هل المدى الموسع هو التكنولوجيا المتخلفة؟
في الأسبوع الماضي، صرّح يو تشنغ دونغ، الرئيس التنفيذي لشركة هواوي، في مقابلة صحفية: "من غير المنطقي القول إن المركبات ذات المدى الموسّع ليست متطورة بما يكفي. يُعدّ وضع المدى الموسّع الوضع الأنسب لمركبات الطاقة الجديدة في الوقت الحالي".
أثار هذا التصريح مجددًا نقاشًا حادًا بين الصناعة والمستهلكين حول تقنية الهجين المعزز (المشار إليها فيما يلي باسم "العملية المعززة"). وأعرب عدد من رؤساء شركات السيارات، مثل الرئيس التنفيذي لي شيانغ، والرئيس التنفيذي لشركة ويما شين هوي، والرئيس التنفيذي لشركة ويباي لي رويفينغ، عن آرائهم.
تحدث لي رويفنغ، الرئيس التنفيذي لشركة وي، مباشرةً مع يو تشنغ دونغ على ويبو، قائلاً: "لا يزال إنتاج الحديد صعبًا، وهناك إجماع في الصناعة على أن تقنية إضافة البرامج الهجينة متأخرة". علاوة على ذلك، اشترى الرئيس التنفيذي لشركة وي على الفور جهاز M5 للاختبار، مما زاد من حدة النقاش.
في الواقع، قبل هذه الموجة من النقاش حول "ما إذا كانت الزيادة مُتخلفة"، دار نقاش حاد بين مسؤولي فولكس فاجن وإيديتال حول هذه المسألة. وصرح فنغ سيهان، الرئيس التنفيذي لشركة فولكس فاجن الصين، بصراحة تامة بأن "برنامج الزيادة هو أسوأ الحلول".
بالنظر إلى سوق السيارات المحلي في السنوات الأخيرة، نجد أن السيارات الجديدة عادةً ما تختار نوعي الطاقة: المدى الممتد أو الكهرباء النقية، ونادرًا ما تعتمد على الطاقة الهجينة القابلة للشحن. على العكس من ذلك، فإن شركات السيارات التقليدية، على العكس تمامًا، تُقدم منتجات طاقة جديدة إما كهربائية نقية أو هجينة قابلة للشحن، ولا تُولي اهتمامًا للمدى الممتد إطلاقًا.
ومع ذلك، مع تزايد عدد السيارات الجديدة التي تعتمد نظام المدى الموسع في السوق، وظهور سيارات شعبية مثل Ideal وEnjie M5، أصبح المدى الموسع معروفًا تدريجيًا لدى المستهلكين وأصبح شكلًا هجينًا سائدًا في السوق اليوم.
ومن المؤكد أن الارتفاع السريع في مدى القيادة الممتد سيكون له تأثير على مبيعات نماذج الوقود والسيارات الهجينة لشركات السيارات التقليدية، وهو جذر النزاع بين شركات السيارات التقليدية المذكورة أعلاه والسيارات المصنعة حديثًا.
إذًا، هل تُعتبر تقنية المدى الموسّع تقنيةً متأخرة؟ ما الفرق بينها وبين السيارات الكهربائية القابلة للشحن؟ لماذا تختار السيارات الجديدة المدى الموسّع؟ بهذه الأسئلة، وجد تشي دونغشي بعض الإجابات بعد دراسة معمقة لهذين المسارين التقنيين.
1. النطاق الموسع والخلط الإضافي لهما نفس الجذر، وهيكل النطاق الموسع أبسط
قبل مناقشة النطاق الموسع والهجين الإضافي، دعونا أولاً نقدم هذين الشكلين من الطاقة.
وفقًا للوثيقة القياسية الوطنية "مصطلحات المركبات الكهربائية" (gb/t 19596-2017)، تنقسم المركبات الكهربائية إلى مركبات كهربائية نقية (يشار إليها فيما يلي باسم المركبات الكهربائية النقية) ومركبات كهربائية هجينة (يشار إليها فيما يلي باسم المركبات الكهربائية الهجينة).
