در دهه‌های اخیر، تمرکز روزافزون بر روی مسائل زیست‌محیطی، آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی سبب شده است بسیاری از دولت‌ها و شرکت‌ها به دنبال راهکارهایی نوین برای حمل‌ونقل پاک و پایدار باشند. در این میان، خودروهای برقی و هیبریدی توانسته‌اند نقشی کلیدی در کاهش آلایندگی ایفا کنند و توجه سیاست‌گذاران و سرمایه‌گذاران را به خود جلب نمایند. از سوی دیگر، پیشرفت‌های فناورانه در حوزه‌های متعدد، از باتری‌ها گرفته تا زیرساخت‌های شارژ، مسیر را برای گسترش و تکامل خودروهای برقی هموار می‌کند. در حال حاضر، صنعت خودروهای برقی تنها در ابتدای راه خود قرار دارد و قطعاً نوآوری‌های آینده می‌توانند آن را به مرحله‌ای برسانند که حتی رقیب جدی‌تری برای خودروهای بنزینی و دیزلی باشد. در این مقاله قصد داریم به بررسی پنج فناوری مهم بپردازیم که انتظار می‌رود در سال‌های آینده موجب دگرگونی بنیادین و شکوفایی هرچه بیشتر خودروهای برقی شوند.
۱. باتری‌های حالت‌جامد (Solid-State Batteries)
یکی از چالش‌های اساسی در صنعت خودروهای برقی، موضوع ذخیره و تأمین انرژی است. باتری‌های کنونی که اغلب از نوع لیتیوم-یون هستند، ضمن کارایی نسبتاً قابل قبول، همچنان مشکلاتی نظیر زمان شارژ طولانی، چگالی انرژی محدود و خطرات ایمنی در صورت آسیب دیدن باتری دارند. در این میان، باتری‌های حالت‌جامد به عنوان راهکاری نویدبخش برای غلبه بر محدودیت‌های باتری‌های رایج مطرح می‌شوند.
ویژگی‌های اصلی باتری‌های حالت‌جامد
- چگالی انرژی بالاتر: این باتری‌ها به دلیل بهره‌گیری از الکترولیت‌های جامد به جای الکترولیت مایع، می‌توانند چگالی انرژی بیشتری داشته باشند. این امر به معنای افزایش مسافت قابل پیمایش خودروهای برقی در هر بار شارژ است و می‌تواند نگرانی رانندگان در خصوص محدودیت پیمایش را تا حد زیادی برطرف کند.
- ایمنی بیشتر: حذف یا کاهش چشمگیر مایعات قابل اشتعال در ساختار باتری، احتمال آتش‌سوزی یا انفجار ناشی از آسیب دیدن باتری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
- طول عمر بالاتر: باتری‌های حالت‌جامد معمولاً تعداد سیکل شارژ و دشارژ بیشتری را در مقایسه با نسخه‌های لیتیوم-یون پشتیبانی می‌کنند؛ بنابراین خودروهای برقی مجهز به این نوع باتری برای مدت طولانی‌تری کارایی بهینه خود را حفظ خواهند کرد.
- زمان شارژ کوتاه‌تر: برخی شرکت‌ها روی توسعه فناوری‌هایی متمرکز هستند که به کمک باتری‌های حالت‌جامد، شارژ سریع‌تر را امکان‌پذیر کند. در آینده، ممکن است زمانی که برای شارژ کامل یک خودرو برقی نیاز داریم، به‌طور چشمگیری کاهش یابد و به چند دقیقه محدود شود.
از این رو، پیش‌بینی می‌شود تولید انبوه این باتری‌ها، تحولی اساسی در صنعت خودروهای برقی ایجاد کند. اگرچه همچنان هزینه تولید بالا و دشواری‌های فنی مانع همه‌گیر شدن آن‌ها هستند، اما روند تحقیق و توسعه با سرعت پیش می‌رود و انتظار می‌رود تا پایان این دهه شاهد رشد قابل توجه باتری‌های حالت‌جامد در بازار جهانی باشیم.
