انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن!
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة، سنستعرض بشكل موجز الاختراع الجديد لنظام شحن البطارية داخل المركبات الكهربائية بالكامل (EBV) دون الحاجة إلى محطات شحن المستوى الأول والثاني والثالث.
تتمتع المركبات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن، والتي تجمع بين محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي، بمخاطر منخفضة للغاية لنفاد الطاقة اللازمة لدفعها على طول الطريق، ولكن في المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية، فإن المصدر الوحيد للطاقة هو البطاريات، مما يجعل من الصعب إعادة شحن المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية في المناطق النائية حيث لا يوجد وصول إلى محطات شحن التيار المستمر أو مصادر التيار المتردد إذا نفدت خلايا البطارية.
يتكون هيكل بطاريات الجيل الجديد من تقنية الإلكتروليت الصلب وتقنية عدم وجود قطب موجب، مما يزيد من سعة الكاثود ويسمح بتخزين طاقة أكبر في البطارية. تتميز أحدث بطاريات الحالة الصلبة للسيارات الكهربائية بكثافة طاقة عالية جدًا، وتُقدر بحوالي 550 واط/كجم. ستوفر كثافة الطاقة العالية في هذه البطاريات، كما وعدت بها شركتا تويوتا وهوندا، اللتان لم تفيَا بهذا الوعد حتى تاريخ نشر هذه المقالة، القدرة على قطع مسافة تزيد عن 900 إلى 1200 كيلومتر لكل شحنة بسرعة. ومع ذلك، على الرغم من قرب إطلاق الجيل الأول من بطاريات الحالة الصلبة، سيظل الاعتماد على مصدر تيار مستمر أو تيار متردد لإعادة شحن مركبات السيارات الكهربائية. من الواضح أن تجهيز السيارة بنظام "الكبح المتجدد" لا يوفر القدرة اللازمة لشحن البطاريات بكفاءة عالية أثناء القيادة، خاصةً في فئة السيارات الكهربائية، ولكن الاستخدام الأمثل للطاقة المُعاد تدويرها الناتجة عن التباطؤ أو الكبح هو تقليل عدد مرات شحن البطارية وتفريغها بالتناوب. هذا الأداء الإيجابي لنظام الكبح المتجدد يقلل بالتأكيد من احتمالية تلف البطارية ويطيل عمرها الافتراضي.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
لفهم تحديات إعادة الشحن بشكل أفضل، علينا مراعاة عامل كفاءة الطاقة. على سبيل المثال، بعد ساعة واحدة من الشحن بأقصى طاقة تبلغ 22 كيلوواط لبطاريات الخلايا الكيميائية باستخدام مصدر طاقة مستمر، وبناءً على حساب نسبة طاقة الدخل إلى عزم دوران المحرك الكهربائي، فإن الناتج الناتج يساوي تقريبًا الطاقة التي يحتاجها المحرك الكهربائي لقطع مسافة 120 كم تقريبًا. ومع ذلك، إذا توقفت السيارة بعد مسافة معينة بسبب نفاد بطارية الخلايا الكيميائية أو بطارية الإلكتروليت الصلبة (بمدى 600 كم) في مكان لا توجد فيه محطة شحن، فهنا تكمن الحاجة إلى حل بديل لزيادة موثوقية تخزين الطاقة.
وعلى الرغم من الحلول المقدمة، مثل زيادة عمر البطارية، وتقليص وقت الشحن، وزيادة تخزين الطاقة في بطاريات الإلكتروليت الصلبة، إلا أن هذه الحلول لا تزال غير كافية، وتظل الحاجة إلى محطات الشحن داخل المدينة وخارجها أحد المكونات الرئيسية في دورة إنتاج واستهلاك الطاقة.