يمكن تقسيم المركبات الهجينة إلى مركبات متسلسلة، ومتوازية، وهجينة وفقًا لهيكل الطاقة. من بينها، يشير النوع المتسلسل إلى أن قوة دفع المركبة تأتي من المحرك فقط؛ ويشير النوع المتوازي إلى أن قوة دفع المركبة تأتي من المحرك والمحرك معًا أو بشكل منفصل؛ ويشير النوع الهجين إلى وضعي قيادة متتاليين/متوازيين في نفس الوقت.
مُوسِّع المدى هو نظام هجين متسلسل. يتكون مُوسِّع المدى من محرك ومولد كهربائي، ويشحن البطارية، التي بدورها تُشغِّل العجلات، أو يُزوِّد مُوسِّع المدى المحرك الكهربائي مباشرةً لتشغيل السيارة.
مع ذلك، يُعد مفهوم الاستيفاء والخلط معقدًا نسبيًا. في السيارات الكهربائية، يُمكن أيضًا تقسيم السيارات الهجينة إلى سيارات هجينة قابلة للشحن الخارجي وسيارات هجينة غير قابلة للشحن الخارجي، وذلك وفقًا لسعة الشحن الخارجي.
كما يوحي الاسم، طالما أن هناك منفذ شحن ويمكن شحنه خارجيًا، فهو هجين قابل للشحن الخارجي، ويُسمى أيضًا "هجينًا قابلًا للشحن". ووفقًا لهذا المعيار التصنيفي، يُعد المدى الممتد نوعًا من التداخل والخلط.
وبالمثل، لا تحتوي السيارة الهجينة غير القابلة للشحن الخارجي على منفذ شحن، لذا لا يمكن شحنها خارجيًا. يمكن شحن البطارية فقط من خلال المحرك، أو استعادة الطاقة الحركية، أو طرق أخرى.
مع ذلك، يتميز النوع الهجين حاليًا في السوق بشكل رئيسي بهيكل الطاقة. حاليًا، يُعد نظام الهجين القابل للشحن نظامًا هجينًا متوازيًا أو هجينًا. بالمقارنة مع الطرازات ذات النطاق الممتد (السلسلة)، لا يقتصر دور المحرك الهجين القابل للشحن على توفير الطاقة الكهربائية للبطاريات والمحركات فحسب، بل يُمكّن أيضًا من قيادة المركبات مباشرةً عبر ناقل الحركة الهجين (ECVT وDHT، إلخ)، ويشكل قوة مشتركة مع المحرك لتشغيل المركبات.
الأنظمة الهجينة القابلة للشحن مثل نظام جريت وول ليمون الهجين، ونظام جيلي رايثيون الهجين، وBYD DM-I هي أنظمة هجينة هجينة.
لا يُمكن للمحرك الموجود في مُوسِّع النطاق تشغيل السيارة مباشرةً. يجب أن يُولِّد الكهرباء عبر المولد، أو يُخزِّنها في البطارية، أو يُزوِّدها مباشرةً للمحرك. يُوفِّر المحرك، باعتباره المنفذ الوحيد لقوة دفع السيارة بأكملها، الطاقة للسيارة.
لذلك، فإن الأجزاء الثلاثة الرئيسية لنظام توسيع النطاق - موسع النطاق والبطارية والمحرك لا تنطوي على اتصال ميكانيكي، ولكنها كلها متصلة كهربائيًا، وبالتالي فإن الهيكل العام بسيط نسبيًا؛ هيكل النظام الهجين الإضافي أكثر تعقيدًا، والذي يتطلب الاقتران بين المجالات الديناميكية المختلفة من خلال المكونات الميكانيكية مثل علبة التروس.
بشكل عام، تتميز معظم مكونات ناقل الحركة الميكانيكي في النظام الهجين بمواصفات تقنية عالية، ودورة استخدام طويلة، وامتلاكها مجموعة براءات اختراع. من الواضح أن السيارات الجديدة التي تسعى للسرعة لا تملك الوقت الكافي لبدء تشغيل التروس.