۲. شارژ بی‌سیم (Wireless Charging)
اکثر افراد هنگام استفاده از دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مانند تلفن همراه یا ساعت هوشمند با فناوری شارژ بی‌سیم آشنا هستند. حال تصور کنید همان سهولتی که در شارژ بی‌سیم گوشی موبایل تجربه می‌کنید، برای خودروهای برقی هم فراهم شود. فناوری شارژ بی‌سیم خودروها (Wireless EV Charging) رویکردی انقلابی محسوب می‌شود که می‌تواند بسیاری از چالش‌های مربوط به اتصال کابل و یافتن ایستگاه‌های شارژ مناسب را برطرف سازد.
با این وجود، فناوری شارژ بی‌سیم همچنان در مرحله آزمایشی یا استفاده محدود قرار دارد. بهبود بازده انرژی و کاهش هزینه تولید تجهیزات لازم، دو عامل کلیدی برای همه‌گیر شدن این روش خواهد بود. با پیشرفت صنایع الکترونیک قدرت و مهندسی برق، می‌توان انتظار داشت که در سال‌های آینده، شارژ بی‌سیم یکی از گزینه‌های اصلی برای تأمین انرژی خودروهای برقی در شهرها و بزرگراه‌ها شود.
توضیحات کامل‌تر درباره فناوری شارژ بی‌سیم را می‌توانید از اینجا مطالعه کنید.
۳. سامانه‌های هوشمند شبکه‌سازی خودرو (Vehicle-to-Grid) و یکپارچگی با شبکه برق
یکی دیگر از فناوری‌های تحول‌آفرین در حوزه خودروهای برقی، مفهوم Vehicle-to-Grid (V2G) است. در حالت عادی، ما تنها به شارژکردن باتری خودروی برقی از طریق شبکه برق می‌اندیشیم؛ اما ایده V2G پا را فراتر گذاشته و خودروهای برقی را به بخشی فعال از شبکه برق تبدیل می‌کند.
با گسترش این فناوری، احتمال دارد چشم‌انداز ما از صنعت برق و صنعت خودرو دگرگون شود. خودرو دیگر یک وسیله صرفاً مصرف‌کننده نخواهد بود، بلکه عنصری پویا و مشارکت‌کننده در سیستم تولید و توزیع انرژی خواهد شد. چنین هم‌افزایی‌ای نه تنها به کاهش هزینه‌های کلی منجر می‌شود، بلکه راهکاری پایدارتر برای تأمین انرژی در مقیاس کلان ارائه می‌دهد.
۴. هوش مصنوعی و سیستم‌های مدیریت پیشرفته باتری (BMS)
با پیچیده‌تر شدن فناوری‌های مورداستفاده در خودروهای برقی، مدیریت و کنترل باتری بیش از پیش حائز اهمیت می‌شود. سیستم مدیریت باتری (BMS) مسئولیت نظارت بر عملکرد تک‌تک سلول‌های باتری، تنظیم دمای بهینه، پیش‌بینی و مدیریت چرخه شارژ و دشارژ و افزایش عمر مفید باتری را بر عهده دارد. به بیان دیگر، بدون یک BMS پیشرفته، بهره‌برداری حداکثری از ظرفیت باتری و تضمین ایمنی خودرو غیرممکن خواهد بود.
نقش هوش مصنوعی در BMS
- پیش‌بینی دقیق وضعیت باتری: الگوریتم‌های یادگیری ماشین می‌توانند براساس داده‌های تاریخی، الگوی مصرف و شرایط محیطی، وضعیت آینده باتری را با دقت بالایی پیش‌بینی کنند و میزان نیاز به شارژ یا مدت زمان باقی‌مانده را تخمین بزنند.
- بهینه‌سازی مصرف انرژی: هوش مصنوعی قادر است برمبنای سبک رانندگی، شرایط جاده، ترافیک و عوامل دیگر، بهترین استراتژی توزیع انرژی در بخش‌های مختلف خودرو (مانند موتور، سیستم تهویه و …) را تعیین کند.