ونظراً للتحدي المتمثل في الحاجة الملحة إلى إعادة شحن البطارية على فترات مختلفة (اعتماداً على نوع البطارية)، فقد قررت ابتكار فكرة جديدة من شأنها أن تقلل إلى حد كبير من اعتماد المركبات الكهربائية على محطات الشحن وتؤدي إلى تقليل الطلب على إنتاج الطاقة من الوقود المستنفد للأوزون (الأحفوري)، والذي، للأسف، وعلى الرغم من عواقبه البيئية الخطيرة والمدمرة، لا يزال يستخدم في العديد من أنحاء العالم باعتباره الوقود الوحيد لإنتاج الطاقة في محطات الطاقة الكبيرة.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
لبناء سيارة كهربائية باستخدام طاقة الرياح المجانية، كانت مزارع الرياح مصدر إلهامي في التصميم. وللحصول على الرسم التخطيطي الأولي لتصميم الهيكل، كان عليّ إجراء تغييرات تتناسب مع فرق الضغط بين اصطدام جزيئات الهواء بمركز ثقل جسم ثابت مقارنةً بجسم متحرك في مقدمة السيارة، لأن نوع الضغط الذي تتلقاه توربينات الرياح في محطة الطاقة يختلف اختلافًا كبيرًا عن السيارة أثناء حركتها. في الواقع، الرياح هي تدفق هواء ينتقل من أماكن الضغط العالي إلى أماكن الضغط المنخفض، لذا، بالنظر إلى هذا العامل، إذا خلقنا فرق ضغط مصطنع بين نقطتين، فسيتم توليد رياح تتحرك في الاتجاه المعاكس للضغط، وسيخلق هيكل السيارة هذا الفرق في الضغط جيدًا أثناء حركتها.
في محطات توليد الطاقة، وبسبب تقلبات الرياح، لا تستطيع معظم مولدات توربينات الرياح إنتاج الطاقة بشكل مستمر، وذلك بسبب الحالة الساكنة للتوربينات. أما في المركبات، فبفضل معامل الديناميكية والاحتكاك والشكل، يُمكن إنتاج الرياح واستخدامها كطاقة مستمرة. تزداد شدة تدفق الهواء بزيادة تدرج الضغط (فرق الضغط) بين نقطتين، وقد شكّل هذا الهيكل والأساس الرئيسي لفكرتي وتصميمي لمفهوم مقدمة المركبة بهدف زيادة تدرج الضغط. يُعتبر تدرج الضغط عاملاً مهمًا في تحسين الحالة الديناميكية الهوائية وتقليل معامل السحب للمركبة، كما أنه مهم لإنشاء تدفق مستمر للضغط لنقل الطاقة وتحويلها إلى طاقة للمركبة التي تنوي توليد الكهرباء من قوة الضغط.
◉ الوصف الفني للاختراع:
لتنفيذ نظام توليد طاقة الرياح، نحتاج إلى تصميم هيكل محدد، وخاصةً في مقدمة السيارة. أثناء الحركة، تتمتع السيارة بمعامل تصادم مرتفع مع جزيئات النيتروجين والأكسجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون، والتي تُقيّم كوظائف متغيرة عند مواجهة تغيرات الضغط. ووفقًا للتأثير الديناميكي الحراري، يمكن زيادة متوسط الطاقة الحركية من خلال التحكم في موضع الجسيمات وتغييره نتيجةً لتغيرات في معلمات مثل الحجم والضغط (جزيئات الغاز في الهواء)، وذلك من خلال فعاليتها في التصادم مع السطح.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
بالنظر إلى مبادئ الديناميكا الحرارية، أجريتُ إعادة تشكيل لتحقيق أقصى استفادة من تدرج الضغط، حيث استبدلتُ النافذة الأمامية المعتادة بمدخلين كبيرين لزيادة فرق الضغط بين النقطتين. بمعنى آخر، عندما تكون السيارة في وضع ثابت، لا يوجد فرق في معدل الضغط (PA) (وحدة قياس الضغط/باسكال)، ولكن مع تحرك كثافة الهواء (ρ) وسرعة السيارة (V) [المعلمتان المحددتان لديناميكيات الموائع الحسابية في اختبار محاكاة ديناميكا الموائع]، يتغير معدل الضغط أيضًا، ومع زيادة السرعة، يزداد تدرج الضغط أيضًا. تُولّد هذه الزيادات طاقة حركية لجزيئات الهواء تُنتج مصدرًا مستمرًا للرياح.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ Inventor and Patent Owner: Ali Pourahmad
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
كما هو موضح في الفيديو في نهاية المقال ومعرض الصور المتعلقة بتصميم الواجهة، توجد 5 مداخل لضغط الهواء في مقدمة الواجهة، بما في ذلك فتحتان رئيسيتان كبيرتان في منتصف الواجهة، وفتحتان ثانويتان على جانبي زاويتي الأنف (الجزء البارز)، بالإضافة إلى مدخل ضغط هواء واحد بمنحدر شفط على سطح غطاء المحرك. من حيث حجم شفط ضغط الهواء، يكون قطر فتحتي المدخل الرئيسيتين الكبيرتين في منتصف الواجهة أكبر من قطر المداخل الثلاثة الأخرى. يُعتبر قطر جميع مداخل الهواء الخمسة عند اندماجها في أنبوب واحد (أقرب إلى التوربين) أصغر لزيادة التأثير الديناميكي الحراري لمتوسط الطاقة الحركية.