ومع ذلك، تُعدّ ناقل الحركة الميكانيكي إحدى نقاط قوة شركات المركبات التي تعمل بالوقود التقليدي، وتتمتع بتراكم تقني عميق وخبرة في الإنتاج الضخم. مع حلول موجة التحول إلى السيارات الكهربائية، من البديهي أن شركات السيارات التقليدية لن تتخلى عن عقود، بل قرون، من تراكم التكنولوجيا والانطلاق من جديد.
في نهاية المطاف، من الصعب أن تقوم بانعطافة كبيرة.
لذلك، أصبح هيكل النطاق الموسع الأبسط هو الخيار الأفضل للمركبات الجديدة، وأصبح الهجين الإضافي، الذي لا يستطيع فقط إعطاء اللعب الكامل للحرارة المهدرة لناقل الحركة الميكانيكي وتقليل استهلاك الطاقة، هو الخيار الأول لتحويل مؤسسات المركبات التقليدية.
2. بدأ النطاق الموسع منذ مائة عام، وكانت بطارية المحرك في السابق عبارة عن زجاجة سحب
بعد توضيح الفرق بين الهجين الإضافي والمدى الممتد، ولماذا تختار السيارات الجديدة عمومًا المدى الممتد، تختار شركات السيارات التقليدية الهجين الإضافي.
فهل يعني الهيكل البسيط بالنسبة للمدى الموسع التخلف؟
أولاً وقبل كل شيء، من حيث الوقت، فإن المدى الموسع هو في الواقع تكنولوجيا متخلفة.
يعود تاريخ المدى الموسع إلى نهاية القرن التاسع عشر، عندما قام فرديناند بورشه، مؤسس بورشه، ببناء أول سيارة هجينة في العالم وهي سيارة لونر بورشه.
لونر بورشه سيارة كهربائية. يوجد محركان محوريان على المحور الأمامي لتشغيلها. ولكن نظرًا لقصر المسافة المقطوعة، قام فرديناند بورشه بتركيب مولدين كهربائيين لتحسين مدى السيارة، مما شكّل نظامًا هجينًا متسلسلًا، وأصبح رائدًا في زيادة المدى.
على الرغم من أن تكنولوجيا المدى الموسع موجودة منذ أكثر من 120 عامًا، فلماذا لم تتطور بسرعة؟
أولاً، في نظام المدى الممتد، يُعد المحرك المصدر الوحيد للطاقة على العجلة، ويمكن اعتبار جهاز المدى الممتد كنزًا هائلاً للشحن الشمسي. يُدخل المحرك الوقود الأحفوري وينتج الطاقة الكهربائية، بينما يُدخل المحرك الطاقة الشمسية وينتج الطاقة الكهربائية.
لذلك، فإن الوظيفة الأساسية لموسع المدى هي تحويل نوع الطاقة، أولاً تحويل الطاقة الكيميائية في الوقود الأحفوري إلى طاقة كهربائية، ثم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية من خلال المحرك.
وفقًا للمعرفة الفيزيائية الأساسية، لا بد من حدوث استهلاك معين في عملية تحويل الطاقة. في نظام المدى الممتد بأكمله، يتضمن الأمر تحويلين للطاقة على الأقل (طاقة كيميائية، طاقة كهربائية، طاقة حركية)، لذا فإن كفاءة الطاقة في المدى الممتد منخفضة نسبيًا.
في عصر التطور السريع لمركبات الوقود، تُركز شركات السيارات التقليدية على تطوير محركات ذات كفاءة أعلى في استهلاك الوقود وعلب تروس ذات كفاءة نقل حركة أعلى. في ذلك الوقت، أي شركة استطاعت تحسين الكفاءة الحرارية للمحرك بنسبة 1%، أو ما يُقارب جائزة نوبل؟
ولذلك، فإن هيكل الطاقة للمدى الموسع، الذي لا يمكنه تحسين كفاءة الطاقة بل تقليلها، قد تم تجاهله وإهماله من قبل العديد من شركات السيارات.
ثانياً، بالإضافة إلى انخفاض كفاءة الطاقة، فإن المحركات والبطاريات تشكلان أيضاً سببين رئيسيين يحدان من تطوير المدى الموسع.
