هوندا تستكشف تقنية الحث المغناطيسي داخل الطرق لشحن السيارات الكهربائية أثناء القيادة

طوكيو — تعمل شركة Honda Motor Co. على دفع عجلة الأبحاث في بنية تحتية للشحن المغناطيسي اللاسلكي داخل الطرق، مصممة لإعادة شحن بطاريات المركبات الكهربائية أثناء سيرها بسرعة، وفقاً لتقرير نشره الصحفي المتخصص في التكنولوجيا Utkarsh Sood. وتستكشف هذه المبادرة تقنية النقل الديناميكي للطاقة لاسلكياً—وهو نظام تُرسل فيه ملفات كهرومغناطيسية مدفونة تحت أسطح الطرق الطاقة عبر الرنين المغناطيسي إلى ألواح استقبال مثبتة في هياكل السيارات السفلية. وإذا تم تسويقها تجارياً، فقد تُحدث هذه البنية التحتية تغييراً جذرياً في نقل الركاب عبر تقليل الاعتماد على محطات الشحن الثابتة ذات الجهد العالي، وإتاحة الفرصة للمصنعين لتركيب حزم بطاريات أصغر حجماً وأخف وزناً بشكل ملحوظ.

## حقائق رئيسية

- تطور Honda نظام طاقة لاسلكياً ديناميكياً يستخدم ملفات مغناطيسية مدمجة مباشرة في البنية التحتية للطرق لنقل الطاقة إلى المركبات المتحركة. - يتيح الشحن الثابت فائق السرعة بالتيار المباشر حالياً للشركات الرائدة في السوق، مثل BYD، شحن بطارية كهربائية حتى 97 بالمئة من سعتها في غضون تسع دقائق تقريباً في ظل ظروف مثالية. - يعتمد الحث الديناميكي على مجالات مغناطيسية متناوبة متولدة بين ملفات إرسال تحت الأرض وملفات حث ثانوية على متن المركبة، وتخضع عالمياً لإرشادات هندسية مثل معيار SAE International رقم J2954. - تتطلب مشاريع الطرق اللاسلكية في العالم الواقعي استثمارات رأسمالية تُقدر بما بين 1.5 مليون دولار و3 ملايين دولار لكل كيلومتر مسار في الطرق السريعة الشريانية. - عبر نقل الطاقة بشكل مستمر على طول ممرات العبور، يمكن للمركبات تقليص حزم تخزين الطاقة بنسبة 30 إلى 50 بالمئة، مما يحد من وزن المركبة الإجمالي والطلب على المعادن الحيوية مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل.

## ما حدث

تشير التفاصيل التي نشرها Utkarsh Sood إلى أن Honda وسّعت تركيزها الهندسي لمعالجة نقاط الخلاف المستمرة التي تواجه تبني المركبات الكهربائية، وذلك من خلال نقل الطاقة المغناطيسية ديناميكياً. وبموجب هذا المفهوم قيد التطوير، ستحتوي مسارات الطرق السريعة وشرايين حضرية مختارة على ملفات مغناطيسية أولية معيارية مدمجة تحت طبقة الأسفلت أو الخرسانة السطحية. وتنشط أجهزة الإرسال الموجودة تحت الأرض هذه بشكل انتقائي عندما تمر مركبة مجهزة فوقها، مما ينشئ مجالاً كهرومغناطيسياً مضبوطاً عالي التردد.

وتقوم المركبات المزودة بملفات استقبال ثانوية متخصصة بتحويل التدفق المغناطيسي المتذبذب مرة أخرى إلى كهرباء بتيار مباشر، وتوجيه الطاقة مباشرة إلى محركات الدفع الكهربائية أو إلى بطارية الجر على متنها. وتلغي هذه التقنية نقاط التلامس الفعلي والكابلات والموصلات الميكانيكية، مما يسمح لسيارات الركاب بالحفاظ على سرعات الطرق السريعة مع التزود بالشحنة الكهربائية في الوقت نفسه.