وفقًا لاختبارات المحاكاة الحاسوبية، تراوح معامل السحب (Cd) لتصميم هيكل هذه السيارة من حوالي 0.4 إلى 0.5. وبالطبع، يرجع هذا المعامل المرتفع إلى الشكل الديناميكي الهوائي للتصميم وإذا أزلنا مدخل الهواء في هذه السيارة، مع الأخذ في الاعتبار سلاسة الخطوط ومبدأ الهروب من الضغط، فسيتم تقليل معامل السحب بشكل كبير وسيصل إلى ما يقرب من 0.22. وعلى الرغم من أن تقليل معامل السحب يعتبر مكونًا قياسيًا في تقليل استهلاك الطاقة، إلا أنه يجب علينا أيضًا ملاحظة أن معامل السحب المنخفض جدًا عند السرعات العالية يقلل من عامل الالتصاق ويزيد من احتمالية انفصال السيارة عن سطح الطريق والتسبب في حادث عند السرعات العالية. بمعنى آخر، فإن تصميم مقدمة الهيكل بمفهوم حاد لا يقلل فقط من الجمال البصري للسيارة، ولكن مثل هذا الوضع يقلل أيضًا من التصاق السيارة ويخرج التوازن الديناميكي الهوائي للجسم من حالة مستقرة. من ناحية أخرى، يؤدي ارتفاع معامل السحب إلى زيادة القوة السفلية، مما يؤدي بدوره إلى زيادة مقاومة ضغط الهواء وزيادة استهلاك الوقود لإنتاج الطاقة. لذلك، يُعدّ حساب التوازن الديناميكي الهوائي لهيكل السيارة ذا أهمية خاصة في تصميم السيارة.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
الحل الذي صممته لتقليل تأثير تدفق الهواء على مقدمة السيارة هو نقله وتحريكه دون توقف بعد دخوله "مدخل الهواء والبلع" وخروجه من مؤخرة السيارة. بمعنى آخر، بعد دخوله مقدمة السيارة، يدخل الهواء إلى النفق المؤدي إلى حجرة توربين الرياح بفعل معامل السحب (Cd)، وبعد توليد القوة اللازمة لتدوير شفرات التوربين ودوار مولد الرياح، يخرج من مؤخرة السيارة بالمرور فوق سطح ألواح البطارية. هذه الطريقة تطرد الضغط وتحافظ على تدفق الهواء من مقدمة السيارة إلى مؤخرة هيكلها، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض معامل الاحتكاك في السيارة ومتوسط استهلاك الطاقة. بهذه الفكرة، ساهمنا في خفض معامل السحب وتحسين أداء البطاريات بشكل ملحوظ.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في هذه المركبة، لاستخدام الجهد الناتج عن نظام التوربين الداخلي، يجب إجراء مرحلة شحن أولية بواسطة مصدر تيار مستمر خارجي، بحيث تتمكن المركبة بعد الحركة من توفير مخزون شحنها المخفّض باستخدام التوربين الداخلي فقط. بمعنى آخر، بشحنة أولية كاملة واحدة فقط، ستتمكن المركبة من مواصلة رحلتها حتى بلوغ أقصى عمر افتراضي للنظام، بالاعتماد على توربين الرياح الداخلي دون الحاجة إلى مصدر شحن خارجي. يُعد هذا النظام ميزة مهمة للمناطق النائية التي يتعذر فيها الوصول إلى أي مصدر شحن منزلي أو محطات شحن التيار المستمر والمتردد.
بما أن مولدات PMSG (المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم) غير قادرة على توليد طاقة كهربائية بتردد ثابت استجابةً لسرعة الرياح المتغيرة، فيجب توصيلها بخط الخرج عبر محولات. على سبيل المثال، يجب أولاً تحويل طاقة التيار المتردد المولدة بتردد وسعات متغيرين إلى قيمة ثابتة من التيار المستمر بواسطة محول لتمكين تخزينها في البطارية. في هذا السياق، في تصميم محرك هذه المركبة، وبالنظر إلى الدورة المركبة لإنتاج الطاقة من دفع الرياح، استخدمتُ مولدًا متزامنًا مع إضافة مقوم لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، بحيث يمكن تخزين جهد الخرج في البطارية، ويمكن بسهولة توليد القوة اللازمة لإنتاج عزم الدوران وتطبيقه على عمود المحركات الكهربائية.
