فريق بحثي صيني بريطاني مشترك يطور نظام شحن لاسلكي عالي الأداء للسيارات الكهربائية

طور فريق بحثي مشترك من الصين والمملكة المتحدة نظام شحن لاسلكي بقدرة 20 كيلوواط، مصمم خصيصاً لمركبات الطاقة الجديدة، متجاوزاً عقبات الحرارة والكفاءة الحرجة في نقل الطاقة بالحث. حقق نظام الشحن اللاسلكي بقدرة 20 كيلوواط كفاءة غير مسبوقة بلغت 98.51%. قادت هذا البحث معهد دونغقوان لعلوم وتكنولوجيا المواد التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، بالتعاون مع معهد الفيزياء بالأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة مدينة هونغ كونغ، وجامعة كامبريدج.

تحديات شحن السيارات ذاتية القيادة

في حين تتمكن السيارات الكهربائية ذاتية القيادة من السير على طرق معقدة، إلا أن استقلاليتها تتعرض للقيود عندما تحتاج إلى شحن يدوي عبر القابس. يشكل هذا الاعتماد على البشر تحدياً كبيراً للنقل الآلي بالكامل. لذلك، تهدف تقنية الشحن اللاسلكي الآلي المطورة حديثاً إلى إلغاء هذا القيد، مما يتيح للأساطيل الذاتية التشغيل والتزود بالطاقة دون تدخل بشري.

تستخدم وسادات الشحن اللاسلكي التقليدية بشكل أساسي نوى فريتية ثقيلة لتوجيه المجال المغناطيسي. وعلى الرغم من أن الفريت يؤدي بشكل جيد في الطاقة المنخفضة، إلا أن رفع الطاقة لشحن السيارات بسرعة يتسبب في سخونة زائدة، وتراجع الكفاءة، وحدود في كثافة الطاقة. حل الباحثون هذه المشكلة باستخدام سبيكة نانوية بلورية أساسها الحديد خضعت لتقنية التلدين بالإجهاد، بالإضافة إلى التصميم المشترك لنظام المواد. وأشار الفريق: «نبلغ عن نظام شحن حثي يستخدم سبيكة نانوية بلورية أساسها الحديد، تم تطويره من خلال تحسين مشترك على مستوى المواد والنظام».

اتخذ المهندسون خياراً تصميمياً لافتاً، حيث اختاروا نفاذية مغناطيسية معتدلة بدلاً من القصوى، لتحقيق توازن في أداء النظام. مكنت هذه الاستراتيجية من تطوير قضيب نواة مغناطيسية مدمج بأبعاد 440 مم × 330 مم، وسمك 4 مم فقط. بلغت أداء المادة الناتجة في التعامل مع كثافة الطاقة العالية نصف أداء صفائح الفريت القياسية.

طبق الباحثون عملية تلدين بالإجهاد متخصصة، مقترنة بتقنية التصفيح مع محاذاة الملفات، لتحسين بنية النواة. نجحت هذه التقنيات في خفض فقد طاقة النواة إلى 135 كيلوواط/م³، تحت ظروف اختبار تبلغ 85 كيلوهرتز و 0.2 تسلا. ووفقاً للدراسة، يوفر النظام كفاءة تحويل تيار متردد إلى تيار متردد تبلغ 98.51% في ملفاته ونواته، وتصل كثافة طاقته الحجمية إلى 9.55 كيلوواط/لتر. كما يحافظ على استقرار حراري موثوق خلال دورات التشغيل عالية الطاقة. وأوضحت الدراسة: «ساهم دمج التصميم المادي والكهربائي في تطوير أنظمة شحن حثي تدعم المركبات الذاتية والتنقل الكهربائي».

إمكانات التقنية التجارية

تتطلب القيادة الذاتية التزود التلقائي بالطاقة. فبدون شحن خالٍ من التدخل اليدوي، تظل أساطيل سيارات الأجرة الآلية بالكامل مجرد رؤية طموحة. صُممت هذه التقنية لتلائم الخطة الخمسية الطموحة للصين (2026-2030)، التي تستهدف تحقيق تجارية واسعة للقيادة الذاتية على الطرق السريعة والطرق السريعة الرئيسية في المدن بحلول عام 2030. السيارات مجرد بداية. فقد دفع معهد دونغقوان لعلوم وتكنولوجيا المواد بالنموذج الأولي نحو الإنتاج التجاري. وبجانب سيارات الركاب الكهربائية، تستهدف التقنية المركبات الموجهة آلياً الصناعية (AGV) في المصانع، والنقل السككي الثقيل، وحتى الطائرات الكهربائية منخفضة الارتفاع.

بفضل سرعات أعلى، وتصميم أنحف، ودرجات حرارة تشغيل أدنى، مهد الفريق الصيني البريطاني المشترك الطريق لعالم تستطيع فيه الآلات شحن نفسها ذاتياً في الخلفية بكل سلاسة. ونُشر البحث مؤخراً في دورية Nature Communications.