تخطط مجموعة ستيلانتس لسد الفجوة الوزن بين سيارات الغاز والسيارت الكهربائية باستخدام كيمياء البطاريات الجديدة.
تهدف شركة ستيلانتس Stellantis إلى خفض وزن البطاريات في سياراتها الكهربائية بنسبة 50% خاصة وان بطارية سيارة مثل جي ام سي همر الكهربائية وحدها 2818 رطلا. ولتحقيق هدفها، تعمل ستيلانتس مع العديد من شركات تكنولوجيا البطاريات، لاستكشاف المواد الكيميائية المناسبة.
مشكلة وزن البطاريات بالسيارات الكهربائية
عند افتتاح مركز ميرافيوري Mirafiori لتكنولوجيا البطاريات الجديد في تورينو بإيطاليا، قال رئيس الهندسة بالمجموعة، نيد كوريك، إن البطاريات اليوم ثقيلة جدًا وأن البطاريات خفيفة الوزن وتغليف الخلايا الفعال أمر حيوي للمضي قدمًا.
بطارية الهمر EV بوزن هوندا سيفيك
تعد بطاريات الليثيوم أيون الحالية من بين أثقل المكونات في المركبات الكهربائية، ويمكن أن يؤثر ثقلها سلبًا على الأداء والكفاءة والسلامة. على سبيل المثال تزن بطارية سيارة جي ام سي همر الكهربائية وحدها 2818 رطلا ، أي ما يعادل سيارة هوندا سيفيك. في وقت سابق من عام 2023، استثمرت شركة Stellantis في شركة البطاريات Lyten في كاليفورنيا، والتي تعمل على تطوير بطاريات الليثيوم والكبريت خفيفة الوزن
نحو بطاريات أخف وزنا
تدعي الشركة التي يقع مقرها في سان خوسيه أن تكلفة المواد الآن بالنسبة لها أقل من السابق ، وانخفاض الوزن سيكون بنسبة 60 بالمائة، وكذلك مقاومة الانفلات الحراري. وقد ذكر أيضًا التخلص من النيكل والمنغنيز والكوبالت والجرافيت. معروف ان للكوبالت تأثيرات بشرية وبيئية سلبية للغاية ، والعديد من الشركات استبعدت استخدامه .
شيري أول مستخدم لبطاريات أيون الصوديوم
ذكت ستيلانتس Stellantis أيضًا أن بطاريات أيونات الصوديوم ستكون بديل محتمل ، وقامت شركة كاتل للبطاريات بتطوير بطارية أيون الصوديوم من الجيل الأول. وتدعي أنها تتمتع بكثافة طاقة عالية وقدرة شحن سريعة وثبات حراري محسّن. يقال إن شركة صناعة السيارات الصينية المملوكة للدولة شيري هي أول شركة تصنيع سيارات تستخدم بطاريات أيون الصوديوم من شركة كاتل .
افتتحت شركة Stellantis، وهي الشركة الأم لعلامات تجارية مثل Alfa Romeo وRam Trucks وCitroen وPeugeot وJeep وDodge وChrysler وFiat وغيرها، تكنولوجيا البطاريات الجديدة التي تبلغ قيمتها 43 مليون دولار في تورينو الأسبوع الماضي.
منشأة بطاريات جديدة ل ستيلانتس
وعلى مساحة تبلغ 8000 متر مربع، تدعي المجموعة أنها واحدة من أكبر مراكز اختبار وتطوير البطاريات في أوروبا. سيشرف العاملون في المنشأة على اختبارات الضغط، واختبارات المتانة، وتطوير برامج نظام إدارة البطارية ومعايرتها، وعمليات التفكيك من بين مسؤوليات أخرى.
تعمل المجموعة أيضًا مع المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) وشركة حلول البطاريات المملوكة لشركة TotalEnergies Saft لتطوير بطارية تدمج وظائف العاكس والشاحن داخل الوحدة لتحرير المساحة وتقليل التكلفة وتحسين النطاق. يُطلق على هذا التحول الواضح اسم ” النظام الذكي المتكامل للبطارية BIS ” ، وقد قدمت شركة Stellantis العديد من براءات الاختراع له.
