلكتروني، إن قطاع أنظمة الكهرباء بجهد 800 فولت يشهد نموًا أسرع من المتوقع قبل بضع سنوات، كما يزداد عدد العملاء. كما فازت الشركة ببعض الطلبات، بما في ذلك وحدة قيادة متكاملة لعلامة تجارية صينية فاخرة.
1. لماذا يعتبر 800 فولت "الخطوة المنطقية التالية"؟
ما هي أبرز مميزات نظام 800 فولت مقارنة بنظام 400 فولت الحالي؟
أولاً، يمكنها توفير نفس الطاقة بتيار أقل. زيادة وقت الشحن بنسبة ٥٠٪ بنفس حجم البطارية.
ونتيجة لذلك، يمكن جعل البطارية، وهي المكون الأكثر تكلفة في السيارة الكهربائية، أصغر حجمًا، مما يزيد من الكفاءة مع تقليل الوزن الإجمالي.
قال أوتمار شارر، نائب الرئيس الأول لتكنولوجيا أنظمة الدفع الكهربائية في ZF: "لم تصل تكلفة السيارات الكهربائية بعد إلى مستوى تكلفة السيارات التي تعمل بالبنزين، وستكون البطارية الأصغر حجمًا حلاً جيدًا. كما أن وجود بطارية كبيرة جدًا في طراز صغير شائع مثل أيونيك 5 ليس منطقيًا في حد ذاته".
قال رايش: "بمضاعفة الجهد والتيار، يمكن للسيارة الحصول على ضعف الطاقة". وأضاف: "إذا كانت مدة الشحن سريعة بما يكفي، فقد لا تحتاج السيارة الكهربائية إلى قضاء وقت طويل في قطع مسافة 1000 كيلومتر".
ثانياً، بما أن الجهد العالي يوفر نفس الطاقة مع تيار أقل، فمن الممكن أيضاً جعل الكابلات والأسلاك أصغر حجماً وأخف وزناً، مما يقلل من استهلاك النحاس الباهظ الثمن والثقيل.
كما سيتم تقليل الطاقة المفقودة تبعًا لذلك، مما يؤدي إلى تحسين القدرة على التحمل وتحسين أداء المحرك. ولا يتطلب الأمر نظامًا معقدًا لإدارة الحرارة لضمان عمل البطارية عند درجة الحرارة المثلى.
وأخيرًا، عند دمجه مع تقنية رقاقة كربيد السيليكون الناشئة، يمكن لنظام 800 فولت زيادة كفاءة نظام نقل الحركة بنسبة تصل إلى 5%. تفقد هذه الرقاقة طاقة قليلة عند التبديل، وهي فعّالة بشكل خاص في الكبح المتجدد.
نظراً لأن رقائق كربيد السيليكون الجديدة تستخدم كمية أقل من السيليكون النقي، فقد تنخفض تكلفتها، مما يتيح توريد المزيد من الرقائق لصناعة السيارات، وفقاً للموردين. ونظراً لأن الصناعات الأخرى تميل إلى استخدام رقائق السيليكون بالكامل، فإنها تتنافس مع شركات صناعة السيارات في خط إنتاج أشباه الموصلات.
وفي الختام، يخلص كيسيل جروبر من شركة GKN إلى القول: "إن تطوير أنظمة 800 فولت أمر بالغ الأهمية".
2. تخطيط شبكة محطات الشحن بجهد 800 فولت
وهنا سؤال آخر: تعتمد معظم محطات الشحن الحالية على نظام 400 فولت، فهل هناك حقًا ميزة للسيارات التي تستخدم نظام 800 فولت؟
الإجابة التي قدمها خبراء الصناعة هي: نعم. مع أن السيارة تحتاج إلى بنية تحتية للشحن بقوة 800 فولت.
قال هيرستيد: "معظم البنية التحتية الحالية للشحن السريع بالتيار المستمر مخصصة لمركبات 400 فولت. لتحقيق شحن سريع بقوة 800 فولت، نحتاج إلى أحدث جيل من شواحن التيار المستمر السريعة عالية الجهد والطاقة."
لا تُمثل هذه مشكلةً للشحن المنزلي، ولكن حتى الآن، أسرع شبكات الشحن العامة في الولايات المتحدة محدودة. ويعتقد رايش أن المشكلة أشد وطأةً في محطات الشحن على الطرق السريعة.
وفي أوروبا، تشهد شبكات شحن الطاقة بقدرة 800 فولت ارتفاعًا، وتمتلك شركة Ionity عددًا من نقاط شحن الطاقة على الطرق السريعة بقدرة 800 فولت و350 كيلووات في جميع أنحاء أوروبا.
أيونيتي يو إي هو مشروع شراكة بين شركات صناعة السيارات لإنشاء شبكة محطات شحن عالية الطاقة للسيارات الكهربائية، أسسته مجموعة بي إم دبليو، ودايملر إيه جي، وفورد موتور، وفولكس فاجن. في عام ٢٠٢٠، انضمت هيونداي موتور كخامس أكبر مساهم.
