تفاصيل المدونة

مع تزايد الحاجة إلى تقليل الانبعاثات الكربونية، وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، أصبحت السيارات الكهربائية (Electric Vehicles - EVs) أحد أبرز رموز التحول نحو مستقبل مستدام. تقف الهندسة الكهربائية في قلب هذا التغيير، حيث تُعد المحرك الرئيسي في تصميم، تشغيل، وتحسين أداء السيارات الكهربائية، إلى جانب التحديات المتعلقة بالطاقة، التحكم، والإلكترونيات المتقدمة.

ما هي السيارة الكهربائية؟

هي مركبة تعمل بمحرك كهربائي يعتمد على بطارية قابلة للشحن كمصدر للطاقة بدلًا من محرك احتراق داخلي تقليدي. تشمل مكوناتها الأساسية:

• محرك كهربائي
• وحدة التحكم الإلكترونية
• بطارية ليثيوم-أيون
• أنظمة الشحن
• أنظمة التحكم بالمحرك والعزم
• أنظمة استرجاع الطاقة

دور الهندسة الكهربائية في السيارات الكهربائية.

تصميم نظام الدفع الكهربائي

• المحرك الكهربائي هو العنصر الرئيسي، وغالبًا ما يُستخدم محرك تيار متردد (AC) مثل محركات الحث أو المحركات بدون فرش (BLDC).
• المهندسون الكهربائيون يقومون بحساب الجهد، التيار، التردد، وكفاءة تحويل الطاقة..

بطاريات الطاقة وإدارتها (Battery Management System - BMS)

• تطوير وتصميم بطاريات قوية وعالية الكثافة من حيث الطاقة.
• تصميم نظام إدارة البطارية لمراقبة درجة الحرارة، الجهد، وعمر الخلايا.
• معالجة مشاكل مثل الشحن الزائد أو التفريغ العميق، للحفاظ على سلامة المستخدم والبطارية..

أنظمة الشحن

• تصميم وحدات شحن متوافقة مع معايير مختلفة (AC وDC، شحن بطيء وسريع).
• تطوير محولات التيار الكهربائي والدوائر الموزعة.
• التكامل مع الشبكات الذكية وتقنيات الشحن اللاسلكي..

أنظمة التحكم والإلكترونيات

• أنظمة التحكم في المحرك (Motor Controllers) تستخدم تقنيات مثل PWM وInverter Control لضبط السرعة والعزم.
• تصميم أنظمة التبريد الكهربائية لتبريد البطارية والمحرك.
• إدارة الطاقة داخل السيارة بين الأجهزة المختلفة، مثل نظام الملاحة، التكييف، الشحن اللاسلكي الداخلي، والإضاءة الذكية..

أنظمة استرجاع الطاقة (Regenerative Braking)

• تقنية هندسية كهربائية تسمح بتحويل طاقة الفرملة إلى كهرباء تُخزن في البطارية.
• تتطلب تصميم دارات معقدة لتحويل الطاقة والتحكم بها دون فقد كبير.

التقنيات الحديثة المرتبطة بالهندسة الكهربائية في EVs

• الدوائر المتكاملة عالية القدرة (Power Electronics ICs) للتحكم في الجهد العالي بكفاءة.
• أنظمة CAN BUS وLIN لربط أجهزة السيارة معًا بطريقة ذكية وآمنة.
• تحليل البيانات وحوسبة المركبات لتحسين الأداء في الزمن الحقيقي.
• الحساسات الذكية التي تراقب البطارية والبيئة المحيطة لتعديل أداء السيارة تلقائيًا.

تحديات تواجه المهندسين الكهربائيين في مجال السيارات الكهربائية

• كثافة الطاقة مقابل الوزن: تطوير بطاريات خفيفة الوزن ذات سعة كبيرة.
• إدارة الحرارة: المحافظة على درجات حرارة مناسبة للمحرك والبطارية.
• السلامة الكهربائية: التعامل مع تيارات وجهود عالية بأمان.
• البنية التحتية للشحن: تصميم شواحن تتكامل مع أنظمة مختلفة وتكون متوافقة عالميًا.

دور المهندس الكهربائي في مستقبل المركبات

• تطوير حلول شحن أسرع وأكثر كفاءة.
• دمج الذكاء الاصطناعي في أنظمة القيادة الكهربائية الذكية.
• العمل على أنظمة الشحن اللاسلكي أثناء القيادة.
• تصميم نظم تحكم هجينة تشمل الطاقة الشمسية والتخزين الداخلي