تتسبب المركبات الثقيلة في نحو 40% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصادرة عن النقل البري في أوروبا، ويُعدّ تحويلها إلى الدفع الكهربائي أصعب بكثير مما هو عليه في السيارة الصغيرة العادية. نظر باحثو مشروع RHODaS الممول من الاتحاد الأوروبي إلى حيث لا ينظر الناس عادةً، أي إلى الإلكترونيات التي توزّع الطاقة بين البطارية والمحرك. وراهنوا على أشباه موصلات جديدة وتصميم معياري واختبارات تصل إلى النطاق الكامل. وفي النهاية يمكنك أن تختبر مدى إلمامك بالتنقل الكهربائي.
لم تعد السيارات الكهربائية في الشوارع تثير دهشة أحد. أما الشاحنات فقصة أخرى. تتسبب المركبات الثقيلة في نحو 40% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصادرة عن النقل البري في أوروبا، ويصطدم تحويلها إلى الكهرباء بقيود تكنولوجية كبيرة. باختصار: كلما كبرت المركبة وطال المسار، زادت الصعوبة.
هذا بالضبط ما عالجه مشروع RHODaS الممول من الاتحاد الأوروبي، والذي نسّقته جامعة كاتالونيا البوليتكنيكية (UPC) في إسبانيا. استمر العمل من مايو 2022 حتى نهاية يناير 2026.
عندما نفكر في سيارة كهربائية، نتخيل عادةً البطارية والمحرك. غير أن بينهما شيئًا يعمل لم يسمع به إلا القليل: محوّلات إلكترونيات القدرة. فهي تدير تدفق الطاقة من البطارية إلى المحرك الكهربائي. ويصفها ديفيد لومبريراس (David Lumbreras) من UPC ببساطة بأنها الواجهة الحرجة للنظام بأكمله.
حتى الآن كانت هذه الأنظمة تُبنى على أشباه موصلات قائمة على السيليكون. لكن للسيليكون حدوده.
يأتي العون من أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة. فهي تعمل بترددات تبديل تفوق 100 كيلوهرتز، مع فقد أقل بكثير من السيليكون. وعمليًا يعني ذلك محوّلات ذات كثافة قدرة عالية، وهو بالضبط ما يحتاجه النقل لمسافات طويلة.
راهن فريق RHODaS على ثنائي من مادتين، وأُسند إلى كل منهما دور مختلف:
وأتاح الجمع بينهما كفاءة أعلى وحجمًا أصغر للنظام وتداخلًا كهرومغناطيسيًا أقل.
الإنجاز المحوري للمشروع هو محرك مدمج متكامل. ففي هيكل واحد مدمج ومعياري يجمع ثلاثة أشياء: إلكترونيات القدرة والإدارة الحرارية والتحكم الرقمي.
والتصميم المعياري هنا ليس مجرد زينة. فمثل هذا التصميم أسهل إصلاحًا وأكثر تحمّلًا للأعطال، ويمكن توسيع التصميم الأساسي نفسه ليناسب مستويات قدرة مختلفة. وبدلًا من تصميم كل شيء من الصفر لكل مركبة، يمكن اختيار الوحدات بحسب الحاجة.
جرى التحقق من الأفكار على ثلاث مراحل. أولًا على مستوى المادة: فُحصت الأجهزة ودارات التشغيل من حيث الإجهاد والسلامة الوظيفية والمناعة ضد الضجيج الكهرومغناطيسي. ثم اختُبر محوّل بمقياس مخبري. وأخيرًا جاء النطاق الكامل، إذ وُضع محرك مدمج بالحجم الكامل، مقترنًا بصندوق تروس، على منصة اختبار.
يقول ديفيد لومبريراس في خلاصته: «حققنا أهدافنا التقنية بنجاح».
لم يسر كل شيء على ما يرام. وكان أكبر درس هو عدم استقرار ترانزستورات نيتريد الغاليوم الأولى ما قبل الإنتاج التسلسلي. ولكي يعمل النظام بثبات، كان لا بد من إعادة تصميم العتاد بالكامل.
وهذا خبر سار لكل من يخطو خطواته الأولى في الهندسة. فحتى في مشروع أوروبي كبير قد يفاجئك مكوّن جديد، والرد ليس التخلي عن الفكرة بل إصلاح التصميم.
لدى الاتحاد المشارك خطط للخطوات المقبلة بالفعل. فمن المقرر توسيع نطاق المحرك المعياري ليشمل مجموعة أوسع من فئات المركبات، ودمج النتائج في خطط الشركاء الصناعيين مثل Valeo Siemens.
وتزداد الأمور إثارة مع نماذج الأعمال. يريد الفريق تطوير حلول للاقتصاد الدائري، مثل «المنتج كخدمة» أو التأجير. يضاف إلى ذلك جوازات المركبات الرقمية (DVP) – سجلات آمنة قائمة على السحابة لدورة حياة المركبة بأكملها. والمقصود منها تسهيل الصيانة على مستوى المكوّنات الفردية وإعادة استخدام القطع.
ودعم RHODaS كذلك بناء شبكة ابتكار تربط الجامعات بالصناعة. ومهمتها المساعدة في الاستفادة من نتائج المشروع ومواصلة تزويد القطاع بأحدث التقنيات. وبالنسبة لطلاب التخصصات التقنية، هذه إشارة إلى أن إلكترونيات القدرة لا تبقى داخل المختبر، بل تقود مباشرة إلى المصانع والطرق.
ويأمل لومبريراس أن يترك المشروع أثرًا دائمًا: بالإسهام في أهداف الاتفاق الأخضر الأوروبي وفي تحسين جودة الهواء. كما يشير إلى أن سلسلة إمداد أوروبية متينة لإلكترونيات القدرة ستقلل الاعتماد على المصنّعين من خارج الاتحاد الأوروبي.
الشاحنة الكهربائية ليست مجرد بطارية أكبر. المفتاح هو الإلكترونيات التي تنقل الطاقة إلى المحرك بكفاءة. جمع مشروع RHODaS بين كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم في محرك معياري، واختبره حتى النطاق الكامل، واستخلص دروسًا من مشكلات الترانزستورات. والآن يُراد للحل أن يصل إلى فئات أخرى من المركبات.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文