مقارنة شحن EV اللاسلكي وشحن EV الإضافي

مع استمرار نمو أسطول المركبات الكهربائية العالمية (EV) بسرعة ، فإن اختيار شحن إيف أصبحت الطريقة مصدر قلق رئيسي لكل من مالكي المركبات ومشغلي البنية التحتية. في الوقت الحاضر ، هناك طريقتان رئيسيتان للشحن: الشحن التقليدي للمكونات الإضافية والشحن اللاسلكي الناشئ. بالنسبة للعديد من المستهلكين الذين يفكرون في اعتماد الشحن اللاسلكي ، فإن السؤال الأكثر إلحاحًا هو الكفاءة - هل يتطابق الشحن اللاسلكي مع سرعة شحن المكونات الإضافية ، وهل يهدر المزيد من الطاقة أثناء الإرسال ؟

تقدم هذه المقالة مقارنة موضوعية ومتعددة الأبعاد بين الاثنين شحن إيف الأساليب ، التي تغطي المبادئ الفنية ، وكفاءة العالم الحقيقي ، وتكلفة الملكية ، والسلامة ، وحالات الاستخدام القابلة للتطبيق ، مما يساعد القراء على تكوين فهم أوضح.

شحن المكونات الإضافية هو طريقة شحن EV الأكثر شيوعًا. ينقل الطاقة الكهربائية من الشبكة إلى بطارية السيارة من خلال كابل مادي. خلال هذه العملية ، تخضع الكهرباء لمراحل تحويل متعددة.

يوفر الشاحن المنزلي النموذجي من المستوى 2 تيارًا متناوبًا (AC) ، بينما تتطلب بطاريات EV تيارًا مباشرًا (DC) للتخزين. لذلك ، يجب أن تكون المركبات مزودة بشاحن على متن الطائرة (OBC) لإجراء هذا التحويل.

يشتمل الشاحن الموجود على متن الطائرة على العديد من المكونات مثل المقومات ووحدات تصحيح معامل القدرة والمحولات والمحولات. تقوم هذه المكونات بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر مناسبة لتخزين البطارية.

خلال سلسلة الطاقة هذه ، من الشبكة إلى البطارية ، تقدم كل مرحلة بعض فقدان الطاقة ، خاصة في شكل حرارة. الشركات المصنعة المختلفة وتصميمات الشاحن لها كفاءات متفاوتة. استنادًا إلى الاختبارات الواقعية ، تتراوح الكفاءة الإجمالية للشبكة إلى البطارية لأنظمة الشحن المنزلية الشائعة من المستوى 2 عادةً من 83 ٪ إلى 94 ٪ ، اعتمادًا على التصميم والأداء.

ينقل الشحن اللاسلكي ، المعروف أيضًا باسم الشحن الاستقرائي ، الطاقة من خلال الحث الكهرومغناطيسي بدون كابلات أو مقابس مادية. يتكون النظام من لوحة شحن أرضية وملف استقبال مثبت أسفل السيارة.

عندما يتم وضع السيارة بشكل صحيح ، تولد الوحدة الأرضية مجالًا كهرومغناطيسيًا متحكمًا فيه. يلتقط ملف المستقبل هذه الطاقة ويحولها إلى كهرباء ، والتي تُستخدم بعد ذلك لشحن البطارية.

في هذا النظام ، يتم نقل جزء من عملية تحويل الطاقة التي يتم التعامل معها تقليديًا داخل السيارة إلى الوحدة الأرضية ، مما يقلل من التعقيد على متن الطائرة.

تنتقل الطاقة من خلال فجوة هوائية باستخدام الرنين المغناطيسي وتصميم الدوائر الرنانة منخفضة الخسارة. من منظور السلامة ، تعمل فجوة الهواء هذه بشكل مشابه لمحول العزل ، مما يضمن الفصل الكهربائي بين الشبكة والمركبة.

