سباق عالمي بين الشركات لزيادة نطاق السيارات الكهربائية في الطقس البارد

على الطريق اليومي، تعمل السيارات الكهربائية بشكل جيد ومع ذلك، نظراً لأن درجات الحرارة الباردة تقلل من نطاق البطاريات، فلا يمكن للسيارات الكهربائية الذهاب في رحلات ميدانية أطول.

انخفاض نطاق المركبات الكهربائية في البرد

إنها مشكلة يواجهها بعض مالكي سيارات الركاب الكهربائية ومسؤولي النقل في الأجواء الباردة حول العالم، لا تسافر المركبات الكهربائية بقدر مسافات تصل إلى 70 درجة فهرنهايت (ناقص 7 درجات مئوية)، جزء من المشكلة هو أن استخدام التكنولوجيا التقليدية للحفاظ على دفء الركاب يستنزف البطارية.

قد تكون الرحلات الطويلة صعبة في أبرد الأجواء، يتعين على سلطات النقل، مثل شيكاغو، التي تعهدت بتحويل أسطولها بالكامل من الحافلات إلى كهرباء بحلول عام 2040، اتخاذ تدابير استثنائية للإبقاء على الحافلات الكهربائية مشحونة وفي الوقت المحدد.

يشعر بعض صانعي السيارات والسائقين بالقلق من أن انخفاض نطاق البطارية في الطقس البارد سيحد من قبول السيارات والشاحنات والحافلات الكهربائية في وقت يجب فيه تقليل انبعاثات النقل بشكل كبير لمعالجة تغير المناخ، ما زال هناك أمل، يتسابق العلماء لتطوير كيميائية جديدة للبطاريات لا تفقد الكثير من الطاقة في الطقس البارد كما تفعل أنظمة الليثيوم أيون اليوم.

قال Stretch Blackard، مالك شركة Tok Transportation التي تتعاقد مع المدارس المحلية: "إن وجود بطاريات في الطقس البارد يمثل مشكلة، ولدينا مناخ بارد جداً، وهو من أبرد الأجواء في أمريكا الشمالية".

ارتفاع تكلفة المركبات الكهربائية في الطقس البارد

عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون الصفر، تتضاعف تكلفة تشغيل حافلة توك الكهربائية، تمتلك توك بعضاً من أعلى أسعار الكهرباء في البلاد.

في أبرد الأجواء، من 0 إلى 10 فهرنهايت (-18 إلى 23 درجة مئوية)، تبلغ تكلفة الحافلة الكهربائية حوالي 1.15 دولاراً لكل ميل، مقارنة بـ 40 سنتاً لكل ميل لحافلة تعمل بالديزل، وفقاً لبلاكارد، عندما يكون الجو دافئاً، تنخفض تكلفة الحافلة الكهربائية إلى حوالي 90 سنتاً لكل ميل، لكنه يقول إن التكاليف تجعلها غير قابلة للتطبيق وأنه لن يشتري واحدة أخرى.

تحدي السفر الطويل في الطقس البارد

يكتشف العديد من مالكي السيارات الكهربائية الشخصية أن السفر في فصل الشتاء لمسافات طويلة قد يكون صعباً، تحدث نوبات البرد عدة مرات على الأقل كل شتاء في العديد من الولايات الأمريكية، مما يتسبب في خسارة المركبات الكهربائية من 10% إلى 36% من مداها.

درجات الحرارة في نطاق 10-20 درجة فهرنهايت، وفقاً لمارك جيندريغسكي من الجزائر، ميشيغان، تبدأ في أن تصبح خطيرة (من 7 إلى 12 درجة مئوية تحت الصفر)، قال وهو يشحن سيارته كيا EV6 في موقف للسيارات بالقرب من يبسيلانتي، ميشيغان: "عادةً ما أرى انخفاضاً بنسبة 20% في النطاق ووقت الشحن"، "لقد قللت نطاق عملي من حوالي 250 ميلاً إلى حوالي 200".

حتى مع تنقلات طويلة، يقول جيندريغسكي، مهندس في شركة لتصنيع قطع غيار السيارات، إن سيارة كيا EV لا تزال تنقله إلى حيث يحتاج إلى بعض التخطيط.

30% انخفاض في النطاق

ومع ذلك، لم يتوقع بعض المالكين مثل هذا الانخفاض الكبير في الشتاء، يدعي راشيت بهيماني، الذي يعيش في إحدى ضواحي ديترويت الشمالية، أنه عندما يصبح الطقس بارداً، ينخفض نطاق سيارة تسلا موديلY بحوالي 30%، من 330 ميلاً لكل شحنة إلى 230 ميلاً، قال بينما كان يتسابق جنوب آن أربور في طريقه إلى شيكاغو.

يمثل الحفاظ على دفء الركاب ما يقرب من ثلاثة أرباع فقدان نطاق السيارة الكهربائية، ولكن السرعة وحتى القيادة على الطريق السريع من العوامل، لتوفير الطاقة، يبذل بعض السائقين جهوداً كبيرة لتجنب استخدام الكثير من الحرارة، مثل ارتداء القفازات أو الجلوس في مقاعد مُدفأة.

من المؤكد أن محركات البنزين يمكن أن تفقد ما يصل إلى 15% من مداها في الطقس البارد.