ويأتي هذا التطور في وقت تقترب فيه شبكات الشحن التوصيلي السريعة الحالية من حدود فنية وديناميكية حرارية ثابتة. فبينما يمكن لمحطات الشحن السريع بالتيار المباشر الرائدة والتركيبات الكيميائية الحديثة للخلايا—بما في ذلك التهيئات التي نشرتها شركة تصنيع السيارات الكهربائية الصينية BYD—أن ترفع شحن البطاريات من مستويات منخفضة إلى 97 بالمئة من السعة في غضون تسع دقائق فقط، فإن محطات الشحن الثابتة بالتوصيل لا تزال تتطلب مواقف فعلية مخصصة، وكابلات معقدة مبردة بالسوائل، وسحباً محلياً كبيراً في أوقات الذروة من الشبكة. ويسعى تصميم Honda إلى إلغاء التوقف للشحن تماماً من خلال دمج توصيل الطاقة في حركة المرور العادية على الطرق السريعة.

## أهمية الأمر

يعالج الشحن الديناميكي داخل الطرق أصعب عائقين هيكليين يقفان أمام التبني الشامل للتنقل الكهربائي: القلق من نفاد الشحن ووزن البطارية. ففي المركبات الكهربائية الحديثة التي تعمل بالبطاريات، تتطلب القدرة على قطع مسافات طويلة حزم طاقة يتراوح وزنها بين 500 و900 كيلوغرام، وتتكون من مواد خام نادرة ومتقلبة الأسعار تشمل كربونات الليثيوم، والنيكل من الدرجة الأولى، والكوبالت. وتزيد علب البطاريات الثقيلة هذه من الكتلة الإجمالية للمركبة، مما يؤدي بدوره إلى تقليل عمر الإطارات، وزيادة الطاقة الحركية أثناء الاصطدامات، وتسريع تآكل طبقة رصف الطرق، وتطلب أنظمة كبح أثقل وزناً.

وإذا أصبح الشحن الديناميكي المستمر أو شبه المستمر على الطرق قيد التشغيل الفعلي، فلن تحتاج المركبات بعد الآن إلى مخزونات احتياطية هائلة من الطاقة. وسيتمكن الركاب وناقلو البضائع التجاريون من قطع مسافات طويلة بمركبات مزودة بحزم بطاريات تعادل نصف أو ثلث حجمها الفعلي الحالي، بالاعتماد على الممرات المكهربة لتوفير طاقة السير الأساسية واحتياطي التخزين للطرق الثانوية غير المكهربة. كما أن الخفض الهيكلي في سعة البطارية المطلوبة سيؤدي مباشرة إلى تقليل أسعار شراء المركبات للمستهلكين، وتقليص تعرض سلاسل الإمداد للاختناقات الجيوسياسية الخاصة بالمعادن، وخفض انبعاثات دورة حياة تصنيع المركبات بأكملها.

وبالنسبة لمشغلي الطرق السريعة وشركات المرافق الإقليمية، يعيد الشحن اللاسلكي الديناميكي تشكيل توزيع الطاقة. فبدلاً من مواجهة زيادات مفاجئة محلية ومتقطعة في الطاقة تتراوح بين 350 و480 كيلوواط عندما تتصل المركبات الفردية بمحطات شحن ذات نطاق ميغاواط، يتم توزيع الطلب على الكهرباء على طول مسارات الطرق السريعة المكهربة عبر المسافة والزمن كحمل موزع متحرك. ومع ذلك، ينقل هذا النموذج أعباء تمويل أولية ضخمة إلى وزارات النقل الحكومية، وهيئات تحصيل الرسوم، وشراكات المرافق بين القطاعين العام والخاص المكلفة بالحفر وإعادة مد شبكات الأسلاك في ممرات الطرق السريعة الوطنية.

## الخلفية

يعتمد نقل الطاقة لاسلكياً على الحث المغناطيسي، وهو مبدأ أثبته Michael Faraday في عام 1831 وطبقه Nikola Tesla على الرنين اللاسلكي في أواخر القرن التاسع عشر. وفي تطبيقات السيارات الحديثة، يحقق اقتران الرنين المغناطيسي كفاءة نقل عالية عبر فجوات هوائية تتراوح بين 100 و250 مليمتراً، حتى عندما تسير المركبات بسرعات تتجاوز 100 كيلومتر في الساعة.

