النقل
تحسين هندسة نظام الدفع باستخدام الذكاء الاصطناعي يمكن أن يوفر الوقت والمال والانبعاثات
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
تبني السيارات الكهربائية في تزايد عالميًا، مدفوعًا بالحوافز الحكومية القوية، وتحسين البنية التحتية، وتقدم تكنولوجيا البطاريات.
من المتوقع أن يستمر هذا النمو، حيث تتوقع Gartner أن يكون هناك 85 مليون سيارة كهربائية مستخدمة عالميًا بحلول نهاية عام 2025. سيتضمن ذلك ليس فقط السيارات بل أيضًا الحافلات، والشاحنات الصغيرة، والشاحنات الثقيلة. من المتوقع أن تكون الغالبية العظمى من هذه المركبات مركبات كهربائية بطارية (BEVs)، والتي من المتوقع أن تشهد زيادة بنسبة 35٪، بينما قد تشهد المركبات الهجينة القابلة للشحن (PHEVs) قفزة بنسبة 28٪ مقارنة بالعام الماضي.
النمو المتزايد للسيارات الكهربائية سيُدعم بانخفاض كبير في أسعار بطاريات السيارات الكهربائية، وهو ما سيُقَدَّم من خلال زيادة الإنتاج وتقدم التكنولوجيا. تتوقع Goldman Sachs (GS ) أن تُخفض أسعار بطاريات السيارات الكهربائية إلى النصف بحلول عام 2026.
من المتوقع أيضًا أن يشهد قطاع إعادة تدوير البطاريات نمواً مستمراً، حيث أفادت Statista أن ما يقدر بـ 250 كيلوطن من البطاريات تم معالجتها في عام 2020 من قبل شركات إعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية حول العالم. من المرجح أن ترتفع هذه الأرقام بأكثر من سبع مرات بحلول عام 2030 وتجاوز 200 مليون طن بحلول عام 2040.
هذا إلى جانب زيادة المنافسة بين صانعي السيارات سيؤدي أيضًا إلى خفض أسعار السيارات الكهربائية، مما يعزز تبنيها. عامل آخر يساهم في هذا النمو هو تقنية الشحن الفائق السرعة المتاحة. وفقًا للوكالة الدولية للطاقة (IEA)، سيتجاوز عدد محطات الشحن العامة في جميع أنحاء العالم 15 مليونًا بحلول نهاية هذا العقد.
اتجاه رئيسي آخر للسيارات الكهربائية هو التركيز على الانبعاثات الصفرية، حيث يدعم المنظمون والمستهلكون وصانعو السيارات التنقل النظيف والمستدام.
أما بالنسبة لحجم سوق أنظمة الدفع الكهربائية، فقد قُدِّر بـ 86.9 مليار دولار في عام 2023 ومن المتوقع أن يتجاوز $300 مليار بحلول 2031 بمعدل نمو سنوي مركب 17.1٪ خلال هذه الفترة. الآن، يُقسم مستقبل هذا السوق بناءً على نوع التكامل: نوع المركبة، والذي يشمل السيارات الخاصة (PC) والمركبات التجارية الخفيفة (LCV)، والدفع الذي يتضمن BEV وPHEV، والمكون الذي يغطي البطارية، والمحرك، ووحدة التحكم، والمحولات/المحوّلات، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ووحدة توصيل الطاقة (PDM)، وشاحن السيارة.
استنادًا إلى نوع التكامل، يُقسم السوق إلى مدمج وغير مدمج، مع توقع أن يكون قطاع نظام الدفع الكهربائي المدمج هو الأعلى نموًا. يدعم هذا النمو التقدم التكنولوجي، والإنتاج الفعال من حيث التكلفة، والحاجة إلى تحسين أداء المركبة.
يقلل دمج المكونات الرئيسية من التعقيد، ويخفض تكاليف الإنتاج، ويوفر مساحة في السيارات الكهربائية، ويعزز كفاءة الطاقة.