هناك عدد لا يحصى من التجارب الجارية في مجال تكنولوجيا البطاريات في جميع أنحاء العالم بهدف مشترك هو خفض التكاليف، وتحسين كثافة الطاقة، وزيادة نطاق القيادة. سيتعين علينا الانتظار لبضع سنوات لمعرفة ما إذا كان هناك حل واحد أو أكثر يمكنه حل المشكلة المستمرة المتمثلة في قلق النطاق ، والوزن .
إيجابيات وزن أقل للبطاريات الكهربائية
إن متوسط وزن السيارة الكهربائية أكبر بكثير من وزن مركبة ICE مماثلة لها، وذلك نظرًا لحزمة البطارية الثقيلة للغاية في السيارة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن كثافة طاقة البطاريات أقل بكثير من كثافة الوقود الذي يزود مركبات ICE بالطاقة. يمكن أن يؤدي تقليل الوزن الإجمالي للسيارة الكهربائية إلى تحقيق مكاسب كبيرة طوال دورة حياتها. تشمل هذه الفوائد ما يلي:
• نطاق ممتد بنفس حجم البطارية أو نطاق مماثل مع بطارية أصغر
• يمكن تخفيف مكونات التعليق والكبح، مما يقلل الوزن بشكل أكبر
• تحسين التسارع
• التعامل بشكل أفضل
• مسافات الكبح أقصر
• تقليل تآكل الإطارات
• سعة شحن أعلى
هندسة البطاريات بالسيارات الكهربائية
عادةً ما يتم وضع حزمة البطارية الثقيلة في السيارة الكهربائية أسفل أرضية السيارة للحفاظ على مركز ثقلها عند أدنى مستوى ممكن. تستخدم العديد من المركبات الكهربائية أيضًا حزمة البطارية كعضو هيكلي في الهيكل. ومن خلال استخدام مواد خفيفة الوزن لعناصر مثل حاوية البطارية ومثبتاتها، يمكن تقليل الوزن الإجمالي لمجموعة البطارية، مما يقلل بشكل أكبر من الوزن الإجمالي للسيارة الكهربائية النموذجية.
عوامل وزن حزمة البطارية
تؤدي كيميائيات البطاريات الحالية المعتمدة على الليثيوم إلى إنتاج حزم بطاريات ثقيلة للغاية مملوءة بمواد كيميائية خطرة. تفرض كفاءة التصنيع بالإضافة إلى سلامة النقل ضرورة إنتاج مجموعات البطاريات في أقرب مكان ممكن من مواقع تجميع السيارات الكهربائية. تقدم العديد من البلدان حوافز لتصنيع البطاريات وتجميعها محليًا. تتيح البصمة العالمية الواسعة لشركة Stanley Engineered Fastening إنشاء خطوط الإنتاج نفسها في العديد من المناطق. يمكن لـ SEF أيضًا دمج استخدام البوليمرات عالية الهندسة، وهو أمر غير شائع تمامًا.
استخدام الأجزاء البلاستيكية للسيارات الكهربائية
يمكن أن تساعد البوليمرات البلاستيكية المقواة بالألياف أيضًا بشكل كبير في تخفيف وزن المركبات الكهربائية. وقد تم تطوير أنواع معينة من هذه المواد لتكون مثبطة للهب ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة. وهذا يسمح باستخدامها كمكونات هيكلية داخل وحول المناطق ذات الحرارة العالية في السيارة الكهربائية، بما في ذلك حزم البطاريات والمحركات والعاكسات.
تدعم أدوات التثبيت والمكونات البلاستيكية المصممة بدقة من ” انتيجرا SEF” التطوير المستدام للسيارات الكهربائية. تشتمل مجموعة منتجات Integra ذات التصميم الهندسي العالي على أجزاء خفيفة الوزن لتوجيه السوائل، والأدوات الكهربائية، وتثبيتات القطع والألواح، والمكونات الوظيفية ، وتستخدم استراتيجيات الإنتاج بأقل متطلبات المواد الممكنة.