وقد أمضت هيئات التقييس أكثر من عقد من الزمان في وضع الهيكل التنظيمي التأسيسي للطاقة اللاسلكية في قطاع السيارات. وفي أكتوبر 2020، نشرت SAE International المعيار J2954، الذي يحدد التوافقية التشغيلية، ونطاقات التردد (التي تتمحور حول 85 كيلوهرتز)، وتفاوتات المحاذاة، وعتبات السلامة لنقل الطاقة اللاسلكي الثابت حتى قدرة 11 كيلوواط. ومنذ ذلك الحين، شاركت مجموعات العمل التابعة للمعيار SAE J2954/2 في توحيد معايير النقل الديناميكي للطاقة لاسلكياً (DWPT) بقدرات تتجاوز 200 كيلوواط لقطاع النقل الثقيل وسيارات الركاب.

وسبق للهندسة الداخلية في شركة Honda أن تطرقت إلى الحث الديناميكي من قبل. ففي عام 2017، قدم باحثو الشركة اختبارات معملية للشحن الديناميكي في مؤتمرات هندسية دولية، مظهرين إمكانية النقل المستمر للطاقة ديناميكياً بقدرة تتجاوز 180 كيلوواط بسرعات تصل إلى 156 كيلومتراً في الساعة. كما اختبر منافسون ووكالات طرق بلدية قطاعات عاملة في جميع أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية؛ ففي السويد، استعرض مشروع Smartroad Gotland الشحن الديناميكي للحافلات والشاحنات الثقيلة، بينما بدأت وزارة النقل في ولاية إنديانا وPurdue University في الولايات المتحدة بناء قطاعات اختبار تجريبية من الخرسانة القابلة للمغنطة على الطريق السريع Interstate 65. وأظهرت تجارب مماثلة في ديترويت بولاية ميشيغان، بقيادة شركة Electreon المتخصصة في البنية التحتية، الحث الديناميكي على مسافة ربع ميل من الطرق البلدية.

وتاريخياً، تعاملت شركات صناعة السيارات اليابانية مع التحول الكامل إلى البطاريات الكهربائية بتشكك مؤسسي، مفضلة المحركات الهجينة، ومنصات السيارات الحضرية المدمجة، وتجارب خلايا وقود الهيدروجين. ويتماشى بحث Honda في الشحن المغناطيسي الديناميكي مع هدفها المؤسسي المعلن المتمثل في تحقيق الحياد الكربوني الكامل عبر خط منتجاتها وعملياتها المؤسسية بحلول عام 2050، مصحوباً بانتقال مخصص نحو مبيعات المركبات الخالية من الانبعاثات في الأسواق الرئيسية بحلول عام 2040.

## ردود الفعل

على الرغم من أن Honda لم تصدر إحاطة صحفية مؤسسية رسمية مرافقة للتقرير الأخير، فإن موردي مكونات السيارات، ومهندسي البنية التحتية للنقل، ومحللي سياسات الطاقة النظيفة يراقبون المشروع عن كثب. ويشير محللو الصناعة إلى أن مبادرات البنية التحتية البلدية تتطلب عادة تعاوناً حكومياً وثيقاً، مما يشير إلى أن أي تطبيق عملي سيعتمد على تصاريح الطرق العامة في اليابان أو أمريكا الشمالية أو أوروبا.

وحافظت هيئات الهندسة المدنية ومخططو الطرق في البلديات على موقف حذر تجاه التقنيات المدمجة في الطرق. فمع الاعتراف بالجدوى الفنية للرنين المغناطيسي، يذكر مقاولو الهندسة المدنية بانتظام العمر الافتراضي للطرق ودورات إعادة الرصف كعقبات تشغيلية كبيرة؛ إذ تجري عمليات إعادة رصف الأسفلت القياسية كل 8 إلى 15 عاماً، وتتطلب آلات كشط أسفلت عالية الحرارة يمكن أن تقطع أو تسحق ألواح الإرسال المدمجة ما لم يتم تصميم حاويات التثبيت لتحمل الإجهاد الحراري والضغطي الشديدين.