في الوقت نفسه، يهيمن قطاع البطاريات على السوق لأسباب واضحة. البطارية هي المكون الرئيسي لنظام دفع السيارة الكهربائية وتحدد أداء المركبة، وكفاءة الطاقة، والمدى. كما أنها تشكل الجزء الأكبر من التكلفة الإجمالية للسيارة الكهربائية، وبالتالي لها أكبر تأثير مالي على سوق نظام الدفع.
أنظمة الدفع في السيارات الكهربائية
تمامًا كما يُعد المحرك جزءًا أساسيًا من سيارتك، تُعد أنظمة الدفع الكهربائية مكونًا حيويًا للسيارة الكهربائية، سواء كانت سيارة كهربائية صافية أو هجينة.
في مركبات البنزين أو الديزل، يعمل محرك الاحتراق الداخلي (ICE) كمصدر الطاقة الرئيسي حيث يتم تحويل الوقود إلى طاقة ميكانيكية. في المقابل، في السيارة الكهربائية، يتحمل نظام الدفع الكهربائي مسؤولية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل مركبتك. لذا، يُستبدل نظام الدفع الكهربائي التقليدي بنظام ICE في السيارات الكهربائية لتوليد وتوصيل الطاقة إليها.
الآن، يتكون نظام الدفع من عدة عناصر رئيسية، بما في ذلك نظام تخزين الطاقة—مثل البطارية أو خلية الوقود—الإلكترونيات القوية مثل المحول أو المحول العكسي، آلة كهربائية للتحويل، ونظام نقل. بالإضافة إلى ذلك، يشمل نظام الدفع الكهربائي أيضًا عمود القيادة لنقل الطاقة إلى العجلات.
بالمقارنة مع محرك الاحتراق الداخلي، الذي يحتوي على العديد من الأجزاء المتحركة المعقدة، يكون التصميم والمكونات في نظام الدفع أبسط بكثير دون ضوضاء وصفر انبعاثات من العادم.
عند الحديث عن أنظمة توليد الطاقة في أنظمة الدفع التي توفر الطاقة الكهربائية اللازمة لتحريك المركبة؛ فهي تتوفر على شكل حزمة بطارية وشاحن داخل السيارة.
تستخدم حزمة البطارية خلايا لتخزين الطاقة. Lithium-ion cells هي الأكثر شيوعًا واستخدامًا على نطاق واسع بسبب كثافتها الطاقية العالية التي تزيد من سعتها التخزينية، بينما تُعد خلايا الوقود نوعًا آخر من تخزين الطاقة تُعرف بخفتها وكفاءتها الطاقية العالية. تحتوي حزمة البطارية أيضًا على نظام إدارة البطارية (BMS) لضمان تشغيل آمن للبطارية من خلال منع الشحن الزائد أو التفريغ.
يستخدم الشاحن الداخلي مصدر شحن خارجي مثل الشبكة الكهربائية للتيار المتناوب، الذي يُحوَّل إلى تيار مستمر لتخزينه في البطارية.
الآن، يتحكم نظام توزيع الطاقة في نظام الدفع في الطاقة من المصدر من خلال دمج مكونات الإلكترونيات القوية.
يشمل ذلك محول DC إلى AC يحول الطاقة المستمرة من البطارية إلى طاقة متناوبة ويولد فولتية متناوبة ضرورية للتحكم في سرعة وتسارع المحرك، ومحول DC إلى DC لضبط خرج البطارية عالي الجهد DC لتزويد الأنظمة المساعدة ذات الجهد المنخفض مثل تكييف الهواء.
نظام إدارة الحرارة يحمي البطارية والمحرك من درجات الحرارة القصوى، بينما تضمن وحدات التحكم الإلكترونية المدعومة بالبرمجيات تشغيل مكونات نظام الدفع الكهربائي بكفاءة وأمان.
تضمن وحدة توزيع الطاقة أن كل نظام يتلقى الكمية المناسبة من الطاقة بينما تجمع وحدة التحكم بالمركبة وتُعالج البيانات من الأنظمة المختلفة، وأجهزة الاستشعار، ووحدات التحكم وتُزامن الأنشطة بين الأنظمة.