في نظام النطاق الموسع، يعد المحرك المصدر الوحيد لقوة السيارة، ولكن منذ 20 إلى 30 عامًا، لم تكن تكنولوجيا محرك قيادة السيارة ناضجة، وكانت التكلفة مرتفعة، وكان الحجم كبيرًا نسبيًا، ولم تكن الطاقة قادرة على قيادة السيارة بمفردها.
في ذلك الوقت، كان وضع البطاريات مشابهًا لوضع المحركات. لم يكن بالإمكان مقارنة كثافة الطاقة أو السعة المفردة بتكنولوجيا البطاريات الحالية. إذا كنت ترغب في الحصول على سعة كبيرة، فأنت بحاجة إلى حجم أكبر، مما سيؤدي إلى تكاليف أعلى ووزن أثقل للمركبة.
تخيل أنه قبل 30 عامًا، إذا قمت بتجميع مركبة ذات مدى ممتد وفقًا للمؤشرات الكهربائية الثلاثة للمركبة المثالية، فإن التكلفة سترتفع بشكل مباشر.
ومع ذلك، يعتمد المدى الممتد كليًا على المحرك، ويتميز بمزايا عدم تباطؤ عزم الدوران، والهدوء، وغيرها. لذلك، قبل شيوع المدى الممتد في مجال سيارات الركاب، كان يُستخدم بشكل أكبر في المركبات والسفن، مثل الدبابات وسيارات التعدين العملاقة والغواصات، التي لا تتأثر بالتكلفة والحجم، وتتطلب طاقة أكبر، وهدوءًا، وعزم دوران لحظيًا، وغيرها.
في الختام، ليس من غير المعقول أن يقول الرئيس التنفيذي لشركة وي باي وفولكس فاجن إن المدى الممتد تقنية متخلفة. ففي عصر ازدهار المركبات العاملة بالوقود، يُعد المدى الممتد بتكلفة أعلى وكفاءة أقل تقنية متخلفة بالفعل. فولكس فاجن وجريت وول (علامة وي) هما أيضًا علامتان تجاريتان تقليديتان نمتا في عصر الوقود.
لقد حان الوقت للوقت الحاضر. ورغم أنه من حيث المبدأ، لا يوجد تغيير نوعي بين تكنولوجيا المدى الموسّع الحالية وتكنولوجيا المدى الموسّع التي كانت سائدة قبل أكثر من 100 عام، إلا أن توليد الطاقة بمولدات المدى الموسّع والمركبات الآلية لا يزال يُوصف بـ"التكنولوجيا المتخلفة".
ومع ذلك، وبعد قرن من الزمان، ظهرت أخيرًا تقنية المدى الموسّع. ومع التطور السريع لتكنولوجيا المحركات والبطاريات، أصبحت الممسحتان الأصليتان أهمّ منافسيها، مما ألغى عيوب المدى الموسّع في عصر الوقود، وبدأ يُهيمن على سوق الوقود.
3. خلط المكونات الانتقائي في ظل ظروف العمل الحضرية وظروف العمل عالية السرعة ذات النطاق الموسع
بالنسبة للمستهلكين، فإنهم لا يهتمون بما إذا كانت المسافة الممتدة هي تكنولوجيا متخلفة، بل يهتمون بما هو أكثر كفاءة في استهلاك الوقود وما هو أكثر راحة في القيادة.
كما ذُكر سابقًا، مُوسِّع المدى عبارة عن هيكل تسلسلي. لا يُمكنه قيادة المركبة مباشرةً، وتأتي الطاقة بالكامل من المحرك.
لذلك، يُمكّن هذا المركبات ذات نظام المدى الممتد من امتلاك تجربة قيادة وخصائص قيادة مماثلة للترام العادي. ومن حيث استهلاك الطاقة، يُشبه المدى الممتد أيضًا استهلاك الكهرباء العادية - استهلاك منخفض للطاقة في المناطق الحضرية واستهلاك مرتفع للطاقة في ظروف السرعات العالية.
