لقد اعتدنا جميعًا على شحن الهواتف الذكية لاسلكيًا بحلول الآن، ولكن ماذا لو كان بإمكانك شحن سيارة كهربائية بنفس الطريقة؟ يتم تطوير هذه التكنولوجيا حاليًا — قريبًا، كل ما قد تحتاج إلى فعله لشحن سيارتك Tesla هو ركنها.
كيف تعمل تقنية شحن السيارات الكهربائية لاسلكيًا
تعمل تقنية الشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية بنفس الطريقة التي يتم بها شحن الهواتف الذكية — عن طريق الحث المغناطيسي. تعمل تقنية الشحن بالحث عن طريق إنشاء مجال كهرومغناطيسي في منطقة واحدة، عادةً عبر ملف معدني مشحون، مما يخلق تيارًا في منطقة أخرى قريبة بما يكفي للتأثر بهذا المجال. ولأن المجال الكهرومغناطيسي يخلق التيار، فلا حاجة إلى سلك لنقل الطاقة.
في الهواتف الذكية، تعمل هذه العملية عبر مغناطيسات أو وسادات يجب أن يظل الهاتف على اتصال بها. وفي السيارات الكهربائية، يتم استخدام نفس المفهوم الأساسي على نطاق أوسع مع المزيد من الطاقة التي تسمح بمساحة أكبر بين لوحة الشحن والسيارة. توجد لوحة شحن استقرائية على الأرض، والسيارة متوقفة فوقها. تخبر الكاميرات الموجودة داخل السيارة السائق عندما يتم وضعها بشكل صحيح فوق لوحة الشحن.
بمجرد ركن السيارة فوق الوسادة، تولد الوسادة الأرضية والوسادة المتصلة بالمركبة الكهربائية تيارًا. يتم شحن الوسادة الأرضية بالطاقة من الشبكة، مما يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا. تتردد لوحة الشحن الموجودة على الجانب السفلي من السيارة بنفس التردد المغناطيسي مثل الوسادة الموجودة على الأرض، ويتم إنشاء تيار لشحن بطارية السيارة. على عكس شحن الهاتف الذكي الذي يتطلب محاذاة المغناطيسات بدقة ولمسها، فإن الشحن الاستقرائي للسيارات الكهربائية يتمتع بقدر أكبر من الحرية — يمكن أن تكون الفجوة الهوائية بوصات بدلاً من ملليمترات.
في حين أن شحن الهواتف الذكية لاسلكيًا بكفاءة تصل إلى حوالي 80% مع نقل الطاقة، فإن شحن السيارات الكهربائية لاسلكيًا يزعم أنه أفضل بكثير. أحد فيديوهاته تحدثت مع شركة تصنع تقنية شحن السيارات الكهربائية اللاسلكية تسمى واي تريسيتييزعم الرئيس التنفيذي للشركة أن كفاءة معدات الشحن اللاسلكي تصل إلى نحو 99%. وهذا يعادل تقريبًا التوصيل بمحطة شحن أو في المنزل.
وهذا أمر مفاجئ لأننا نتوقع خسارة في الكفاءة بسبب الشحن لاسلكيًا بدلاً من التوصيل. ولكن يبدو أن بيانات أخرى تدعم هذا المستوى من كفاءة الشحن. فقد تعاون مركز تسريع التكنولوجيا الخضراء التابع لمعهد روتشستر للتكنولوجيا مع شركة الشحن اللاسلكي HEVO لإجراء دراسة تم فيها استخدام الشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية. كفاءة 95% في الأجهزة النموذجية، تم إجراء شحن لاسلكي يصل إلى 120 كيلو وات بكفاءة 97% في عام 2018 في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة (ORNL).
لا يعني هذا أننا سنشحن سيارات Tesla لاسلكيًا غدًا؛ فالتكنولوجيا لا تزال في مرحلة الاختبار. لكن WiTricity قامت بالفعل بتجهيز العديد من نماذج السيارات الكهربائية بتكنولوجيتها التي يقال إنها تعمل بشكل جيد. بلدان أخرى كما تقوم الشركات باختبار هذه التقنية والعمل على إيجاد حل لسوقها. وإذا تم تحسينها بما يكفي لطرحها للاستخدام على نطاق واسع، فسوف تكون مجموعات الشحن اللاسلكي للطرازات الحالية متاحة على نطاق واسع، وسوف تحتوي المركبات الكهربائية الجديدة على إمكانية الشحن اللاسلكي.
وقد يسمح ذلك، كما تحدث فيريل في مقطع الفيديو الخاص به، بمزيد من الاستقلالية القيادة الذاتية والسيارات ذاتية الركن. وإذا كان بإمكانها شحن نفسها عبر منصات مدمجة في أماكن وقوف السيارات أو الطرق، فلن تحتاج حقًا إلى أي تفاعل بشري لإكمال مهامها طوال اليوم. في نهاية المطاف، يمكن لمركبات الأسطول الأخيرة، على سبيل المثال، الشحن عن طريق الركن على منصات الشحن اللاسلكية أو القيادة فوقها وعدم الحاجة إلى توصيلها بالتيار الكهربائي طوال اليوم، على الرغم من الحاجة إلى المزيد من التحسينات في تقنية القيادة الذاتية قبل أن يقترب ذلك من الواقع.
