وحدات الدفع الكهربائي (EDU) – الأساس المتين للسيارات الكهربائية الحديثة مع دور استعادة الطاقة للبطارية!! كيف تعمل؟

شبكة السيارات الصينية : هذا التقرير من اعداد فريق شبكتنا وقمنا بطرحة عليكم اليوم سواءً كنت قارئاً مهتمًا بالسيارات أو حتى متخصص في تقنيات السيارات الكهربائية, بمناسبة انتشار قطاع السيارات الكهربائية في أسواقنا بالمملكة وأيضًا بالخليج والشرق الأوسط من قطاع السيارات الصينية تحديدًا والعالمي أيضًا, ليكون التقرير نواة تتعرفون فيه عن أهمية وحدات الدفع الكهربائية في السيارات الكهربائية (EDU) والذي قام فريق شبكتنا بزيارة احدى المصانع التابعة لمجموعة جيلي في الصين وهو مصنع Infimotion والذي يقوم بإنتاج وحدات محددة على مجموعة سيارات المجموعة العملاقة في الصين وعالميًا, فدعونا نبدأ.

تعد وحدات الدفع الكهربائي (Electric Drive Units – EDU) أحد أهم المكونات الرئيسية التي تساهم في تحقيق الكفاءة، تقليل استهلاك الطاقة، وتحسين أداء المركبات الكهربائية. ومع التحول السريع نحو التنقل الكهربائي (E-Mobility)، أصبح من الضروري أن تعتمد الشركات المصنعة للسيارات (OEMs – Original Equipment Manufacturers) على وحدات دفع كهربائية متطورة تتسم بالاستدامة، الأداء العالي، وتحسين مدى القيادة.

تعتبر أنظمة استعادة الطاقة (Energy Recuperation) جزءًا أساسيًا في وحدات الدفع الكهربائي، حيث تتيح إعادة استخدام الطاقة المفقودة أثناء الكبح أو التباطؤ، مما يحسن من مدى القيادة، كفاءة البطارية، وتقليل الفاقد من الطاقة الكهربائية.

أبرز الشركات المنتجة لوحدات الدفع الكهربائي (EDU)

• Infimotion التابعة لمجموعة جيلي (Geely)، والتي تطور أنظمة دفع كهربائية متكاملة لسيارات Zeekr، Polestar، Lynk & Co، و Geely.
• Bosch eAxle التي توفر أنظمة EDU متطورة بمرونة عالية في الأداء والتصميم.
• Magna eDrive التي تركز على تقنيات الدفع الكهربائي المتقدمة، خصوصًا في أنظمة الدفع الرباعي الكهربائية.

ما هي وحدة الدفع الكهربائي (EDU)؟

تُعرف وحدة الدفع الكهربائي (EDU) بأنها نظام متكامل يجمع بين العناصر الثلاثة الرئيسية التالية:

1. الإلكترونيات الخاصة بالطاقة (Power Electronics Unit – PEU)
2. المحرك الكهربائي (Electric Motor – e-Motor)
3. ناقل الحركة الكهربائي (Transmission)

دور وحدة الدفع الكهربائي (EDU) في السيارة الكهربائية

• تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية تدفع العجلات.
• تحقيق كفاءة أعلى في استخدام الطاقة وتقليل الفقد الحراري.
• دعم أنظمة استعادة الطاقة أثناء التباطؤ أو الكبح.
• زيادة مدى القيادة عبر تحسين إدارة الطاقة الذكية (Battery Management System – BMS).

الإلكترونيات الخاصة بالطاقة (Power Electronics Unit – PEU) أو ما يطلق عليه Inverter

تعد وحدة الإلكترونيات الخاصة بالطاقة (Power Electronics Unit – PEU) العنصر الأساسي في إدارة الطاقة الكهربائية بين البطارية والمحرك الكهربائي، حيث تقوم بتحويل الجهد المستمر (DC) إلى جهد متناوب (AC) ثلاثي الطور لتشغيل المحرك.