عبوات بطاريات من البلاستيك
تمثل حاوية البطارية في السيارة الكهربائية العديد من التحديات الهندسية، بما يتجاوز جانب الوزن الخفيف للسيارة الكهربائية. يتضمن نظام إدارة البطارية لتسخين وتبريد البطارية حسب الضرورة. قد تحتاج العلبة أيضًا إلى حماية البطاريات من EMI وRFI. قد تكون هناك حاجة لتحمل الضغط من الداخل والخارج. قد تعمل بعض العبوات أيضًا كأعضاء هيكلية في هيكل السيارة الكهربائية.
في حين أن العديد من حاويات البطاريات مصنوعة من الألومنيوم، فإن البلاستيك المركب خفيف الوزن مناسب جدًا لهذا الاستخدام. يمكن للقولبة الدقيقة أن تنتج غلافًا أرق وأخف وزنًا مع عدد أقل من الأجزاء التي تتمتع أيضًا بقدرات إغلاق فائقة. يمكن أن تساعد تركيبات مثبطات اللهب في احتواء الانفلات الحراري في حالة وقوع حادث.
خلط المواد البلاستيكية بالمعدنية
لقد أصبح استخدام مجموعة متنوعة من المواد المختلفة للأجزاء المختلفة من التجميعات الفرعية للمركبة أمرًا متزايد الاستخدام. إن خلط أنواع مختلفة من الفولاذ مع الألومنيوم والمغنيسيوم والبلاستيك والمواد المركبة يسمح بتصنيع كل مكون من المادة التي تناسب غرضه على أفضل وجه. طرق التثبيت التقليدية ليست مناسبة لربط هذه الأجزاء المتباينة مع بعضها البعض.
باعتبارها الشركة الرائدة في مجال تكنولوجيا التثبيت بدون ثقب والربط الميكانيكي، يمكن استخدام حلول اللحام والثقب الذاتي من ” تاكر ” كشركة رائدة في هذا المجال . ، يمكن تحضير مادة الألومنيوم خفيفة الوزن عن طريق تنظيف السطح قبل عملية اللحام مباشرةً للحصول على قوة مفاصل فائقة.
المسامير الفولاذية
على مستوى المسامير، تم تصنيع مسامير فولاذية خفيفة الوزن خصيصًا للسيارات الحديثة المصنوعة من درجات وسماكات مختلفة من الفولاذ. يوفر هذا المسمار الثوري تناثرًا أقل بنسبة تصل إلى 70%، وزيادة عمر المعدات، ودورات صيانة أطول، وملاءمة أفضل، ومظهر أفضل. تعمل المسامير وأرقام الأجزاء المشتركة باستخدام نفس تصميم المسامير على تقليل احتياجات قطع غيار المعدات، مما يقلل من التعقيد ويحقق تكلفة ملكية إجمالية أقل.
الروابط اللاصقة ذات
يمكن استخدام المواد اللاصقة الهيكلية اليوم لربط أي مواد ببعضها البعض تقريبًا. يستخدم AFS BRIAR (نظام التثبيت اللاصق الذي يستخدم الترابط مع التعشيق المعالج بالإشعاع والتفاعل اللاهوائي) من شركة Stanley Industrial كلاً من المعالجة اللاهوائية والأشعة فوق البنفسجية لربط المسامير بشكل آمن بجميع أنواع الفولاذ (بما في ذلك المطلي بالمسحوق)، بالإضافة إلى الألومنيوم والألمنيوم/المغنيسيوم.
السبائك، والألياف الكربونية، والزجاج، والسيراميك، وغيرها الكثير. يحقق AFS BRIAR قوة بنسبة 50% بعد 30 دقيقة وقوة 90% خلال ثلاث ساعات. يعتبر AFS BRIAR مثاليًا للاستخدام في تجميع مجموعة البطاريات، إلى جانب العديد من الجوانب الأخرى لعملية تجميع EV.