الشاغل المشترك هو ما إذا كان الشحن اللاسلكي يستهلك كهرباء أكثر من الشحن الإضافي. للإجابة على هذا السؤال ، يجب علينا فحص خسائر الطاقة في العالم الحقيقي بدلاً من الافتراضات.

شحن المكونات الإضافية ليس فعالًا بنسبة 100 ٪. بالإضافة إلى خسائر التحويل على متن الطائرة ، تساهم مقاومة الكابلات ومقاومة اتصال الموصل أيضًا في فقدان الطاقة.

في الاستخدام السكني النموذجي ، عند استخدام شاحن 7 kW Level 2 ، تكون خسائر الطاقة من الشبكة إلى البطارية بشكل عام من 6 ٪ إلى 17 ٪. هذا يعني أنه إذا تم سحب 10 kWh من الشبكة ، فإن حوالي 8.3 إلى 9.4 kWh فقط تصل إلى البطارية.

في حين أن هذا فعال نسبيًا بالفعل ، لا يزال هناك مجال للتحسين.

استنادًا إلى الاختبارات الواقعية عبر طرازات EV متعددة - بما في ذلك Genesis GV60 و Tesla Model 3 و Ford Mustang Mach-E و Ford E-Transit و Volkswagen ID.4 و Volkswagen ID.5 - يمكن مقارنة كفاءة الشحن اللاسلكي عمومًا بالمكونات الإضافية في المستوى 2 الشحن.

في ظل تصميمات نظام الرنين المحسّن ، تتراوح كفاءة الشحن اللاسلكي الإجمالية عادةً من 88 ٪ إلى 93 ٪ ، وهو قريب جدًا من شحن التيار المتردد التقليدي.

تتراوح مستويات طاقة الشحن اللاسلكي الحالية بشكل عام بين 3.3 كيلو واط و 7.4 كيلو واط ، مع وصول بعض الأنظمة المتقدمة إلى 11 كيلو واط للتطبيقات المتميزة والتجارية.

من المهم ملاحظة أنه بالمقارنة مع الشحن السريع للتيار المستمر ، فإن الأنظمة اللاسلكية أقل كفاءة بنسبة 5 ٪ إلى 10 ٪. ومع ذلك ، لا يُقصد بالشحن اللاسلكي أن يحل محل الشحن السريع ، بل لخدمة مواقف السيارات اليومية واحتياجات الشحن المريحة.

تؤثر حالة شحن البطارية (SOC) بشكل كبير على كفاءة الشحن. عادةً ما يتم استخدام الشحن اللاسلكي عندما تكون البطارية بين 20 ٪ و 80 ٪ SOC ، وهو أيضًا نطاق التشغيل الأمثل لصحة البطارية.

يعمل الشحن ضمن هذا النطاق على تحسين الكفاءة وإطالة عمر البطارية.

في المقابل ، غالبًا ما يكون شحن المكونات الإضافية أقل اتساقًا. قد يقوم المستخدمون بتأخير الشحن أو إجراء دورات شحن غير منتظمة (على سبيل المثال ، الشحن مرة واحدة فقط في الأسبوع) ، مما قد يقلل من الكفاءة ويؤثر سلبًا على صحة البطارية على المدى الطويل.

من هذا المنظور ، يمكن أن يساعد نهج الشحن اللاسلكي "التشغيل الدائم" في الحفاظ على سلوك شحن أكثر اتساقًا وكفاءة.

تعتمد سرعة الشحن اللاسلكي على سياق الاستخدام بدلاً من مقارنة الطاقة الأولية مع أنظمة الشحن السريع.

تعمل معظم أنظمة الشحن اللاسلكي بين 3.3 kW و 7.4 kW ، على غرار شحن المستوى 2 AC. بعض الأنظمة الأحدث تصل إلى 11 kW.