المولد المتزامن هو آلة تيار متردد تتميز بكفاءة عالية في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية وتخزينها في بطارية ليثيوم أيون. في المولد المتزامن، ينتقل التيار المستمر إلى لفات دوار المولد، ويعمل كقوة دافعة لزيادة سرعة دوران المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت، مما يُنتج جهدًا وترددًا ثابتين. ترتبط سرعة دوران المولد المتزامن ارتباطًا مباشرًا بتردد وعدد أقطابه. بمعنى آخر، يمكن للمولد المتزامن توليد الكهرباء بكفاءة من خلال الحفاظ على سرعة دوران صحيحة، ويمكن استخدامه لضمان استقرار تخزين التيار المستمر في البطاريات.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في هذه المركبة، يُمكن تحسين نظام توليد الكهرباء من خلال حركة دوار توربين الرياح، ويمكن استخدام أنواع مختلفة من مولدات التيار المستمر أو المتردد، بالإضافة إلى محول لتحويل التيار المتردد إلى مستمر أو تغيير الجهد والتردد المطلوبين. على سبيل المثال، تُعدّ المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم مناسبة للاستخدام في أنواع مختلفة من توربينات الرياح نظرًا لكثافة طاقتها العالية وكتلتها المنخفضة، حيث يُقلل الملف المستخدم في هذا النوع من المولدات من فقدان المجال والطاقة. على الرغم من أن التحكم في المجال المغناطيسي ليس سهلاً ويتطلب أنظمة متطورة تُخفّض التكلفة الإجمالية للإنتاج، إلا أن هناك دائمًا إمكانية لتغيير نوع المولد واستبداله وفقًا للابتكارات التكنولوجية.
صُمم شكل وأبعاد الغرفة التي تحتوي على شفرات التوربين لتحقيق أقصى قدر من السحب من مداخل نفق الرياح الخمسة. على الرغم من أن حركة الرياح من مدخل مقدمة السيارة إلى التوربين تعاني من انخفاض طفيف في الضغط بسبب الحركة في نفق الرياح، إلا أن هذا التأثير المضاد للضغط يتم تعويضه من خلال الدوران السريع لـ 16 شفرة مطاطية عالية المرونة متصلة بالعمود الهيدروليكي. وبفضل هيكل قوة السحب لنفق الرياح، يتم إنشاء القوة اللازمة للدوران المستقر والسريع لمحور العمود الهيدروليكي ونقله إلى الدوار. يؤدي تدفق ضغط الهواء هذا، بعد مروره فوق ألواح البطارية (المثبتة أسفل المقصورة وعلى هيكل السيارة)، إلى تبريدها وخفض درجة حرارتها ثم يخرج من المخرج بالقرب من العجلتين الخلفيتين.
وفقًا لاختبار المحاكاة الحاسوبية (معادلة نسبة الإزاحة إلى تغير الضغط)، إذا تحركت السيارة بسرعة 100 كم/ساعة وضغط جوي قدره 62.1371 ميل/ساعة، فيمكننا التأكد من أنه بعد ساعة واحدة من القيادة المتواصلة، ستتمكن السيارة من شحن البطارية داخليًا بالكامل دون الحاجة إلى أي مصدر شحن خارجي. وبالطبع، عند سرعات أقل، مثل 60 كم/ساعة وضغط جوي قدره 37.2823 ميل/ساعة، ستظل السيارة قادرة على شحن بطارياتها حتى 65% من الكفاءة المطلوبة.
◉ الاختراع: سيارة كهربائية جديدة دون الحاجة إلى محطة شحن
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
ومن الواضح أن كفاءة إعادة الشحن هذه، في المواقف التي لا توجد فيها طريقة أخرى لإعادة شحن سيارة EBV، يمكن اعتبارها عاملاً حيوياً وإيجابياً في المركبات المجهزة بهذه التكنولوجيا.
وكما هو الحال مع الاختراعات الأخرى، يتمتع هذا الاختراع أيضًا بإمكانية التطوير والتحسين في استخدام الطاقة المجانية والنظيفة، ومع التسويق التجاري، يمكن أن يساهم بشكل كبير في منع زيادة الغازات الضارة والغازات المسببة للاحتباس الحراري.
نهاية المقال//
◉ فيديو لسيارة كهربائية جديدة بدون الحاجة لمحطة شحن / التصنيف: اختراعات بواسطة علي بورأحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي پورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي پورأحمد
◉ الراوي: علي پورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
◉ الاختراعات العلمية لعلي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي لعلي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