النرويج لا تواجه مشكلة انخفاض النطاق

في النرويج، حيث كان ما يقرب من 80% من مبيعات السيارات الجديدة تعمل بالكهرباء العام الماضي، لم يؤد فقدان النطاق إلى إبطاء اعتماد المركبات الكهربائية.

كشفت الاختبارات الأخيرة التي أجراها اتحاد السيارات النرويجي أن النماذج تختلف اختلافاً كبيراً، وكان الفائز هو Maxus Euniq6 غير المكلف نسبياً، والذي جاء الأقرب إلى مجموعته المعلن عنها.

لقد انخفض بنسبة 10 % فقط عن النطاق المعلن عنه البالغ 354 كيلومتراً (220 ميلاً)، انخفض تسلا S بنحو 16 % عن النطاق المعلن عنه، وجاءت سيارة تويوتا BZ4X في المرتبة الأخيرة بمدى 323 كيلومتراً (200 ميل)، أي أقل بنسبة 36% تقريباً من النطاق المعلن عنه.

يسمي نيلس سودال من اتحاد السيارات هذه القضية "غير إشكالية" طالما أن السائقين يأخذونها في الاعتبار عند التخطيط لرحلة، قال: "المشكلة الكبيرة حقاً هي الحصول على ما يكفي من محطات الشحن على طول الطريق"، بالإضافة إلى معلومات أفضل حول ما إذا كانت تعمل بشكل صحيح.

أثناء الاختبار، تراوحت درجات الحرارة من أقل بقليل من التجمد إلى ناقص 2.2 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية)، تم قيادة السيارات حتى نفدت بطارياتها وتوقفت.

عمر البطاريات في المركبات الكهربائية المستعملة

قالت شركة Recurrent، وهي شركة أمريكية تقيس عمر البطارية في المركبات الكهربائية المستعملة، إنها أجرت دراسات للمراقبة عن بعد على 7000 مركبة ووجدت نتائج مشابهة للاختبار النرويجي.

وفقاً للمدير التنفيذي سكوت كيس، تستخدم العديد من المركبات الكهربائية تسخيناً مقاوماً للداخل، يتم استخدام المضخات الحرارية من قبل أولئك الذين يؤدون أداءً أفضل، وفقاً لـ Case، فإن المضخات الحرارية، التي تسحب الحرارة من الهواء الخارجي حتى في درجات الحرارة الباردة، موجودة منذ عقود ولكن تم تطويرها مؤخراً للسيارات فقط، وقال "هذا بالتأكيد شيء يجب أن يكون في كل هذه السيارات".

تتدفق أيونات الليثيوم عبر سائل إلكتروليت داخل البطاريات، وتنتج الكهرباء، عندما يصبح الجو بارداً، فإنهم يتحركون ببطء أكثر خلال الإلكتروليت ولا يطلقون نفس القدر من الطاقة، يحدث الشيء نفسه في الاتجاه المعاكس، مما يؤدي إلى إبطاء الشحن.

وفقاً لنيل داسجوبتا، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد في جامعة ميشيغان، فإن هذا يشبه دهن الزبدة الباردة على الخبز المحمص، وأوضح داسجوبتا أنه "في درجات الحرارة المنخفضة، يصبح أكثر مقاومة".

جنرال موتورز تبحث عن حلول

جنرال موتورز هي إحدى الشركات التي تعمل على إيجاد الحلول، يمكن للمهندسين إجراء تغييرات في إدارة البطارية والحرارة في المركبات الحالية أثناء تعلم النماذج المستقبلية من خلال الاختبار، وفقاً لورانس زير، مدير مشروع استعادة الطاقة في سيارات جنرال موتورز الكهربائية.

أرسلت جنرال موتورز سرباً من المركبات الكهربائية من منطقة ديترويت إلى شبه جزيرة ميشيغان المتجمدة الأسبوع الماضي لاختبار تأثير الطقس البارد على نطاق البطارية.

على الرغم من التوقف مرتين للشحن على طول الطريق، أكملت شاحنة بيك آب جي إم سي هامر مع ما يقرب من 329 ميلاً من المدى لكل شحنة رحلة 315 ميلاً إلى سولت ستي، ماري مع حوالي 35 ميلاً متبقية فقط، وهو ما يكفي بالكاد للوصول إلى منشأة اختبار جنرال موتورز، ذهب المهندسون إلى فندق قريب بعد اكتشاف محطة شحن معطلة في محل بقالة للحصول على ما يكفي من العصير لإنهاء الرحلة.

تطوير البطاريات

يعمل العلماء في الجامعات أيضاً على إجراء تغييرات كيميائية يمكن أن تقضي على فقدان الطقس البارد.

يقول داسجوبتا من جامعة ميشيغان إن فريقه يعمل على تصميمات بطارية جديدة تسمح للأيونات بالتدفق بشكل أسرع أو تمكين الشحن السريع في درجات الحرارة الباردة، هناك أيضاً كيميائية للبطاريات لا تستخدم الإلكتروليتات السائلة، مثل الحالة الصلبة.

ويتوقع أن تشق التطورات طريقها من المختبرات إلى المركبات في غضون عامين إلى خمسة أعوام مقبلة، وأوضح: "هناك بالفعل سباق عالمي لتحسين أداء هذه البطاريات".