بالنسبة لبطارية EV بقدرة 60 كيلو وات في الساعة ، يستغرق الشحن من 20 ٪ إلى 80 ٪ باستخدام نظام لاسلكي بقدرة 7 كيلو وات حوالي 5 إلى 6 ساعات. عند 11 كيلو واط ، يمكن تقليل ذلك إلى 3 إلى 4 ساعات.

هذا كافٍ للشحن بين عشية وضحاها أو سيناريوهات وقوف السيارات في مكان العمل.

لم يتم تصميم الشحن اللاسلكي للشحن السريع على الطرق السريعة. تتراوح أجهزة الشحن السريع للتيار المستمر عادةً من 50 كيلو واط إلى 350 كيلو واط ، مما يسمح للمركبات بالشحن خلال 20-30 دقيقة.

ومع ذلك ، تم تصميم الشحن اللاسلكي للراحة بدلاً من السرعة. إنه يركز على "شحن الفرصة" أثناء وقوف السيارات ، حيث تظل السيارة متوقفة لفترات طويلة.

عند اختيار طريقة الشحن ، تعتبر التكلفة أحد الاعتبارات التي لا مفر منها. يختلف الشحن اللاسلكي وشحن المكونات الإضافية اختلافًا كبيرًا في هياكل التكلفة الخاصة بهما: فالأول يتطلب استثمارًا مقدمًا أعلى ولكنه قد يوفر نفقات تشغيل طويلة الأجل أقل ، في حين أن الأخير له تكلفة دخول أولية أقل ، ولكن يجب عدم التغاضي عن تكاليف الصيانة والاستبدال المستمرة.

تتطلب أنظمة شحن EV اللاسلكية عمومًا استثمارًا مقدمًا أعلى من أجهزة الشحن الإضافية. ويرجع ذلك إلى أعمال التركيب الأرضي ، وتعديل البنية التحتية ، والأجهزة المتخصصة.

تشير تقديرات الصناعة إلى أن الأنظمة اللاسلكية أغلى بنسبة 15 ٪ إلى 25 ٪ في البداية مقارنة بأنظمة المكونات الإضافية.

يأتي فرق التكلفة من منصات الشحن الأرضية ووحدات الاستقبال ومتطلبات الهندسة المدنية.

على الرغم من ارتفاع التكاليف الأولية ، قد يقلل الشحن اللاسلكي من النفقات التشغيلية طويلة الأجل.

وتشمل المزايا:

لا استبدال كابل الشحن

انخفاض ارتداء الميكانيكية

انخفاض متطلبات الصيانة

تحسين مقاومة التخريب والأضرار البيئية

بالنسبة لمشغلي الأساطيل ، يمكن أن يؤدي انخفاض الصيانة وإطالة عمر البطارية المحتملة إلى تقليل تكاليف دورة الحياة الإجمالية بشكل كبير.

مخاطر شحن المكونات الإضافية: تمثل أنظمة المكونات الإضافية العديد من المخاطر: الصدمة الكهربائية (نادرة ولكنها ممكنة في ظل ظروف التلف أو الشيخوخة) ؛ مخاطر الرحلة من الكابلات المكشوفة ؛ تآكل الموصل بسبب التوصيل / الفصل المتكرر ؛ التدهور البيئي من المطر والثلج وظروف التجمد ؛ منافذ الشحن هي أيضًا نقاط ضعف ميكانيكية قد تتحلل بمرور الوقت.

مزايا السلامة للشحن اللاسلكي: تعمل الأنظمة اللاسلكية على التخلص من الكابلات المكشوفة ، مما يقلل بشكل كبير من المخاطر الكهربائية والمادية. وهي مصممة للامتثال لمعايير مثل إرشادات ICNIRP والمعايير الفنية مثل ISO 19363 و IEC 61980. تشتمل معظم الأنظمة على اكتشاف الأجسام الغريبة (FOD) ، والتي يمكنها اكتشاف الأجسام المعدنية في منطقة الشحن وإيقاف نقل الطاقة تلقائيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة أو مخاطر الحريق.

