نظام تحكم ذكي في المركبات الكهربائية مع نظام بطاريتين ونظام إدارة البطارية لحل مستدام

لماذا تكتسب البطاريات الأذكى أهمية للمركبات الكهربائية

تعد السيارات الكهربائية بهواء أنظف وشوارع أكثر هدوءاً، لكن نجاحها لا يزال مرتبطاً بقطعة أجهزة عنيدة: البطارية. يقلق السائقون بشأن المدى ووقت الشحن ومدة بقاء البطارية قبل أن تحتاج إلى استبدال. تستكشف هذه الدراسة طريقة جديدة لتشغيل مركبة كهربائية باستخدام بطاريتين متعاونتين، ونظام تحكم ذكي، ومساعدة من الشمس، تعمل جميعها معاً لاستخراج طاقة أكثر فائدة من كل شحنة وللحفاظ على حزمة البطارية بصحة أفضل لفترة أطول.

بطاريتان أفضل من واحدة

يقترح الباحثون نظام بطاريتين حيث تستخدم المركبة الكهربائية حزمتين منفصلتين بدلاً من الاعتماد على حزمة واحدة فقط. تراقب وحدة تحكم مخصصة، تعرف بنظام إدارة البطارية، باستمرار جهد كلتا الحزمتين ودرجة حرارتهما ومستوى الشحن. وبدلاً من سحب الطاقة بشكل متساوٍ أو عشوائي، يقرر النظام في الوقت الحقيقي أي بطارية يجب أن تزود الطاقة وأيها يجب أن يستريح أو يعاد شحنها. من خلال تقاسم العمل، تتجنب البطاريتان التفريغات العميقة والحالات التشغيلية المجهدة التي عادة ما تقصر عمر البطارية وتحد من مدى القيادة.

كيف يحافظ التحكم الذكي على توازن الطاقة

في صميم النهج يوجد متحكم ذكي يؤدي موازنة تحميل ديناميكية. يقيس حالة شحن كل بطارية ويقارن جهودهما، ثم يستخدم مفاتيح إلكترونية لتوجيه الطاقة إلى حيث الحاجة. عندما تكون إحدى البطاريات أكثر استنزافاً، يمكن للمتحكم تفضيل الحزمة الأكثر صحة أو إعادة شحن الأضعف إذا كانت الطاقة متاحة من مصادر أخرى. بنى الفريق واختبر هذه المنطق باستخدام محاكاة MATLAB/Simulink وإعداد مادي صغير النطاق قائم على متحكم Arduino وأجهزة استشعار ومرحلات وخلايا ليثيوم أيون. في النموذج الأولي، يمكن لبطارية أن تزود المركبة بالطاقة بينما تُعاد شحن الأخرى، ويتبدل النظام الأدوار تلقائياً مع تغيّر مستويات الشحن.

إضافة ضوء الشمس إلى مزيج الطاقة

يدمج تصميم المركبة أيضاً ألواحاً شمسية لدعم البطاريات. تغذي الوحدات الضوئية المركبة خارجيًا طاقتها عبر محول يبحث باستمرار عن أكثر نقاط التشغيل إنتاجية للوحة، وهي طريقة تعرف بتتبع نقطة القدرة القصوى. ثم تُوجَّه الطاقة الشمسية المجمعة إلى نظام البطاريتين المزدوج عبر نفس المتحكم الذكي الذي يدير طاقة القيادة. رغم أن مساهمة الطاقة الشمسية متواضعة مقارنة بسعة البطارية الرئيسية، إلا أنها يمكن أن تطيل زمن التشغيل، وتساعد في الحفاظ على مستوى شحن أكثر صحة أثناء الاستخدام النهاري، وتقلل الاعتماد على الكهرباء المأخوذة من الشبكة، خصوصاً في المناطق المشمسة.

من نموذج المختبر إلى القيادة في العالم الحقيقي

لاستكشاف كيفية تصرف الفكرة مع مرور الوقت، قام المؤلفون أولاً بقياس كيفية تفريغ بطارية ليثيوم أيون واحدة بجهد 12 فولت أثناء تشغيل حمل كهربائي مصمم لمحاكاة مركبة صغيرة. انخفض كل من الجهد وحالة الشحن بثبات على مدى عدة ساعات. ثم أعادوا الاختبارات مع تشغيل نظام البطاريتين المزدوج. في هذه الحالة، بدأت إحدى البطاريات بتزويد الطاقة بينما كانت الأخرى تُعاد شحنها مراراً عبر الألواح الشمسية وتُبدل إلى الخدمة بمجرد أن تصل إلى مستوى شحن مستهدف. على مدار فترة تشغيل مدتها ثماني ساعات، حافظ النظام المدمج على مستويات شحن أكثر صحة وملف جهد أكثر استقراراً مما يمكن أن تحققه البطارية الوحيدة، مع استمرار تدفق الطاقة إلى المحركات.

ماذا تعني النتائج للمستخدمين اليوميين

بصيغة مبسطة، تُظهر الدراسة أن معاملة حزمة البطارية كفريق مدار بدلاً من عامل واحد يمكن أن تؤتي ثمارها. من خلال تنسيق بطاريتين، وتوجيه الطاقة بذكاء، وإضافة تدفق شمسي ثابت، حقق النموذج الأولي كفاءة إجمالية أعلى (حوالي 85%)، وقلل الطاقة المهدورة، وحافظ على البطاريات ضمن نطاق شحن أكثر أماناً يقارب 60% بدلاً من السماح لها بالتقلب من شبه ممتلئ إلى شبه فارغ. بالنسبة للسائقين، قد يترجم هذا المزيج إلى مدى قيادة أطول لكل شحنة، وتوقفات شحن أقل، وبطء في شيخوخة البطارية. وبينما لا يزال هذا العمل في مرحلة تجريبية، فإنه يشير إلى مركبات كهربائية مستقبلية تدير بهدوء مصادر طاقة متعددة خلف الكواليس لتقديم قيادة أكثر سلاسة وموثوقية واستدامة.

الاستشهاد: Prashant, Verma, G., Virmani, R. et al. An intelligent controlling in electric vehicle system with integrated DBS and BMS for sustainable solution. Sci Rep 16, 13734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42354-w

الكلمات المفتاحية: المركبات الكهربائية, إدارة البطارية, نظام بطاريتين, الشحن الشمسي, كفاءة الطاقة