تحديدًا، لأن مُوسِّع المدى يشحن البطارية فقط أو يُزوِّد المحرك بالطاقة، يُمكن الحفاظ على مُوسِّع المدى ضمن نطاق سرعة اقتصادي نسبيًا في معظم الأوقات. حتى في وضع الأولوية الكهربائية البحتة (الذي يستهلك طاقة البطارية أولًا)، لا يُمكن لمُوسِّع المدى حتى البدء، ولا يُؤدِّي إلى استهلاك الوقود. ومع ذلك، لا يُمكن لمحرك السيارة التي تعمل بالوقود العمل دائمًا ضمن نطاق سرعة ثابت. إذا احتجت إلى تجاوز سيارة أخرى أو التسارع، فستحتاج إلى زيادة السرعة، وإذا علقت في ازدحام مروري، فستظل السيارة في وضع الخمول لفترة طويلة.
لذلك، في ظل ظروف القيادة العادية، يكون استهلاك الطاقة (استهلاك الوقود) للمدى الممتد على الطرق الحضرية منخفضة السرعة أقل عمومًا من استهلاك المركبات التي تعمل بالوقود والمجهزة بنفس محرك الإزاحة.
ومع ذلك، كما هو الحال مع الكهرباء النقية، فإن استهلاك الطاقة في ظل ظروف السرعة العالية أعلى من استهلاكه في ظل ظروف السرعة المنخفضة؛ وعلى العكس من ذلك، فإن استهلاك الطاقة لمركبات الوقود في ظل ظروف السرعة العالية أقل من استهلاكها في ظل الظروف الحضرية.
هذا يعني أنه في ظروف العمل عالية السرعة، يكون استهلاك المحرك للطاقة أعلى، وتُستهلك طاقة البطارية بشكل أسرع، وسيحتاج مُوسِّع المدى إلى العمل بكامل طاقته لفترة طويلة. علاوة على ذلك، نظرًا لوجود مجموعات بطاريات، يكون وزن المركبات ذات المدى الممتد بنفس الحجم أكبر عمومًا من وزن المركبات التي تعمل بالوقود.
تستفيد المركبات العاملة بالوقود من وجود علبة التروس. ففي ظروف السرعات العالية، يمكن للمركبة الانتقال إلى ترس أعلى، مما يجعل المحرك يعمل بسرعة اقتصادية، ويكون استهلاك الطاقة أقل نسبيًا.
لذلك، وبشكل عام، فإن استهلاك الطاقة في المدى الموسع في ظل ظروف العمل عالية السرعة هو تقريبًا نفس استهلاك المركبات التي تعمل بالوقود بنفس محرك الإزاحة، أو حتى أعلى.
بعد الحديث عن خصائص استهلاك الطاقة للمدى الموسع والوقود، هل هناك تقنية هجينة يمكنها الجمع بين مزايا استهلاك الطاقة منخفض السرعة للمركبات ذات المدى الموسع واستهلاك الطاقة منخفض السرعة للمركبات التي تعمل بالوقود، ويمكن أن يكون لها استهلاك طاقة أكثر اقتصادا في نطاق سرعة أوسع؟
الجواب هو نعم، أي اخلطها.
باختصار، يُعدّ نظام الهجين القابل للشحن أكثر ملاءمة. فمقارنةً بنظام المدى الموسّع، يُمكن للأول تشغيل السيارة مباشرةً بالمحرك في ظروف التشغيل عالية السرعة؛ أما نظام الخلط القابل للشحن، فيُشبه نظام المدى الموسّع، حيث يُزوّد المحرك المحرك بالطاقة ويُشغّل السيارة.
علاوة على ذلك، يحتوي النظام الهجين الإضافي أيضًا على ناقل حركة هجين (ECVT، DHT)، مما يتيح للقوة الخاصة للمحرك والمحرك تحقيق "التكامل" للتعامل مع التسارع السريع أو الطلب العالي على الطاقة.
ولكن كما يقول المثل، لا يمكنك الحصول على شيء إلا إذا تخليت عنه.