الآن، هناك عدة أنواع مختلفة من أنظمة الدفع الكهربائية، كل منها يتميز بتكوينات ووظائف مميزة.
المركبات الكهربائية الصافية أو BEVs مثل Tesla (TSLA ) Model 3، Nissan LEAF، وBMW i3 تستخدم حزم بطاريات قابلة لإعادة الشحن لتلبية جميع احتياجاتها من الطاقة ولا تستخدم مصادر تخزين طاقة ثانوية. ومع ذلك، تحتاج إلى الشحن من مصدر خارجي.
Hybrid electric vehicles (HEVs) مثل Honda Civic Hybrid، Toyota Camry Hybrid، وFord Fusion Hybrid تجمع بين محرك احتراق داخلي ونظام دفع كهربائي، مما يسمح لها بتقديم اقتصاد وقود وأداء أفضل مقارنةً بالمركبة التقليدية ذات محرك الاحتراق الداخلي. تستخدم هذه المركبات ميزات مثل الكبح المتجدد لتحويل الطاقة الحركية مرة أخرى إلى طاقة كهربائية للتخزين، ومولدات كهربائية تعمل بالـ ICE لتوفير طاقة إضافية أو لإعادة شحن البطارية، وأنظمة بدء-إيقاف لإيقاف تشغيل المحرك عند التوقف.
المركبات الهجينة القابلة للشحن (PHEVs) مثل Chevrolet Volt وToyota Prius Prime يمكن شحنها من مصدر خارجي بالإضافة إلى استخدام البنزين أو الديزل.
المركبة الكهربائية التي تعمل بخلية الوقود (FCEVs) تستخدم خلايا وقود الهيدروجين بدلاً من البطاريات لتوليد التيار الكهربائي.
بينما كانت محركات الاحتراق الداخلي المصدر الرئيسي للطاقة في المركبات لأكثر من قرن، فإنها مسؤولة عن التلوث البيئي، مما أدى إلى صعود السيارات الكهربائية. تأتي هذه المركبات بأنظمة دفع مع عدة فوائد بما في ذلك تقليل التلوث والغازات الدفيئة. كما تُسهم في بيئة أكثر هدوءًا من خلال تقليل الضوضاء.
فائدة أخرى كبيرة لأنظمة الدفع هي أنها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة مقارنةً بمحركات الاحتراق الداخلي، حيث تحول أكثر من 80٪ من الطاقة المخزنة إلى حركة. القليل من الأجزاء المتحركة في أنظمة الدفع يعني تقليل تكاليف الصيانة أيضًا. ثم هناك تكلفة الكهرباء المطلوبة لتشغيل السيارة الكهربائية، والتي هي أقل من الديزل أو البنزين. في الواقع، سيكلف تعبئة سيارة تعمل بالبنزين ضعف تكلفة تشغيل سيارة كهربائية في الولايات المتحدة.
هذا لا يعني أن السيارات الكهربائية لا تمتلك عيوبًا. أولًا، تكلفة الشراء الأولية للسيارة الكهربائية أعلى من ما ستنفقه على سيارة بمحرك احتراق داخلي. ثم هناك وقت الشحن، الذي قد يتراوح بين 30 دقيقة إلى عدة ساعات حسب سعة محطة الشحن، بينما يستغرق ملء خزان سيارة الاحتراق الداخلي بضع دقائق فقط. النطاق المحدود للقيادة للسيارات الكهربائية من شحنة واحدة يسبب قلق النطاق لدى المستهلكين، مما يمثل مشكلة أخرى لهذه المركبات.
على الرغم من هذه التحديات، تسمح السيارات الكهربائية بتحسين اقتصاد الوقود وتقليل الانبعاثات مع المساهمة في نظام نقل أكثر مرونة. أدى ذلك إلى دفع عملية الكهربة، مما ينتج عنه ابتكارات مثيرة في أنظمة دفع السيارات الكهربائية لتقديم فوائد محسنة في الأداء والكفاءة والصداقة للبيئة.