تفاصيل العاكس الكهربائي (Inverter) – القلب النابض لوحدات الدفع الكهربائي (EDU)

ما هو العاكس الكهربائي (Inverter) وما دوره في نظام الدفع الكهربائي؟

يُعتبر العاكس الكهربائي (Inverter) أحد أهم المكونات في وحدة الدفع الكهربائي (EDU)، حيث يقوم بتحويل التيار المستمر (DC) القادم من البطارية إلى تيار متناوب (AC) ثلاثي الطور، مما يسمح بتشغيل المحرك الكهربائي (e-Motor) والتحكم في سرعته وعزم الدوران بدقة عالية.

وظائف العاكس الكهربائي في EDU

1. تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب لتشغيل المحرك الكهربائي.
2. تنظيم الجهد والتيار الكهربائي حسب متطلبات الأداء في مختلف ظروف القيادة.
3. تحقيق كفاءة عالية عبر تقليل فقدان الطاقة أثناء التحويل.
4. دعم أنظمة استعادة الطاقة (Regenerative Braking) من خلال تحويل الطاقة الحركية إلى كهربائية وإعادتها إلى البطارية.

أنواع العواكس الكهربائية المستخدمة في EDUs

1. عاكس 400 فولت (400V Inverter)
   • يُستخدم في معظم السيارات الكهربائية التقليدية.
   • يوفر أداءً جيدًا، لكنه أقل كفاءة مقارنة بالتقنيات الحديثة.
2. عاكس 800 فولت (800V Inverter)
   • يتيح ضعف سرعة الشحن مقارنة بعاكس 400V.
   • يُستخدم في السيارات الكهربائية عالية الأداء مثل Zeekr 001 وشاومي SU7.
   • يقلل من فقدان الطاقة والحرارة، مما يحسن كفاءة البطارية وأداء المركبة.
3. العواكس المعتمدة على أشباه الموصلات من كربيد السيليكون (SiC Inverter)
   • توفر كفاءة أعلى بنسبة 6-10% مقارنة بالعواكس التقليدية.
   • تقلل فقدان الحرارة وتحسن استجابة المحرك الكهربائي.
   • تُستخدم في الأنظمة المتقدمة لتقليل استهلاك الطاقة وزيادة مدى القيادة.

أهمية العاكس الكهربائي في تحسين أداء السيارات الكهربائية

• تحقيق كفاءة تشغيلية أعلى عبر تحسين استهلاك الطاقة.
• دعم تقنيات الشحن السريع (Fast Charging) من خلال توفير أنظمة 800V.
• تقليل الحاجة إلى تبريد إضافي بسبب انخفاض الفاقد الحراري في العواكس الحديثة.
• تعزيز استجابة القيادة عبر التحكم الديناميكي في سرعة وعزم المحرك الكهربائي.

مستقبل العواكس الكهربائية في أنظمة الدفع الكهربائي

مع تطور السيارات الكهربائية، أصبحت العواكس الكهربائية تلعب دورًا أساسيًا في تحسين الأداء، تقليل استهلاك الطاقة، وزيادة مدى القيادة. ومع استخدام تقنيات SiC Inverters و800V Systems، أصبح بالإمكان تحقيق كفاءة أعلى، تبريد أفضل، واستجابة ديناميكية أسرع، مما يجعل السيارات الكهربائية أكثر تطورًا واستدامة.

المحرك الكهربائي (Electric Motor – e-Motor) في وحدة الدفع الكهربائي

يُعتبر المحرك الكهربائي المكون الأساسي في نظام الدفع الكهربائي، حيث يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية تدفع العجلات.