بالإضافة إلى ذلك، تعمل جامعة كورنيل بالفعل على منصات الشحن اللاسلكية التي يمكن أن تكون مزروعة في الطريق وتشغيل سيارتك أثناء القيادة. كما تعمل جامعة دريكسل على تطوير تقنية الشحن اللاسلكي والتي يمكن بناؤها في الطرق وتكون أكثر قدرة على تحمل عدم المحاذاة بين منصات الشحن.
لا تزال تكلفة بناء هذا النوع من التكنولوجيا في الطرق على نطاق واسع غير معروفة وقد تعيق انتشار الشحن اللاسلكي على الطرق إذا كانت باهظة الثمن. لا تتمتع الولايات المتحدة بسجل رائع عندما يتعلق الأمر بصيانة الطرق. الطرق والجسور الحالية، ولكن مع موافقة الكونجرس مؤخراً على مشروع قانون ضخم للبنية الأساسية، يمكننا، على أمل، أن نرى تحسناً في هذا الاتجاه.
تحديات شحن السيارات الكهربائية لاسلكيًا
إن أحد العوائق الكبيرة أمام تسويق الشحن اللاسلكي على نطاق واسع هو التكلفة. في وقت كتابة هذا المقال، تقول شركة WiTricity إن تكلفة إحدى محطات الشحن اللاسلكي الخاصة بها تبلغ حوالي 700 دولار. لكن حساب التكلفة الحقيقية أمر صعب في هذه المرحلة نظرًا لأن التكنولوجيا جديدة جدًا. يعتمد الأمر على ما إذا كنت تتحدث عن إعادة تجهيز مركبة واحدة أو تجهيز أسطول كامل. كما أن إضافة عدة منصات إلى حافلة كهربائية كبيرة سيكلف أكثر من تجهيز سيارة سيدان كهربائية عادية بشحن لاسلكي — ما يصل إلى الآلاف، وفقًا لشركة WiTricity. خبراء البيئةخلاصة القول هي أنه في وقت كتابة هذا المقال، ستكلف تقنية الشحن اللاسلكي أكثر بكثير من تكلفة تركيب محطة شحن سلكية للاستخدام الشخصي.
ومع تحسن التكنولوجيا وانتقالها نحو تبنيها على نطاق أوسع في السوق، نأمل أن ينخفض هذا السعر. ولكن في الوقت الحالي، لا يزال هذا المنتج يمثل حداثة باهظة الثمن أكثر من كونه حلاً عمليًا للعديد من سائقي السيارات الكهربائية. ويضاف إلى ذلك حقيقة مفادها أن البنية الأساسية لشحن السيارات الكهربائية اللاسلكية ليست كبيرة حاليًا.
تعد سرعة الشحن عقبة أخرى. عندما بدأت هذه التقنية في اكتساب شعبية لأول مرة منذ بضع سنوات، كانت تنقل الطاقة فقط بسرعة حوالي 3.5 كيلو واطوفقًا لتقارير Green Car Reports، زادت هذه السرعة إلى 11 كيلو وات في وقت كتابة هذا التقرير، وهو ما يكفي لإضافة حوالي 34 ميلاً من الطاقة إلى البطارية لكل ساعة من الشحن. هذا سريع بشكل لائق، خاصة إذا كنت ستتوقف لفترة من الوقت، لكنه بعيد كل البعد عن محطة الشحن السريع DC (DCFC) المتوسطة.
كما يجب معالجة بعض التحديات المتعلقة بالسلامة، مثل ما قد يحدث إذا لامس شيء معدني لوحة الشحن أثناء تشغيلها. نظرًا لأن التيار الكهربائي يمر عبر اللوحة، فإن الجسم المعدني سوف يسخن وقد يؤدي في النهاية إلى نشوب حريق.
ولمعالجة هذه المشكلة، تعمل الشركات المصنعة على بناء أنظمة أمان. ففي مقطع الفيديو الذي نشره فيريل، أوضح الرئيس التنفيذي لشركة WiTricity أنه في حالة اكتشاف جسم مثل علبة معدنية أو قطة تزحف تحت السيارة لمحاولة التدفئة، فإن الشاحن سوف يغلق ويرسل إشعارًا إلى هاتفك. وإذا اقترب شخص ما كثيرًا من لوحة الشحن، فسوف يغلق أيضًا. موقع WiTricity يحدد هذه الاحتياطات بمزيد من التفصيل.
ما هو التالي في مجال الشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية؟
في طور التطوير منذ عام 2007 تقريبًا، قد يصبح شحن السيارات الكهربائية لاسلكيًا متاحًا أخيرًا في غضون السنوات القليلة القادمة. جمعية مهندسي السيارات (SAE) تم التصديق على المعيار في عام 2020، أصبح من الممكن استخدام تقنية الشحن اللاسلكي للسيارات الكهربائية، وهو ما يشير إلى إمكانية طرحها في السوق الشامل. وبمجرد أن يختبر المصنعون هذه التقنية ويطورونها بشكل مناسب، فمن المحتمل أن نبدأ في رؤية الشحن اللاسلكي يأتي بشكل قياسي في السيارات الكهربائية.
وسوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تستوعب البنية الأساسية هذه الفكرة وتصبح مجموعات التعديل للنماذج القديمة في متناول المستهلك العادي. ولكنها خطوة في اتجاه مثير للاهتمام.