نظام OPED القائم على الذكاء الاصطناعي لتسريع تطوير أنظمة الدفع
نظرًا للدور الرئيسي الذي تلعبه أنظمة الدفع في السيارات الكهربائية، فإن تحسين تطوير أنظمة الدفع أمر حاسم لتحقيق وفورات في الموارد والتكلفة والوقت.
قام باحثون من جامعة غراتس للتكنولوجيا، أقدم معهد للبحث والتعليم في العلوم والتكنولوجيا في النمسا، بذلك من خلال ثورة في تطوير أنظمة دفع السيارات الكهربائية باستخدام نظام مدفوع بالذكاء الاصطناعي يُدعى OPED يُحسّن المكونات لتقليل أشهر من الهندسة المعقدة إلى يوم واحد فقط.
الحل الجديد المطور من قبل الباحثين هو تحسين محركات الكهرباء (OPED)، وهو برنامج يُحسّن التصميم الفني مع الأخذ في الاعتبار انبعاثات الغازات الدفيئة على طول سلسلة التوريد بأكملها.
باستخدام هذا الحل، يهدف فريق الباحثين بقيادة مارتن هوفستتر من معهد الهندسة السيارات إلى تقصير مرحلة تطوير نظام الدفع من خلال دمج نماذج مكونات المحاكاة مع خوارزميات التطور.
يقوم نظام الذكاء الاصطناعي تلقائيًا بتحسين نظام الدفع بالكامل وفقًا لمتطلبات الشركة التقنية، بما يشمل تكاليف الإنتاج، والكفاءة، ومتطلبات مساحة الحزمة في المركبة.
تم تطوير OPED فعليًا على مدار عقد من الزمن. في عام 2018، بدأ مفهوم تحسين تصميم نظام محرك المحور الكهربائي الرحلة الرسمية لـ OPED، حيث تم تقديم أول نموذج لعلبة التروس باستخدامه.
على مر السنين، تقدمت هذه الرحلة مع إدخال نماذج تكلفة تعتمد على الكمية، وعملية تطوير شاملة، ونهج أساسي لتحسين عائلات المنتجات به، ونظرة عامة على المنهجية العامة وراء النموذج، ونهج نمذجة لتحسين دمج قفل الوقوف، ونموذج محول للـ OPED.
في العام الماضي، أصدر الفريق أوراقًا بحثية حول توسيع الحل لتمكين تحسين عائلات المنتجات وتقليل البصمة الكربونية لمحرك المحور الكهربائي إلى جانب أهداف تصميم أخرى.
بعد أكثر من عشر سنوات من البحث، نجح الفريق في إنشاء هذا النموذج، والذي، وفقًا للموقع الرسمي OPED، يهدف إلى تبسيط مهمة تصميم محركات الكهرباء اللازمة للسيارات الكهربائية. تتطلب المهمة اتخاذ العديد من القرارات الحرجة حول التصميم، كل منها يؤثر على أهداف العملاء المختلفة التي تتعارض مع بعضها البعض، مما يجعل من الصعب العثور على الحل الأمثل. وفقًا لهوفستتر:
“تتكون محركات الكهرباء من عدد كبير من المكونات التي يمكن تصميمها بطرق مختلفة لتلبية المتطلبات المطلوبة. إذا أجريت تعديلًا صغيرًا على الآلة الكهربائية، فإن ذلك يؤثر على النقل والإلكترونيات القوية. لذا فإن اتخاذ قرارات مثالية أمر معقد للغاية.”
ليس فقط يجب اتخاذ العديد من قرارات التصميم حول المكونات الفرعية للآلة الكهربائية لتتناسب بشكل أمثل مع متطلبات العملاء، بل إن المنافسة المتزايدة تتطلب تصاميم منتجات متطورة ووقتًا قصيرًا للوصول إلى السوق لتحقيق النجاح التجاري.
هنا، يقدم OPED نفسه كحل للمشكلة التصميمية المعقدة، حيث يستخدم الذكاء الاصطناعي ويبحث تلقائيًا عن تصاميم نظام مثالية. يغطي الخوارزمية علبة تروس السيارة الكهربائية، والآلة الكهربائية، والإلكترونيات القوية، ويُحسّن أفضل تكامل لها في مساحة المركبة المتاحة بطريقة متعددة الأهداف.