مبدأ عمل المحرك الكهربائي في المركبات الكهربائية

1. تدفق الطاقة الكهربائية:
   • تستقبل الإلكترونيات الخاصة بالطاقة (Power Electronics Unit – PEU) التيار المستمر (DC) من البطارية.
   • يقوم العاكس الكهربائي (Inverter) بتحويل هذا التيار إلى تيار متناوب (AC) ثلاثي الطور.
2. إنشاء المجال المغناطيسي:
   • يتم إرسال التيار المتناوب إلى الملفات النحاسية داخل الجزء الثابت (Stator).
   • يؤدي ذلك إلى إنشاء مجال مغناطيسي دوّار حول الجزء الدوار (Rotor).
3. تدوير الجزء الدوار (Rotor):
   • يتفاعل المجال المغناطيسي الناتج مع المغناطيسات الدائمة (Permanent Magnets) أو التيارات الحثية في الجزء الدوار، مما يؤدي إلى دوران المحرك الكهربائي.
   • يتم نقل هذه الحركة الدورانية إلى ناقل الحركة (Transmission) ثم إلى العجلات.
4. تحكم ديناميكي بالسرعة وعزم الدوران:
   • تتحكم وحدة التحكم في المحرك (Motor Control Unit – MCU) في كمية الطاقة التي تصل إلى الملفات، مما يسمح بتعديل سرعة الدوران وعزم الدوران وفقًا لمتطلبات القيادة.
   • في حالة التباطؤ أو الفرملة، يتم تفعيل نظام الكبح المتجدد (Regenerative Braking)، حيث يعمل المحرك كمولد كهربائي لإعادة الطاقة إلى البطارية.

أنواع المحركات الكهربائية المستخدمة في السيارات الكهربائية

1. محركات المغناطيس الدائم المتزامنة (Permanent Magnet Synchronous Motors – PMSM)

• تعتمد على مغناطيسات دائمة مثبتة في الجزء الدوار لتوليد المجال المغناطيسي.
• تتميز بكفاءة عالية، استهلاك طاقة أقل، وأداء مستقر.
• تُستخدم في العديد من السيارات الكهربائية مثل Tesla Model 3 وBYD Han EV.

2. محركات التحريض الكهربائي (Induction Motors – IM)

• تعتمد على تحريض تيارات كهربائية داخل الجزء الدوار بدلاً من المغناطيسات الدائمة.
• تتميز بالمتانة والقدرة على العمل في ظروف تشغيلية قاسية.
• تُستخدم في بعض سيارات Tesla مثل Model S وModel X.

3. محركات التيار المستمر بدون فرش (Brushless DC Motors – BLDC)

• تعتمد على إلكترونيات التحكم بدلاً من الفرش الكربونية، مما يقلل الاحتكاك ويحسن الكفاءة.
• تُستخدم عادةً في الدراجات الكهربائية وبعض المركبات الهجينة.

أداء المحرك الكهربائي في وحدة الدفع الكهربائي (EDU)

• نطاق جهد التشغيل: 400V أو 800V، مع تزايد الاعتماد على أنظمة 800V لتحسين الكفاءة وسرعة الشحن.
• القدرة الكهربائية: تتراوح بين 100 كيلوواط إلى 500 كيلوواط حسب نوع السيارة.
• عزم الدوران: يتراوح بين 220 نيوتن متر إلى أكثر من 600 نيوتن متر، حسب تصميم المحرك واحتياجات الأداء.
• هناك محركات كهربائية حديثة الأن في الصين تتعامل مع جهد تشغيل أكثر من 900 فولت وأيضًا بقوة وعزم أكبر خاصة على السيارات الرياضية الكهربائية مثل شاومي SU7 ألترا وبي واي دي يانغ وانغ U9 وغيرهم.

استعادة الطاقة أثناء الكبح (Regenerative Braking) – كيف تعمل؟

مفهوم استعادة الطاقة

يعتبر نظام الكبح المتجدد (Regenerative Braking) أحد العناصر الأساسية في وحدات الدفع الكهربائي الحديثة، حيث يتيح استرداد الطاقة الحركية أثناء التباطؤ وتحويلها إلى طاقة كهربائية تخزن في البطارية لإعادة استخدامها لاحقًا.

