تزداد أهمية السيارات الكهربائية وميزاتها في كل يوم، لكن تبقى مسألة المسافة التي يمكن لهذه السيارات أن تقطعها قبل إعادة شحن بطاريتها من العوامل الهامة التي تحد من انتشارها.. تم تطوير عدة تقنيات لدعم عملية الشحن المستمر للبطارية بحيث يتم الاستفادة من الطاقة الضائعة في العديد من الأوقات، ومنها الطاقة الناتجة عن الكبح حيث تتولد عادة طاقة حرارية لا بأس بها، وباستخدام تقنية توليد الطاقة من الكبح Regenerative braking سوف يتم التقاط الطاقة المتولدة على شكل ضياعات كالحرارة وإعادتها إلى البطارية.
وقد اكتشف المهندسون العديد من الطرق لالتقاط الطاقة مثل ماص الصدمات في حالة الضغط والارتداد rebound and compression of shock absorbers وتعتمد شركة Goodyear على هذه الطريقة في محاولة منها للاستفادة من تغيرات الضغط على الإطارات .
لقد أنفقت الشركة كجميع شركات إطارات السيارات الكثير من الوقت والمال لتطوير إطارات تمتاز بأقل مقاومة احتكاك ممكنة مع الاسفلت لتقليل استهلاك الوقود وزيادة المسافة التي يمكن للسيارات الكهربائية أن تقطعها.
آلية العمل المقترحة:
يتم التقاط الطاقة وفق مفهوم BH-03 بطريقتين:
الطريقة الأولى: يتم الاستفادة من ميزة العناصر البيزوكهربائية piezoelectricity وهي العناصر التي يسبب ضغطها توليد الكهرباء حيث تكون الشحنة الكهربائية متضمنة فيها وتظهر عند تعرض المادة للإجهاد الميكانيكي كالضغط والفتل. وبما أن الإطارات تتعرض للضغط المستمر عند دورانها فمن الممكن الاستفادة من ذلك.
إن العمل في هذا المجال مستمر لجمع هذه المواد المميزة مع المواد الأخرى المكونة للإطار بحيث نحافظ على الخصائص البيزوكهربائية بالإضافة للمرونة المطلوبة من الإطارات بشكل دائم.


Image: http://www.wired.com/

الطريقة الثانية: هي توليد الكهرباء بالاستفادة من الحرارة وتسمى بالطريقة الكهروحرارية thermoelectricity حيث يتم تحويل الفرق في درجات الحرارة إلى جهد كهربائي. حيث نلاحظ أنه سواء وجدت الإطارات تحت أشعة الشمس أو في حالة دوران على الطريق فإنها ستولد حرارة.
تسعى شركة Goodyear إلى استخدام المواد الكهروحرارية لتوليد الكهرباء من الفرق في درجات الحرارة بين الأجزاء الحارة والباردة من المطاط المصنع للإطار. وهنا يبرز أيضاً التحدي في دمج هذه المواد المميزة مع المواد الأخرى بحيث تحافظ كلٌّ منها على خصائصه ولا نخسر مرونة أو متانة الإطار.


Image: http://95octane.com/

إذا استطاع مهندسو الشركة اكتشاف كيفية استخدام الإطارات لتوليد الكهرباء، ستكون الخطوة التالية استكشاف أفضل آلية للاستفادة من التيار المتولد ونقله من الإطار. أحد التطبيقات المنطقية هي استعمال حساسات طاقة ضمن الإطار لترسل معلومات حول ضغط الإطار ودرجة حرارته إلى حاسوب السيارة لتحسين الأداء وإرسال هذه الطاقة إلى البطارية عن طريق وصلة تجمع هذه الطاقة وتوصلها للبطارية.
يبين المقطع التالي عرضاً قدمته الشركة للتقنية الجديدة:



لا يزال معظم العمل نظرياً حيث يجب أن يحدد المهندسون أفضل المواد التي سيعتمدوها عملياً، وتحديد مدى كفاءة توليدها للطاقة وكيفية إضافتها للإطار وكم من الوزن سيضاف له. من الممكن أن تستغرق هذه العملية حتى تتكلل بالنجاح حوالي 10 إلى 15 سنة وقد تكون مختلفة تماماً عما تم افتراضه اليوم. ومع ذلك لا بد من التأكيد على أن توليد الطاقة من إطارات السيارات هي فكرة تستحق التقدير والبحث.
معلومات إضافية:
Piezoelectricity:
تعبر عن قدرة بعض المواد على توليد التيار الكهربائي المتناوب AC وفرق جهد عند تعرض هذه المواد لإجهاد ميكانيكي كالضغط والفتل والاهتزاز، حيث يمكن أن ينتج عن ذلك جهد أو تيار أو كلاهما. من أشهر هذه المواد: الكوارتز quartz وبعض المواد السيراميكية وأملاح روشيل Rochelle salts ومواد صلبة أخرى.
يتكون محول الطاقة البيزوكهربائي من صفيحتين معدنيتين بينهما كريستالة، يتم تطبيق الاهتزازعلى الكريستالة فيتولد فرق كمون متناوب ضعيف يزيد فرق الكمون على الصفيحتين المعدنيتين، كما يمكن عكس العملية، فعند تطبيق فرق جهد متناوب على الصفيحتين المعدنيتين من مصدر جهد كهربائي خارجي، ستتولد اهتزازات ميكانيكية موافقة ضمن الكريستالة.
صورة توضح آلية العمل:


Image: http://upload.wikimedia.org/

تستخدم هذه المواد البيزوكهربائية في التطبيقات الفوق صوتية كأجهزة الإنذار وكشف التسلل، والتطبيقات الصوتية كالمايكروفون والسماعات وأجهزة توليد الأصوات الحادة beepers and buzzers، وفي التطبيقات اللاسلكية من خلال استخدامها كمهتزات في دارات الاستقبال والأقسام الراديوية.
Thermoelectricity:
يتم توليد الكهرباء مباشرة من الحرارة وفق ظاهرة تسمى أثر سييبك نسبة إلى العالم الألماني Thomas Johann Seebeck الذي اكتشفها عام 1820. وبناءاً على هذه الظاهرة فإنه يحصل ارتفاع في قيمة التيار الكهربائي المتولد بالحرارة في الدارة الكهربائية عند توصيل النهايتين الناقلتين أو نصف الناقلتين مع بعضهما وذلك بنتيجة اختلاف درجة حرارة كل نهاية، ويتولد تيار كهربائي مستمر، وخلال مجال محدد من درجات الحرارة تتناسب قيمة التيار المتولد مع فرق درجة الحرارة بين النهايتين بحيث تزداد قيمة التيار بازدياد فرق الحرارة.
صورة توضح آلية العمل:


Image: http://thermoelectrics.caltech.edu/

يمكن عكس هذه الظاهرة أيضاً، من خلال تمرير تيار كهربائي مستمر في الدارة التي تحوي نهايتين ناقلتين أو نصف ناقلتين، من مصدر كهربائي خارجي الأمر الذي سيسبب تسخيناً لهاتين النهايتين.
تستخدم هذه المواد في عدة تطبيقات، كتزويد المناطق البعيدة بالطاقة وفي المجسات الموجودة في الفضاء لتزويد دارات الإرسال والاستقبال فيها بالطاقة، إضافة لاستخدامها في العديد من الأجهزة التي تحتاج كمية قليلة من الطاقة.

المصادر:
هنا
هنا
هنا