سهولة الاستخدام: يوفر الشحن اللاسلكي ميزة كبيرة في الراحة. يقوم السائقون ببساطة بإيقاف سيارتهم فوق وسادة مخصصة ، ويبدأ الشحن تلقائيًا. يؤدي هذا إلى التخلص من خطوات التوصيل وفصل التوصيل اليومية ، مما يحسن قابلية الاستخدام - خاصة في الظروف الجوية السيئة ، أو للمستخدمين المسنين ، أو للأشخاص الذين يعانون من قيود على الحركة. كما أنه يمنع المشكلات الناجمة عن نسيان توصيل السيارة.

بيئة وقوف السيارات المحسنة: بدون الكابلات والأجهزة المرئية ، تبدو مناطق وقوف السيارات أنظف وأكثر حداثة. هذا مفيد بشكل خاص في البيئات التجارية مثل الفنادق ومراكز التسوق ومباني المكاتب.

الشحن اللاسلكي غير مناسب لكل حالة استخدام. يتم تعظيم قيمته في بيئات محددة:

وتشمل السيناريوهات المثالية ما يلي:

• كراجات سكنية
• مواقف السيارات في مكان العمل
• مستودعات الأسطول اللوجستي
• الفنادق ومواقف السيارات للبيع بالتجزئة
• مراكز نقل المدن الذكية

تتضمن هذه البيئات أنماط وقوف يمكن التنبؤ بها وأوقات سكون طويلة ، مما يجعل الشحن اللاسلكي عالي الكفاءة.

للمستخدمين الفرديين: إذا كان لديك مكان ثابت لوقوف السيارات وتشحن في المنزل بشكل أساسي ، فيمكن أن يوفر الشحن اللاسلكي مزايا راحة قوية. ومع ذلك ، إذا كانت الميزانية محدودة أو كنت تشحن بشكل متكرر في مواقع مختلفة ، يظل شحن المكونات الإضافية أكثر عملية نظرًا لبنيته التحتية الواسعة الانتشار.

بالنسبة للمشغلين التجاريين: قد يستفيد مشغلو الأساطيل ومديرو العقارات أكثر من الشحن اللاسلكي على المدى الطويل بسبب انخفاض العمالة وانخفاض الصيانة وتحسين الكفاءة التشغيلية.

التقنيات التكميلية: الشحن اللاسلكي والمكونات الإضافية ليسا منافسين بل تقنيات تكميلية. سيظل شحن المكونات الإضافية هو المهيمن بسبب انخفاض التكلفة ونضج البنية التحتية ، في حين أن الشحن اللاسلكي سيخدم بيئات متخصصة عالية الراحة.

ينتقل الشحن اللاسلكي للمركبات الكهربائية تدريجياً من المفهوم إلى التطبيق العملي. كفاءته ، حوالي 88 ٪ إلى 93 ٪ ، قابلة للمقارنة مع الشحن الإضافي التقليدي من المستوى 2 ، مما يعني أنه لا يعاني من فقد مفرط للطاقة كما هو مفترض بشكل شائع.

تكمن مزاياها الرئيسية في الراحة والسلامة والوفورات التشغيلية المحتملة على المدى الطويل. ومع ذلك ، فإن تكاليف التركيب المرتفعة ومستويات الطاقة المحدودة والبنية التحتية غير الناضجة لا تزال تقيد التبني على نطاق واسع.

في المستقبل المنظور ، لن يحل الشحن اللاسلكي محل الشحن الإضافي ولكنه سيكمله في البيئات السكنية والتجارية والأسطول ، مما يوفر تجربة شحن أكثر تلقائية وسلسة.

بالنسبة للمستهلكين والمشاركين في الصناعة ، يعد فهم نقاط القوة والقيود في كلا النظامين أمرًا ضروريًا لاتخاذ قرارات مستنيرة في النظام البيئي المتطور للمركبات الكهربائية.