تُظهر Aria EV إمكانية تبديل بطارية السيارة الكهربائية

للوهلة الأولى، أريا إيف لا يبدو مختلفًا كثيرًا عن أي نموذج أولي كهربائي آخر صنعه الطلاب – ولا يختلف عن السيارات التي تعمل بالبطارية والتي بناها طلاب الهندسة من عشرات الجامعات كل عام. ومع ذلك، يوجد تحت ألواحها تحدي لصناعة السيارات الحديثة: ماذا لو كانت السيارات الكهربائية مصممة ليتم إصلاحها من قبل أصحابها؟

بدأ مشروع Aria في عام 2024، عندما اجتمع ما يقرب من 20 طالبًا في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا تحت هيكل فريق Ecomotive بالجامعة، والذي يعمل مثل شركة ناشئة صغيرة. يتقدم الطلاب ويتم اختيارهم وقضاء عام في تطوير سيارة في بيئة تهدف إلى عكس ممارسات الصناعة.

الهدف، كما يقول المتحدث باسم الفريق سارب جوريل، “كان جعل السيارة سهلة الوصول وقابلة للإصلاح قدر الإمكان”. يقول جوريل، الذي تخرج في يوليو الماضي بدرجة البكالوريوس في الهندسة الصناعية ويعمل حاليًا للحصول على درجة الماجستير في أيندهوفن، إن سيارة Aria EV ليست قانونية للطرق بعد. والغرض منه هو إثبات إمكانية دمج قابلية الإصلاح في بنية المركبات الكهربائية منذ البداية. ومع أخذ هذا الهدف في الاعتبار، ركز الفريق أولاً على العنصر الأكثر تحديًا والأكثر تكلفة في أي سيارة كهربائية تقريبًا: البطارية.

تصميم البطاريات المعيارية في المركبات الكهربائية

تبلغ سعة بطارية Aria الإجمالية 13 كيلووات/ساعة، وهو أقل بكثير من الحزم التي تتراوح من 50 إلى 80 كيلووات/ساعة الشائعة في سيارات السيدان الكهربائية وسيارات الدفع الرباعي في السوق الشامل. المقياس أقرب إلى حجم السيارة الحضرية خفيفة الوزن أو السيارة الكهربائية المجاورة، وهو أكثر ملاءمة لنموذج أولي يصنعه الطلاب ويركز على التحقق من صحة المفهوم بدلاً من السفر على الطرق السريعة طويلة المدى.

ما يميز Aria ليس حجم البطارية، بل هيكلها. وبدلاً من تخزين الـ 13 كيلووات في الساعة في حزمة واحدة محكمة الغلق، قام الفريق بتقسيم السعة الإجمالية إلى ست وحدات أصغر. تزن كل وحدة حوالي 12 كيلوجرامًا – وهو أمر أسهل بكثير في التعامل معها من 400 كيلوجرام أو أكثر التي تعتبر نموذجية لحزمة البطاريات المتجانسة التقليدية في السيارات الكهربائية. وهذا يجعل من الممكن لشخص واحد إزالة الوحدات وتبديلها واستبدالها.

توضع الوحدات في حجرات معززة أسفل أرضية السيارة ويتم تأمينها باستخدام نظام مزلاج سفلي. عندما يتم إيقاف تشغيل السيارة بالكامل، يمكن عمل مزلاج لتحرير الوحدة ميكانيكيًا. تعمل الأقفال المتداخلة المدمجة على عزل اتصال الجهد العالي قبل خفض الوحدة. يضمن هذا المزيج من الأجهزة والبرامج أن يكون الاستبدال على مستوى المكونات أمرًا مباشرًا وآمنًا نسبيًا، مما يجعل فكرة “قابلية الإصلاح حسب التصميم” في شكل ملموس وعملي. وحتى مع هذا التصميم الدقيق، فإن البطاريات المعيارية تقدم اعتبارات فنية يجب إدارتها، خاصة عند دمج وحدات مختلفة طوال عمر السيارة.

يشير جو بورجرسون، منسق عمليات الأبحاث المعملية في مركز أبحاث السيارات بجامعة ولاية أوهايو في كولومبوس، إلى أحد التعقيدات: إن خلط وحدات البطاريات الجديدة والقديمة يمكن أن يخلق تحديات. أمضى بورجرسون السنوات الثلاث الماضية في تصميم وبناء مجموعة بطاريات من الصفر كجزء من الولايات المتحدة قسم الطاقة‘s تحدي القوى العاملة في البطارية. “يعمل فريقنا على دمج الحزمة التي صممها الطلاب في ملف ستيلانتيس منصة السيارة،” كما يقول، “مما منحني التعرف العميق على فلسفة تصميم صانع السيارات وهندسة السيارات الكهربائية عالية الجهد،“.

لاستكمال أجهزة السيارة، قام فريق Aria بتطوير تطبيق تشخيصي يمكن الوصول إليه عبر منفذ USB-C مخصص. عندما يقوم المستخدم بتوصيل هاتفه الذكي، يقدم التطبيق تصورًا ثلاثي الأبعاد على شاشة الهاتف يشير إلى الأخطاء، ويحدد المشكلات، ويحدد الأدوات اللازمة لإصلاحها، ويوفر تعليمات الإصلاح خطوة بخطوة. يتم تخزين الأدوات نفسها في السيارة. ويهدف النظام إلى تقليل أكبر عدد ممكن من العوائق أمام المستخدمين للحفاظ على عمر خدمة السيارة وإطالة أمده.