آلية عمل نظام استعادة الطاقة

1. عند تسارع المركبة:
   • يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية لتحريك العجلات.
2. عند التباطؤ أو الكبح:
   • يعمل المحرك الكهربائي كمولد، حيث يقوم بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
   • يتم إرسال الطاقة المستعادة إلى البطارية، مما يساعد في إعادة شحنها وتقليل استهلاك الطاقة من مصادر خارجية.

دور استعادة الطاقة في تحسين أداء وحدة الدفع الكهربائي

• زيادة مدى القيادة بنسبة تصل إلى 20% عبر تقليل الهدر في الطاقة.
• تحسين كفاءة البطارية وإطالة عمرها عبر تقليل عدد دورات الشحن.
• تعزيز استجابة السيارة أثناء الكبح عبر دعم نظام الفرملة الهيدروليكي.

عوامل تؤثر على كفاءة نظام استعادة الطاقة

1. درجة مقاومة الكبح: يجب ضبطها بحيث توازن بين الراحة في القيادة وكفاءة استعادة الطاقة.
2. حالة البطارية: إذا كانت مشحونة بالكامل، فإن النظام قد يقلل من معدل الاستعادة لتجنب تلف البطارية.
3. الطريق وسرعة القيادة: الطرق المزدحمة والتباطؤ المتكرر يعززان استعادة الطاقة بشكل أكبر.

ناقل الحركة الكهربائي (Transmission) في وحدة الدفع الكهربائي

يُعتبر ناقل الحركة الكهربائي (Electric Transmission) جزءًا أساسيًا في وحدة الدفع الكهربائي (EDU)، حيث يعمل على نقل الطاقة الدورانية من المحرك الكهربائي (Electric Motor – e-Motor) إلى العجلات بطريقة تُحقق أقصى كفاءة في استهلاك الطاقة وتحسين الأداء الديناميكي للسيارة الكهربائية.

مبدأ عمل ناقل الحركة الكهربائي في وحدة الدفع الكهربائي (EDU)

1. استقبال الطاقة من المحرك الكهربائي
   • بعد تشغيل المحرك الكهربائي، يتم توليد عزم الدوران المطلوب لتحريك العجلات.
   • يقوم المحرك الكهربائي بالدوران بسرعات قد تصل إلى 12,000 – 20,000 دورة في الدقيقة (RPM)، وهي سرعة أعلى بكثير من احتياجات العجلات.
2. تعديل نسبة السرعة وعزم الدوران
   • يعمل ناقل الحركة الكهربائي على تقليل سرعة دوران المحرك الكهربائي إلى مستوى مناسب للعجلات.
   • يتم ذلك باستخدام تروس تخفيض السرعة (Reduction Gears)، والتي تحول الطاقة العالية عند سرعة الدوران المرتفعة إلى عزم دوران أقوى عند العجلات.
3. نقل الطاقة إلى العجلات
   • بعد ضبط نسبة التروس، يتم إرسال الطاقة إلى المحور الأمامي أو الخلفي (أو كليهما في حالة الدفع الرباعي AWD).
   • يمكن لنظام التروس التفاضلية (Differential Gears) توزيع العزم بين العجلات بطريقة تضمن القيادة السلسة وتحسين الثبات.

أنواع نواقل الحركة الكهربائية في EDU

1. ناقل حركة أحادي السرعة (Single-Speed Transmission)

✔ الأكثر شيوعًا في السيارات الكهربائية الحديثة مثل Tesla Model 3 وNissan Leaf.
✔ يحتوي على مجموعة تروس تخفيض بسيطة تقلل سرعة دوران المحرك إلى العجلات مباشرة.
✔ يُحقق كفاءة تشغيلية أعلى مع تقليل تعقيدات النظام.
✔ يوفر تسارعًا سلسًا وقويًا بسبب العزم الفوري للمحرك الكهربائي.