يقول شالر من ZF: "شاحن بقوة 800 فولت و350 كيلوواط يعني مدة شحن 100 كيلومتر في غضون 5-7 دقائق. هذا يكفي لكوب قهوة فقط."
إنها تقنية ثورية حقًا. كما أنها ستساعد صناعة السيارات على إقناع المزيد من الناس بتبني السيارات الكهربائية.
وفقًا لتقرير حديث من شركة بورشه، يستغرق الأمر حوالي 80 دقيقة لإضافة 250 ميلاً من المدى في محطة طاقة نموذجية بقدرة 50 كيلو وات و400 فولت؛ و40 دقيقة إذا كانت 100 كيلو وات؛ إذا تم تبريد قابس الشحن (التكاليف والوزن والتعقيد)، مما يمكن أن يقلل الوقت إلى 30 دقيقة.
لذلك، وفي سعينا لتحقيق شحن أسرع، لا مفر من الانتقال إلى جهد أعلى، كما خلص التقرير. وتعتقد بورشه أنه مع جهد شحن 800 فولت، سينخفض وقت الشحن إلى حوالي 15 دقيقة.
إن إعادة الشحن سهلة وسريعة مثل إعادة التزود بالوقود - هناك فرصة جيدة لحدوث ذلك.
3. رواد في الصناعات المحافظة
إذا كانت تقنية 800 فولت جيدة بالفعل، فمن الجدير أن نسأل لماذا، باستثناء النماذج المذكورة أعلاه، لا تزال جميع المركبات الكهربائية تقريبًا تعتمد على أنظمة 400 فولت، حتى الشركات الرائدة في السوق مثل تسلا وفولكس فاجن.
ويعزو شالر وخبراء آخرون الأسباب إلى "الراحة" و"كونها الأولى في الصناعة".
يستهلك المنزل النموذجي 380 فولتًا من التيار المتردد ثلاثي الطور (معدل الجهد هو في الواقع نطاق، وليس قيمة ثابتة)، لذلك عندما بدأت شركات صناعة السيارات في طرح السيارات الهجينة القابلة للشحن والسيارات الكهربائية البحتة، كانت البنية التحتية للشحن متوفرة بالفعل. وبُنيت الموجة الأولى من السيارات الكهربائية على مكونات طُوّرت للسيارات الهجينة القابلة للشحن، والتي كانت تعتمد على أنظمة 400 فولت.
قال شالر: "عندما يكون الجميع على جهد 400 فولت، فهذا يعني أن هذا هو مستوى الجهد المتوفر في البنية التحتية في كل مكان. إنه الأكثر ملاءمة، وهو متاح فورًا. لذا لا يفكر الناس كثيرًا. يتم اتخاذ القرار فورًا."
ويرى كيسل جروبر أن بورشه كانت رائدة في ابتكار نظام 800 فولت لأنه ركز على الأداء أكثر من الجانب العملي.
تجرؤ بورشه على إعادة تقييم ما استخلصته الصناعة من الماضي. ويسأل نفسه: "هل هذا حقًا هو الحل الأمثل؟" "هل يمكننا تصميمه من الصفر؟" هذا هو جمال صناعة السيارات عالية الأداء.
واتفق خبراء الصناعة على أن الأمر مجرد مسألة وقت قبل أن تصل المزيد من السيارات الكهربائية ذات الـ 800 فولت إلى السوق.
لا توجد تحديات تقنية كثيرة، ولكن هناك حاجة إلى تطوير الأجزاء والتحقق من صحتها؛ قد تكون التكلفة مشكلة، ولكن مع الحجم والخلايا الأصغر والنحاس الأقل، فإن التكلفة ستصبح منخفضة قريبًا.
وقد أعلنت بالفعل شركات فولفو وبوليستار وستيلانتس وجنرال موتورز أن النماذج المستقبلية سوف تستخدم هذه التكنولوجيا.
وتخطط مجموعة فولكس فاجن لإطلاق مجموعة من السيارات على منصتها PPE التي تبلغ قوتها 800 فولت، بما في ذلك سيارة Macan جديدة وعربة ستيشن واغن تعتمد على مفهوم A6 Avant E-tron الجديد.
وأعلن عدد من شركات صناعة السيارات الصينية أيضًا عن الانتقال إلى بنية 800 فولت، بما في ذلك Xpeng Motors وNIO وLi Auto وBYD وLotus المملوكة لشركة Geely.
مع تايكان وإي-ترون جي تي، لديك سيارة بأداء رائد في فئتها. أيونيك 5 دليل على إمكانية إنتاج سيارة عائلية بأسعار معقولة، كما اختتم كيسيل جروبر. "إذا استطاعت هذه السيارات القليلة تحقيق ذلك، فكل سيارة قادرة على ذلك."
وقت النشر: ١٩ أبريل ٢٠٢٢