- عیب‌یابی و پیشگیری از خرابی: سیستم‌های هوشمند می‌توانند کوچک‌ترین نشانه‌های خرابی یا افت عملکرد در باتری‌ها را تشخیص داده و حتی قبل از وقوع مشکل جدی، اقدامات اصلاحی را انجام دهند یا به راننده هشدار بدهند.
- تعامل با زیرساخت شارژ: BMS مجهز به هوش مصنوعی می‌تواند با ایستگاه‌های شارژ ارتباط برقرار کرده و سرعت یا الگوی شارژ را بسته به نیاز خودرو یا محدودیت‌های شبکه برق، تغییر دهد.
در سال‌های اخیر، بسیاری از خودروسازان و شرکت‌های فناوری تلاش کرده‌اند تا با تکیه بر هوش مصنوعی، پایداری و کارایی باتری‌ها را به حداکثر رسانده و دغدغه مصرف‌کنندگان در خصوص کاهش ظرفیت باتری در طول زمان را کمتر کنند. انتظار می‌رود این مسیر در آینده نزدیک با شتابی بیشتر ادامه یابد و بخشی از نوآوری‌های اصلی در صنعت خودروهای برقی، بر محور هوش مصنوعی و تحلیل داده شکل گیرد.
۵. مواد سبک‌وزن و طراحی‌های نوآورانه
تا اینجا عمدتاً به فناوری‌های مرتبط با باتری و شارژ پرداخته‌ایم؛ اما فاکتور مهم دیگری که می‌تواند آینده خودروهای برقی را به طور محسوسی دگرگون سازد، طراحی بدنه و استفاده از مواد سبک‌وزن است. به طور کلی، هرچه وزن یک خودرو کمتر باشد، مصرف انرژی آن نیز پایین‌تر خواهد بود. در خودروهای برقی، سبک‌سازی بدنه می‌تواند تأثیر مستقیم بر افزایش پیمایش و کاهش اندازه و هزینه باتری داشته باشد.
نمونه‌هایی از پیشرفت در مواد
- فیبر کربن: یکی از سبک‌ترین و در عین حال مستحکم‌ترین مواد موجود است که در صنعت هوافضا کاربرد فراوان دارد. شرکت‌های خودروسازی لوکس مانند بی‌ام‌و، مک‌لارن و فراری از این ماده برای ساخت بخش‌هایی از بدنه خودروهای اسپرت برقی و هیبریدی استفاده می‌کنند.
- آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم: آلومینیوم به دلیل وزن پایین و استحکام نسبتاً خوب جایگزین فولاد در بسیاری از قطعات شده است. همچنین منیزیم نیز به عنوان سبک‌ترین فلز سازه‌ای، توجه خودروسازان را جلب کرده است.
- پلیمرهای تقویت‌شده: مواد پلیمری پیشرفته که با نانولوله‌های کربنی یا الیاف شیشه ترکیب می‌شوند، می‌توانند در بخش‌هایی از بدنه، داشبورد و قطعات داخلی خودرو، وزن را تا حد زیادی کاهش دهند.
افزون بر انتخاب مواد، طراحی خودروهای برقی هم روندی رو به تکامل دارد. از آنجا که خودروهای برقی فاقد موتور احتراق داخلی حجیم و بسیاری اجزای جانبی هستند، طراحان آزادی عمل بیشتری در طراحی فضای داخلی و شکل بدنه دارند. این موضوع سبب شده تا پیکره‌بندی‌های نوآورانه‌ای برای جای‌گذاری بهتر باتری‌ها، توزیع وزن مناسب و کاهش مقاومت هوا معرفی شود. هرچه این طراحی‌ها بهینه‌تر باشند، راندمان خودرو نیز افزایش خواهد یافت. شرکت نبکا با تمرکز بر نوآوری و ارائه راهکارهای جامع، تلاش می‌کند عرضه خودروهای برقی و هیبریدی را در بازار ایران تسهیل نماید.