يجمع البرنامج فعليًا حوالي 50 معلمة تصميم في وقت واحد ثم يقارنها بأولويات الشركات المصنعة. يزيل المتغيرات السيئة ويُحسّن الأفضل منها. بعد عدة مئات آلاف دورة محاكاة، يجد الحل الأمثل للشركة المصنعة، التي يمكنها اختيار المتغيرات التي تريد تطويرها وتنفيذها.
“ما يحتاجه المهندسون للقيام به على مدى أشهر دون دعم الذكاء الاصطناعي يستغرق حوالي يوم واحد مع OPED. هذا يسمح لفرق التطوير بالتركيز على القرارات العليا بدلاً من استثمار وقتهم المحدود في حسابات يدوية وعمل محاكاة.”
– Hofstetter
من خلال مجموعة متنوعة من التصاميم المثالية، يوجه النموذج المهندسين وصانعي القرار في عملية التطوير بأكملها من البداية، مما يقلل بشكل كبير من وقت التطوير ويزيد من الجودة والتنافسية.
أضاف الباحثون أيضًا انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن إنتاج نظام الدفع عبر سلسلة التوريد بأكملها كمعيار تحسين يتيح للمصنعين أخذ الاستدامة في الاعتبار منذ مرحلة التطوير المبكرة.
“يمكن استخدام نهج OPED لمجموعة واسعة من تطوير المنتجات”، قال هوفستتر، مضيفًا أنهم “سعداء بالعمل مع شركاء صناعيين جدد لتكييفه مع تحدياتهم وأهدافهم”.
تم توسيع الحل لتحسين أنظمة الدفع الكهربائية لمنصة مركبة كاملة بواسطة دومينيك ليخلِيتنر كجزء من رسالته الدكتوراه. يساعد OPED في العثور على المكونات المثالية التي يمكن استخدامها كأجزاء مستمرة في أنظمة دفع نماذج مختلفة، مما يوفر تكاليف التطوير والإنتاج.
استنادًا إلى خبرتها في أنظمة الدفع، يعمل الفريق الآن على توسيع أساليبه إلى منتجات وصناعات أخرى من خلال منتج عام يُدعى OPx، والذي يتيح توسيعًا مريحًا.
اللاعبون الرئيسيون في السوق
بعض اللاعبين الرئيسيين في سوق أنظمة الدفع الكهربائية تشمل Mitsubishi، Nissan، Sigma Powertrain، Continental Ag، Denso، Valeo، BYD Auto، CATL، LG Corporation، Samsung، Panasonic، Cummins (CMI ), Hyundai، Volkswagen، Delta Electronics، Hitachi Astemo Americas، Dana Incorporated (DAN ), Magna International (MGA ), Marelli Holdings، وRobert Bosch Gmbh. (BWA )
الآن، دعونا نتعمق أكثر في بعض الأسماء البارزة:
1. BorgWarner Inc.
تستثمر بنشاط في تقنيات السيارات الكهربائية والحلول المدفوعة بالذكاء الاصطناعي، وتشمل مجموعة منتجات بورغوارنر شواحن التوربو، e-boosters، e-turbos، أنظمة الانبعاثات، الأنظمة الحرارية، وحدات التحكم، الشواحن الداخلية، محولات DC/DC، شواحن DC السريعة، وأنظمة بطاريات الليثيوم-أيون لتطبيقات الحافلات والشاحنات الكهربائية.
BWA مخطط السعر
في وقت كتابة هذا المقال، تبلغ قيمة الشركة السوقية 6.85 مليار دولار وتُتداول أسهمها عند 31.33 دولار، بانخفاض 1.45٪ منذ بداية العام. في الربع الرابع من عام 2024، بلغت مبيعات بورغوارنر وفق معايير US GAAP 3,522 مليون دولار، وصافي الأرباح 0.64 دولار للسهم المخفّف، بينما كان التدفق النقدي الحر 679 مليون دولار. خلال هذه الفترة، وقعت الشركة اتفاقية مع شركة BYD الفرعية FinDreams Battery، ومشروع مشترك مع Shaanxi Fast Auto لتطوير تطبيق محول عالي الجهد للسوق الصيني، واستحوذت على أنظمة Hybrid Electric لشركة Eldor Corporation.