2. ناقل حركة ثنائي السرعة (Two-Speed Transmission)

✔ يوجد في بعض السيارات عالية الأداء مثل Porsche Taycan.
✔ يسمح بتبديل السرعة بين ترسين مختلفين لتحقيق توازن بين التسارع العالي عند السرعات المنخفضة والأداء الأفضل عند السرعات العالية.
✔ يقلل استهلاك الطاقة ويحسن كفاءة القيادة عند السرعات العالية.

3. ناقل حركة متعدد السرعات (Multi-Speed Transmission)

✔ نادر الاستخدام في السيارات الكهربائية، لكنه يُستخدم في بعض السيارات الأداء العالي والرياضية.
✔ يزيد من مدى القيادة وتحسين استهلاك الطاقة في الرحلات الطويلة.
✔ يُستخدم في بعض سيارات السباق الكهربائية لتحقيق تسارع أقوى وأداء ديناميكي أعلى.

الفرق بين ناقل الحركة في السيارات الكهربائية والسيارات التقليدية

مزايا ناقل الحركة الكهربائي في السيارات الكهربائية

• كفاءة أعلى بسبب تقليل الفاقد من الطاقة أثناء النقل.
• وزن أقل مما يحسن كفاءة استهلاك الطاقة ومدى القيادة.
• تسارع أكثر سلاسة بسبب العزم الفوري للمحرك الكهربائي.
• انخفاض الحاجة للصيانة حيث لا يوجد تآكل مثل ناقل الحركة التقليدي.
• دعم أنظمة استعادة الطاقة (Regenerative Braking)، حيث يعمل ناقل الحركة على تحويل العزم الناتج أثناء الفرملة إلى طاقة كهربائية تُخزن في البطارية.

التطورات المستقبلية في نواقل الحركة الكهربائية

• تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين توزيع العزم على العجلات.
• إدخال مواد جديدة خفيفة الوزن مثل ألياف الكربون والتيتانيوم.
• تطوير نواقل حركة ثنائية السرعة أكثر كفاءة لدعم السيارات الكهربائية الفاخرة.
• تعزيز تكامل أنظمة ناقل الحركة مع العاكس الكهربائي (Inverter) لتحقيق أداء سلس.

مستقبل وحدات الدفع الكهربائي (EDU) مع استعادة الطاقة

مع تطور تقنيات الدفع الكهربائي، أصبحت أنظمة استعادة الطاقة جزءًا رئيسيًا من وحدات الدفع الحديثة، حيث تساهم في:

• تحسين كفاءة الطاقة عبر إعادة استخدام الفاقد من الطاقة الحركية.
• تعزيز الاستدامة عبر تقليل استهلاك البطارية وزيادة عمرها الافتراضي.
• تحقيق تجربة قيادة أكثر سلاسة وديناميكية بفضل الدمج الذكي بين أنظمة الكبح الكهربائية والهيدروليكية.

شبكة السيارات الصينية – كيف ستؤثر استعادة الطاقة على مستقبل السيارات الكهربائية؟

تلعب وحدات الدفع الكهربائي (EDU) دورًا محوريًا في تحسين أداء السيارات الكهربائية، تقليل استهلاك الطاقة، وزيادة مدى القيادة. ومع تطوير تقنيات استعادة الطاقة (Regenerative Braking)، أصبح بالإمكان تحقيق كفاءة أعلى وتوفير تجربة قيادة أكثر استدامة وذكاء.

مع استمرار الشركات الرائدة مثل Infimotion (Geely)، Bosch eAxle، وMagna eDrive في تطوير أنظمة EDU متقدمة، سيشهد قطاع السيارات الكهربائية قفزة نوعية نحو التنقل الكهربائي المستدام، مما يجعل السيارات الكهربائية خيارًا مثاليًا للمستهلكين الباحثين عن أداء عالي وتقنيات حديثة.