بفضل وجود آلية نقل حركة ميكانيكية، يكون هيكل نظام الشحن أكثر تعقيدًا وحجمه أكبر نسبيًا. لذلك، بين الطرازات الهجينة القابلة للشحن والطرازات ذات المدى الممتد من نفس الفئة، تكون سعة بطارية الطراز ذي المدى الممتد أكبر من سعة الطراز الهجين القابل للشحن، مما يوفر مدىً أطول للكهرباء النقية. حتى في حال اقتصر استخدام السيارة على التنقل داخل المدينة، يمكن شحن الطراز ذي المدى الممتد دون الحاجة إلى إعادة التزود بالوقود.
على سبيل المثال، تبلغ سعة بطارية السيارة المثالية لعام 2021 40.5 كيلوواط/ساعة، ويبلغ متوسط استهلاكها للوقود الكهربائي الخالص وفقًا لمعايير دورة القيادة الأوروبية الجديدة (NEDC) 188 كيلومترًا. أما سعة بطارية سيارة مرسيدس بنز GLE 350 E (النسخة الهجينة القابلة للشحن) وسيارة BMW X5 xdrive45e (النسخة الهجينة القابلة للشحن) القريبة من حجمها، فتبلغ 31.2 كيلوواط/ساعة و24 كيلوواط/ساعة فقط، ويبلغ متوسط استهلاكها للوقود الكهربائي الخالص وفقًا لمعايير دورة القيادة الأوروبية الجديدة (NEDC) 103 كيلومترات و85 كيلومترًا فقط.
يعود سبب شعبية طراز DM-I من BYD حاليًا بشكل كبير إلى سعة بطارية الطراز السابق التي تفوق سعة طراز DM القديم، بل وتتفوق على سعة بطارية طراز المدى الموسع من نفس الفئة. يمكن التنقل داخل المدن باستخدام الكهرباء فقط دون استخدام الوقود، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة استخدام السيارات.
باختصار، بالنسبة للمركبات الهجينة التي تم بناؤها حديثًا، تتطلب المركبات الهجينة القابلة للشحن (الهجينة) ذات البنية الأكثر تعقيدًا ليس فقط دورة بحث وتطوير أطول، ولكن أيضًا عددًا كبيرًا من اختبارات الموثوقية على نظام المركبات الهجينة القابلة للشحن بأكمله، وهو أمر ليس سريعًا في الوقت المناسب من الواضح.
مع التطور السريع لتكنولوجيا البطاريات والمحركات، أصبح توسيع النطاق باستخدام بنية أبسط بمثابة "اختصار" للسيارات الجديدة، مما يتجاوز بشكل مباشر الجزء الأكثر صعوبة في بناء السيارة وهو الطاقة.
ولكن بالنسبة للتحول في مجال الطاقة الجديدة لشركات السيارات التقليدية، فمن الواضح أنهم لا يريدون التخلي عن أنظمة الطاقة والنقل وغيرها من الأنظمة التي استثمروا فيها سنوات عديدة من الطاقة (الموارد البشرية والمالية) في البحث والتطوير، ثم البدء من الصفر.
أصبحت التكنولوجيا الهجينة، مثل المكونات الهجينة القابلة للشحن، والتي لا يمكنها فقط الاستفادة الكاملة من الحرارة المهدرة لمكونات المركبات التي تعمل بالوقود مثل المحرك وعلبة التروس، ولكنها أيضًا تقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود، الخيار الشائع لشركات المركبات التقليدية في الداخل والخارج.
لذلك، سواءً أكانت السيارة هجينة قابلة للشحن أم سيارة ذات مدى ممتد، فهي في الواقع نموذجٌ للتحول في ظلّ أزمة تكنولوجيا البطاريات الحالية. مع حلّ مشاكل مدى البطارية وكفاءة إعادة تعبئة الطاقة بشكلٍ كاملٍ في المستقبل، سيُحلّ استهلاك الوقود بشكلٍ كامل. قد تُصبح التقنيات الهجينة، مثل السيارات ذات المدى الممتد والسيارات الهجينة القابلة للشحن، هي نمط الطاقة المُستخدم في بعض المعدات الخاصة.
وقت النشر: ١٩ يوليو ٢٠٢٢