محول تفاعل طاقة معزول موجه للنقل من مركبة إلى مركبة

مشاركة الطاقة على الطريق

تخيل سيارتك الكهربائية تقترب من نفاد البطارية على طريق سريع خالٍ، ولا توجد محطة شحن في الأفق. بدلاً من انتظار سيارة سحب، ماذا لو أمكن لسيارة كهربائية قريبة أن تقرضك طاقة بأمان، مثل طريقة تشغيل السيارة ذات البنزين ولكن أسرع وأنظف وتحت تحكم كامل؟ تستكشف هذه الورقة هذه الفكرة بالضبط: صندوق محمول يتيح لسيارة كهربائية أن تشحن بسرعة سيارة أخرى، مما يخفف قلق المدى ويقلل الاعتماد على محطات الشحن الثابتة.

جسر محمول بين سيارتين

يقترح المؤلفون «محول تفاعل طاقة» مدمجًا يوضع بين سيارتين كهربائيتين متوقفتين. تعمل إحداهما كمورد للطاقة والأخرى كمستقبِل. وبما أن المركبات الحقيقية تستخدم مستويات جهد بطارية مختلفة ويلزم إبقاؤها معزولة كهربائيًا عن بعضها البعض، يجب أن يقوم المحول برفع الجهد، ومعالجة تدفق الطاقة في كلا الاتجاهين، وتوفير عزلة قوية حتى لا تتسبب أعطال في سيارة واحدة بإلحاق الضرر بالأخرى. لتلبية هذه المتطلبات، يبني الباحثون المحول حول دارة الجسر النشط المزدوج (DAB)، وهو تصميم يستخدم محولًا بتردد عالٍ ومفاتيح إلكترونية لنقل الطاقة بكفاءة وأمان بين جانبي تيار مستمر منفصلين.

جعل دارة معقدة تتصرف بشكل متوقع

على الرغم من أن تصميم DAB قوي ومرن، فإنه صعب التحكم عمليًا. الفجوات الزمنية الصغيرة المضافة لحماية المفاتيح، تفاوتات التصنيع في المحاثات والمكثفات، تغيُّر درجات الحرارة، والتحولات المفاجئة في الحمل يمكن أن تدفع جهد الخرج بعيدًا عن الهدف. تتطلب طرق التحكم التقليدية إعادة ضبط كلما تغيرت استراتيجية التبديل وغالبًا ما تفترض مكونات قريبة من الكمال، ما يزيد التكلفة. يتعامل المؤلفون مع هذا بإعادة التفكير في نموذج المحول. بدلاً من التحكم المباشر في تحول التوقيت بين جانبي المحول—وهو ما يجعل المعادلات شديدة اللاخطية—يصممون أولاً نموذجًا أبسط قائمًا على التيار ثم يترجمون التيار المطلوب إلى التوقيت الصحيح. هذا الفصل يجعل النظام أسهل في الضبط وأكثر مرونة عبر أوضاع تشغيل مختلفة.

استراتيجية تحكم تتعلم من الاضطرابات

للحفاظ على استقرار جهد الخرج حتى عندما تكون المكونات غير مثالية أو تتغير الظروف، يتبنى الفريق نهجًا يسمَّى مُقدِّر عدم اليقين والاضطراب (UDE). ببساطة، يفترض المتحكم أن كل ما لا يعرفه بالضبط—أخطاء المكونات، تأخيرات الحساب في المتحكم الرقمي، الضوضاء الكهربائية الخارجية، والتغييرات المفاجئة في الحمل—يمكن جمعه في مصطلح واحد «اضطراب» مجمَّع. يقوم الـ UDE بتقدير هذا الاضطراب المجمَّع باستمرار من المقاييس المأخوذة للتيارات والجهود، ثم يبادر لإلغائه نشطًا. بالإضافة إلى ذلك، يضيف الباحثون فعلًا تكامليًا، وهو وسيلة رياضية لتراكم الأخطاء الصغيرة مع الزمن، بحيث يتم دفع أي فرق متبقي بين الجهد المرغوب والجهد الفعلي ببطء نحو الصفر في ظل ظروف ثابتة.

الاختبار مع مركبات واقعية وظروف قاسية

باستخدام محاكاة حاسوبية، يختبر المؤلفون تصميمهم مع جهود بطارية تطابق سيارات كهربائية صغيرة شائعة في الصين، مثل HongGuang MINIEV وBaoJun E-series وChery QQ IceCream وBYD QinEV. يستكشفون سيناريوهات متطلبة: أخطاء كبيرة في قيم المكونات، تغيُّرات في جهد الدخل والخرج، تقلبات مفاجئة في الحمل، حالات شحن مختلفة، وحتى عكس دورَي الشحن. في جميع الحالات، يعود جهد خرج المحول إلى هدفه خلال أجزاء قليلة من الثانية ويظل مستقرًا. كما يبني الفريق نموذجًا فعليًا تقريبًا بحجم صندوق أدوات صغير قادرًا على نقل حتى 5 كيلوواط، ويقارن متحكمهم القائم على UDE بمتحكم تناسبي–تكاملي (PI) قياسي وبطريقة متقدمة أخرى. تستعيد المقاربة الجديدة استقرارها أسرع بعد الاضطرابات وتظهر تجاوزات أصغر، وكل ذلك مع تحمل مكونات أقل تكلفة.

ماذا يعني هذا للسائقين اليوميين

بالنسبة لغير المختصين، الخلاصة أن هذا العمل يقرب فكرة الشحن السريع من سيارة إلى أخرى إلى واقع يومي. من خلال الجمع بين تصميم محول معزول وآمن وطريقة تحكم تعوّض تلقائيًا عن العيوب والظروف المتغيرة، يبرز المؤلفون أن بإمكان مركبة كهربائية أن تعيد شحن أخرى بسرعة وبموثوقية دون الاعتماد على شبكة كثيفة من محطات الشحن السريع. إذا وصلت أجهزة كهذه إلى السوق، قد يقل قلق السائقين من التعطل بنفاد البطارية، ويمكن للأساطيل أن تتبادل الطاقة بمرونة أكبر، وقد تبيع شواحن V2V المحمولة الكهرباء المخزنة خلال ساعات ذروة الأسعار—وكل ذلك باستخدام أجهزة مضغوطة وفعالة وبأسعار معقولة.

الاستشهاد: Jia, W., Wang, R., Wei, Z. et al. Transportation-oriented isolated type energy interaction converter for vehicle-to-vehicle. Sci Rep 16, 11419 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41368-8

الكلمات المفتاحية: الشحن من مركبة إلى مركبة, المركبات الكهربائية, محول DC DC, التحكم في إلكترونيات الطاقة, قلق المدى