تسريع عملية الانتقال إلى مستقبل النقل
كلما أمكن بذل المزيد من الجهود لتقليل وزن السيارات الكهربائية، كلما زادت سرعة حصولها على قبول المستهلك في سوق اليوم . يمكن أن يكون الوزن الخفيف للسيارات الكهربائية مساهمًا رئيسيًا في تقليل التكلفة وتحسين المدى وزيادة الأداء والتجميع الأكثر كفاءة للأجيال الحالية والقادمة من المركبات الكهربائية.
يعتبر نظام Stanley Engineered Fastening في طليعة حركة السيارات الكهربائية خفيفة الوزن. وتستمر شركات السيارات في تطوير وتحسين تقنياتها لدعم هذا التحول إلى وضع جديد للدفع. لقد أحدثت SEF ثورة في تقنيات التثبيت والتجميع منذ ما يقرب من 100 عام، مدفوعة بالرغبة في الارتقاء بما يبتكره العملاء ويمكن اليوم تسريع الابتكار ومتابعة التحديات الجديدة وحل المشكلات الحرجة.
وزن السيارات الكهربائية وحوادث الطرق
على جانب آخر فإن الوزن الزائد للسيارات الكهربائية يشكل قلقا لدى الجمعيات والمؤسسسات المعنية بسلامة الطرق . أعربت جنيفر هومندي رئيسة المجلس الوطني لسلامة النقل بأمريكا عن قلقها بشان مخاطر السلامة التي تشكلها المركبات الكهربائية الثقيلة إذا اصطدمت بمركبات أخف وزنا.
وأثارت المسؤولة جنيفر هومندي هذه القضية في خطاب ألقته في واشنطن أمام مجلس أبحاث النقل. وأشارت، على سبيل المثال، إلى أن سيارة جي ام سي هامر الكهربائية تزن حوالي 9000 رطل (4000 كيلوجرام)، مع حزمة بطارية تبلغ وحدها 2900 رطل (1300 كيلوجرام) – تقريبًا الوزن الكامل لسيارة هوندا سيفيك النموذجية.
وقال هومندي في تصريحات معدة للمجموعة: “أنا قلقة بشأن زيادة خطر الإصابة الشديدة والوفاة لجميع مستخدمي الطريق بسبب الأوزان الثقيلة وزيادة حجم وقوة وأداء المركبات على طرقنا، بما في ذلك السيارات الكهربائية”. الوزن الزائد الذي تحمله المركبات الكهربائية عادة ينبع من الكتلة الضخمة لبطارياتها. لتحقيق نطاق يبلغ 300 ميل أو أكثر (480 كيلومترًا أو أكثر) لكل شحنة من السيارة الكهربائية، يجب أن تزن البطاريات آلاف الأرطال.
تتمتع بعض كيمياء البطاريات التي يتم تطويرها بالقدرة على تجميع المزيد من الطاقة في كتلة أقل. ولكن في الوقت الحالي، هناك عدم تطابق في الوزن بين المركبات الكهربائية ومركبات الاحتراق الداخلي الأصغر حجمًا. توفر المركبات الكهربائية أيضًا قوة فورية لعجلاتها، مما يجعلها تتسارع بشكل أسرع في معظم الحالات من معظم السيارات والشاحنات وسيارات الدفع الرباعي التي تعمل بالغاز.
جيم فارلي من فورد
يتساءل جيم فارلي رئيس شركة فورد بخصوص الوزن الزائد للسيارات الكهربائية قائلا ” ليس لدي أي فكرة عما يحدث في هذه الصناعة في الوقت الراهن . وأشار إلى السيارات الكهربائية التي يصل مداها إلى 450-500 ميل، بما في ذلك “سيارة كروس أوفر ثلاثية الصفوف” تم الإعلان عنها اليوم والتي من المحتمل أن تكون كاديلاك إسكاليد الكهربائية الجديدة .
وأشار إلى أن النطاقات الأعلى ستتطلب بطاريات أكبر، مضيفًا أن “هذه البطاريات ضخمة”. بالتأكيد جيم فارلي على حق ، حيث تعتمد شركات صناعة السيارات في الولايات المتحدة على البطاريات الضخمة لتشغيل سياراتها الكهربائية ذات الحجم الكبير، أي جميع الشاحنات الكهربائية التي ستغمر السوق الأمريكية قريبًا