كشف الطلاب في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا عن النموذج الأولي الخاص بهم Aria EV في نوفمبر.سارب جوريل

تحديات نمطية EV

في حين تعطي شركة Aria الأولوية للوحدات النمطية، فإن الاتجاه الأوسع لصناعة السيارات الكهربائية يتجه نحو أنظمة متكاملة ومترابطة تعمل على تبسيط عمليات التصنيع وخفض التكاليف. وينطبق هذا الاتجاه على حزم البطاريات الهيكلية للمركبات الكهربائية أيضًا.

على عكس السيارات الكهربائية السائدة، تتعامل Aria مع تخزين الطاقة كنظام فرعي قابل للاستبدال. ويظل السؤال مفتوحًا حول إمكانية التوسع اقتصاديًا وهيكليًا في السيارات الكهربائية الأكبر حجمًا والقادرة على السير على الطرق السريعة. لكن تصميم مركبة قابلة للإصلاح ينطوي على مقايضات تسري عبر كل نظام في السيارة.

يقول بورجرسون إن تقسيم الأنظمة إلى وحدات قابلة للإزالة يضيف واجهات – مثبتات ميكانيكية، وموصلات كهربائية، وموانع تسرب، وأقفال أمان. يجب أن تتحمل كل واجهة الاهتزازات وتقلبات درجات الحرارة وقوى الاصطدام. المزيد من الواجهات يمكن أن يعني زيادة الكتلة والتعقيد مقارنة بهياكل البطارية المدمجة بإحكام. وتشغل هذه المكونات مساحة يمكن استخدامها لتخزين الطاقة.

ماتيلدا داربينو، وهو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران في ولاية أوهايو والذي تركز أبحاثه على قطارات الحركة المكهربة وهياكل المركبات المتقدمة، يلاحظ أن بطاريات السيارات الكهربائية هي بالفعل وحدات داخلية – تشكل الخلايا وحدات، وتشكل الوحدات حزم – ولكن جعل الوحدات قابلة للاستبدال خارجيًا يغير متطلبات التحقق من الصحة. يجب أن تظل عزلة الجهد العالي والأداء الحراري وسلامة التصادم قوية حتى عند تقسيم تخزين الطاقة إلى أجزاء قابلة للإزالة. بمعنى آخر، ما يبدو وكأنه طريقة بسيطة لجعل البطاريات سهلة الاستخدام يتدرج في الواقع إلى قرارات التصميم على مستوى النظام التي تؤثر على السلامة، والإدارة الحرارية، وهيكل السيارة.

يمكن لتشريعات الحق في الإصلاح في أوروبا والولايات المتحدة أن تدفع شركات صناعة السيارات إلى إعادة النظر في الهياكل المغلقة للبطاريات والمكونات الأخرى. ويمكن أيضًا أن تنشأ حوافز اقتصادية من مشغلي الأساطيل أو المالكين على المدى الطويل الذين يستفيدون من استبدال جزء صغير من نظام البطارية بدلاً من استبدال حزمة كاملة. لكن أوسيتطلب تبني هذا النهج إجراء تغييرات عبر سلاسل التوريد، وعمليات إصدار الشهادات، ونماذج الخدمة.

النموذج الأولي لـ Aria ليس جاهزًا للتنافس مع المركبات الكهربائية المخصصة للإنتاج، لكنه يوضح بعض أفكار إثبات المفهوم حول قابلية الإصلاح.سارب جوريل

تعمل توقعات المستهلك أيضًا على تشكيل حدود ما يمكن أن تصبح عليه تصميمات مثل تصميمات Aria. في السوق السائدة، يعطي المشترون الأولوية دائمًا لفترة أطول نطاق القيادة وانخفاض أسعار الملصقات – وهما عاملان حددا المنافسة بين النماذج مثل شيفروليه بولت EV، ال هيونداي أيونك 5، و ال تسلا موديل 3. ويظل القلق بشأن المدى عاملاً نفسياً قوياً، حتى مع توسع البنية التحتية للشحن، وتزايد حساسية الأسعار مع تقلب الحوافز الحكومية. التصميم من أجل النمطية وقابلية الإصلاح، كما تفعل Aria، يجب أن يتعامل في النهاية مع أولويات المستهلك هذه. يجب موازنة أي تكلفة أو وزن أو تعقيد إضافي مع السوق الذي لا يزال يكافئ المركبات التي تقطع مسافة أبعد مقابل أموال أقل.

ومع ذلك، في النهاية، تُدرج Aria أولوية مختلفة في المعادلة: الإصلاح كشرط أساسي للتصميم. وسواء أصبحت هذه الأولوية سائدة فسوف يعتمد بدرجة أقل على إمكانية هندستها ــ ويعتمد بشكل أكبر على ما إذا كان المنظمون، والمصنعون، والمستهلكون قد قرروا ذلك.