“نقدم مجموعة كاملة من المنتجات لقطاع المركبات التجارية، تخدم محركات الاحتراق، والهجينة، وأنظمة الدفع الكهربائية بالكامل. محفظتنا مرنة أمام وتيرة تغير الصناعة.”
– قال مدير الإستراتيجية في بورغوارنر، الدكتور بول فاريل، مؤخرًا في مقابلة
2. XPeng Inc.
تنتج شركة Xpeng الصينية مركبات كهربائية ذكية، وقد حظيت باهتمام كبير. صرّح الرئيس التنفيذي هي شياوبنغ مؤخرًا أنه يتوقع أن يتضاعف عدد التسليمات السنوية للسيارات الذكية المخطط لها هذا العام، أي إلى 380,000 مركبة.
XPEV مخطط السعر
في وقت كتابة هذا المقال، تبلغ قيمة الشركة السوقية 16.14 مليار دولار وتُتداول أسهمها عند 16.65 دولار، بارتفاع 43.74٪ منذ بداية العام. في الربع الثالث من عام 2024، سجلت Xpeng إيرادات إجمالية قدرها 1.44 مليار دولار، بزيادة 18.4٪ مقارنة بالربع الثالث من 2023 وزيادة 24.5٪ مقارنة بالربع الثاني من 2024.
بلغت إيرادات مبيعات المركبات 1.25 مليار دولار مع تسليم 46,533 مركبة في الربع، مقارنة بـ 40,008 في نفس الربع من العام السابق. وفي الوقت نفسه، وصل عدد محطات الشحن التي تديرها الشركة إلى 1,557 محطة. بلغت النقدية وما يعادلها، والنقد المقيد، والاستثمارات قصيرة الأجل، والودائع الزمنية في نهاية الربع 5.09 مليار دولار.
ظهرت Xpeng فعليًا كأفضل شركة ناشئة للسيارات الكهربائية في الصين في الشهر الأول من عام 2025، وهو ما يتزامن مع فبراير الذي يُعد موسمًا منخفضًا تقليديًا لصانعي السيارات المحليين في الصين بسبب رأس السنة الصينية. في نفس الشهر، كشفت شركة الفضاء التابعة لـ Xpeng عن “سيارة طائرة معيارية” في معرض CES 2025.
في الوقت نفسه، يتحدث الرئيس التنفيذي هي عن تحقيق القيادة الذاتية من المستوى L3 في النصف الثاني من هذا العام.
“أعتقد أن القيادة الذاتية من المستوى L3 ستدفع السيارات الذكية إلى عصر ‘iPhone 4’.”
– الرئيس التنفيذي He
الخلاصة
تحظى السيارات الكهربائية بلحظتها الكبيرة مع انخفاض أسعارها نتيجة التقدم التكنولوجي. مع صعود التنقل الكهربائي، يشهد سوق أنظمة الدفع أيضًا نموًا سريعًا. من المتوقع أن يُحدث دمج أنظمة الدفع الكهربائية مع تقنيات القيادة الذاتية والمركبات المتصلة ثورة في صناعة السيارات.
في خضم ذلك، تُعد حلول مثل OPED تقدمًا كبيرًا في تطوير أنظمة دفع السيارات الكهربائية، حيث يمكنها تقليل الوقت بشكل كبير، وتعزيز الكفاءة، وتقليل تكاليف الإنتاج.
من خلال السماح بتحسين فائق السرعة لأنظمة دفع السيارات الكهربائية وموازنة الأداء، والتكلفة، وأهداف الاستدامة، لا يضع OPED معيارًا للكفاءة والاستدامة في الهندسة فحسب، بل يمكنه أيضًا دعم نمو وتبني السيارات الكهربائية، مسرّعًا الانتقال إلى مستقبل أكثر خضرة.