ومن المتوقع أن يقوم مشغلو الشبكات وهيئات الطاقة الحكومية بتقييم ملف جودة الطاقة الخاص بالتقنية. وعلى الرغم من أن الاقتران المغناطيسي الديناميكي يعمل بكفاءات نقل معملية تتراوح بين 88 و93 بالمئة، فإن فقدان الطاقة بنسبة 7 إلى 12 بالمئة عبر أسطول مركبات وطني كامل يمثل غيغاواط-ساعة من الكهرباء المهدرة التي تتحول إلى حرارة شاردة داخل طبقات الطرق، وهي قضية سيدقق فيها المنظمون قبل تخصيص منح البنية التحتية العامة.

## ما لا نعرفه بعد

لا تزال العديد من المواصفات الأساسية المتعلقة بنهج Honda الخاص غير مؤكدة في التقارير المتاحة. ولا يكشف التقرير عن معدل الكيلوواط التشغيلي لبنية جهاز الاستقبال لدى Honda، مما يترك غموضاً حول ما إذا كان النظام مصمماً لتوفير شحنات إضافية متواضعة لتمديد المدى (بين 20 و50 كيلوواط) أو شحن سريع بكميات كبيرة (تتجاوز 100 كيلوواط) قادر على زيادة حالة الشحن بسرعة أثناء عمليات الاندماج القصيرة على الطرق السريعة.

علاوة على ذلك، لم يتم تحديد الجدول الزمني التجاري الدقيق، أو مواقع الاختبار التجريبية، أو شركاء سلاسل الإمداد المشاركين في تصنيع الملفات الأولية تحت الأرض. كما أنه ليس معروفاً بعد ما إذا كانت Honda تخطط لترخيص تصميم هندسي خاص للملفات أو الالتزام الصارم بمعايير الصناعة المفتوحة لضمان التوافقية التشغيلية بين مختلف العلامات التجارية. وتظل النفقات الرأسمالية المطلوبة لكل كيلومتر من الطرق المعاد تجهيزها، والمتانة المتوقعة للملفات تحت دورات التجمد والذوبان القاسية للأسفلت، وتدابير السلامة التي تحمي المشاة أو الحياة البرية من المجالات الكهرومغناطيسية الشاردة عالية التردد، أسئلة فنية دون إجابات حتى الآن.

## ما تجب مراقبته

سيعتمد مسار مشروع الشحن الديناميكي الخاص بشركة Honda على محطات رئيسية مؤسسية وتنظيمية واضحة خلال السنوات القادمة. ويجب على المراقبين ترقب تسجيلات براءات الاختراع الرسمية والأوراق البيضاء الفنية المقدمة إلى Society of Automotive Engineers (SAE) أو Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)، والتي ستكشف عن تردد التشغيل، وتقنيات الحجب المغناطيسي، وكفاءة نقل الطاقة للنظام.

وسيكون الإعلان عن أي شراكات تجريبية مع القطاع العام تطوراً حاسماً؛ فالشحن الديناميكي لا يمكن أن يتوسع بمعزل عن الآخرين، ولا بد لشركة Honda من الدخول في شراكات مع سلطات النقل الإقليمية، أو مشغلي الطرق ذات الرسوم، أو ممرات البحوث الجامعية لبناء حلبات اختبار مغلقة أو في الطرق العامة. ويجب على المراقبين متابعة ميزانيات النقل الحكومية في اليابان، مثل وزارة الأراضي والبنية التحتية والنقل والسياحة (MLIT)، بالإضافة إلى مخصصات المنح بموجب توجيهات أبحاث Federal Highway Administration الأمريكية.

وأخيراً، ينبغي مراقبة التقدم داخل لجان المعايير الدولية العاملة على مواصفات الطاقة الديناميكية SAE J2954/2. فإلى أن تعتمد المعايير الدولية المحاذاة الفيزيائية الشاملة، وبروتوكولات الفوترة الآلية، وعمليات الاتصال التبادلي بين المركبات والبنية التحتية، من المرجح أن يظل الإنتاج التجاري لسيارات المستهلكين المزودة بمستقبلات الحث الديناميكي مقتصراً على منصات اختبار أساطيل البلديات المصممة خصيصاً.

تستند التقارير الواردة في هذه المادة إلى تغطية إخبارية أصلية نشرها Utkarsh Sood.