مع تزايد شعبية سيارات الطاقة الجديدة ، محطات شحن السيارات الكهربائية (EV)، كمرفق تكميلي مهم ، دخلت تدريجيا حياة الناس اليومية. لا توفر محطات الشحن خدمات شحن مريحة للمركبات الكهربائية فحسب ، بل تعمل أيضًا ، إلى حد ما ، على تعزيز تطوير مركبات الطاقة الجديدة. إذن ، كيف تعمل محطة الشحن بالضبط ؟ ما هي الأنواع والميزات التي لديها ؟ ستقدم لك هذه المقالة شرحًا تفصيليًا للمبادئ والمعرفة ذات الصلة بمحطات شحن المركبات الكهربائية.
يعد تكوين النظام لمحطة شحن EV معقدًا نسبيًا ، بما في ذلك الأجزاء التالية بشكل أساسي.
قسم توزيع طاقة الإدخال هو الرابط الرئيسي الذي يربط محطة الشحن بشبكة الطاقة. وهي تشمل بشكل أساسي قواطع الدائرة الواقية ، وأجهزة حماية الطفرة ، ومقياس طاقة الإدخال. تتمثل وظيفة القواطع وأجهزة حماية الطفرة بشكل أساسي في ضمان التشغيل الآمن لمحطة الشحن. عندما تواجه شبكة الطاقة ارتفاعًا في الجهد أو ضربة صاعقة ، يمكن لجهاز حماية الطفرة تفريغ الجهد الزائد على الأرض ، مما يمنع تلف المكونات الإلكترونية الداخلية لمحطة الشحن. يمكن لقاطع الدائرة الواقية أن يقطع التيار الكهربائي بسرعة عندما تتعرض الدائرة لدائرة كهربائية قصيرة أو ظروف غير طبيعية أخرى ، مما يمنع وقوع الحوادث. يستخدم مقياس طاقة الإدخال بشكل أساسي لقياس استهلاك الكهرباء لمحطة الشحن لتحقيق فواتير دقيقة. يقوم بجمع بيانات الاستخدام وتحميلها إلى نظام إدارة الواجهة الخلفية لمحاسبة التكاليف وتسوية رسوم المستخدم.
دائرة التحكم هي دماغ محطة الشحن ، المسؤولة عن تنسيق تشغيل مكونات الأجهزة الداخلية. من خلال دائرة التحكم ، يمكن لمحطة الشحن تحقيق تحكم دقيق في عملية الشحن ، بما في ذلك تنظيم تيار الشحن والجهد ، وكذلك مراقبة حالة الشحن. استنادًا إلى الحالة الفعلية لبطارية EV ، مثل جهد البطارية ودرجة الحرارة ، تقوم دائرة التحكم تلقائيًا بضبط استراتيجية الشحن لضمان الشحن الآمن والفعال.
هذه هي المنصة الرئيسية لتفاعل المستخدم مع محطة الشحن. عادة ما يكون مزودًا بشاشة LCD تعرض بوضوح بيانات الشحن ، مثل حجم الشحن ووقت الشحن والرسوم. يمكن للمستخدمين تشغيل هذه الواجهة لاختيار أوضاع الشحن (الشحن اليدوي ، وشحن البطاقة ، وما إلى ذلك) ، وتعيين وقت الشحن ، وما إلى ذلك. أثناء عملية الشحن ، تتيح الواجهة أيضًا للمستخدمين مراقبة حالة الشحن في الوقت الفعلي ، بما في ذلك التقدم ووقت الشحن المتبقي.
زر التوقف في حالات الطوارئ هو أحد أجهزة حماية السلامة لمحطة الشحن. عند حدوث أعطال في المعدات أو حدوث حالة طوارئ ، يمكن للمستخدم الضغط على زر التوقف في حالات الطوارئ لقطع طاقة الإدخال لمحطة الشحن بسرعة. هذا الإجراء يحمي بشكل فعال المعدات نفسها ، ويمنع الخطأ من التصعيد ، ويتجنب الضرر المحتمل للمستخدم أو البيئة المحيطة.
تشبه وظيفة قارئ البطاقات أجهزة تمرير البطاقات المصرفية التي نستخدمها يوميًا. يمكن للمستخدمين استخدام بطاقة شحن مخصصة للتمرير على القارئ لإكمال تسوية الدفع وكذلك بدء التحكم في الجهاز وإيقافه. من خلال قارئ البطاقات ، يمكن لمحطة الشحن تحديد معلومات حساب المستخدم ، مما يتيح إدارة الفوترة وتفويض الشحن.
موصل الإخراج ، الذي يشار إليه عادةً باسم مسدس الشحن ، هو المكون الرئيسي الذي يربط محطة الشحن بـ EV. ينقل مسدس الشحن طاقة التيار المستمر التي تولدها محطة الشحن إلى بطارية EV. أثناء الشحن ، يتصل المسدس بإحكام بمنفذ شحن EV لضمان نقل مستقر للطاقة. لضمان السلامة والموثوقية ، يتم تجهيز مسدسات الشحن عادةً بأجهزة حماية متعددة ، مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة ووحدات الكشف عن العزل.
يظهر ضوء مؤشر الشحن الوضع الحالي لمحطة الشحن. عموما ، لديها ثلاث حالات: الاستعداد ، خطأ ، والشحن. عندما تكون المحطة في وضع الاستعداد ، يكون الضوء أخضر ؛ في حالة حدوث خطأ ، يتحول الضوء إلى اللون الأحمر لتذكير المستخدم بالتحقق ؛ أثناء الشحن ، يومض الضوء أو يتحول إلى اللون الأصفر ، مما يسمح للمستخدم بفهم حالة عمل المحطة بصريًا.
يعتمد مبدأ العمل لمحطة الشحن بشكل أساسي على نقل وتحويل الطاقة الكهربائية لشحن بطارية EV. المبدأ الأساسي هو: بعد تفريغ البطارية ، يتم تطبيق التيار المباشر في الاتجاه المعاكس لتيار التفريغ لاستعادة قدرته. أثناء الشحن ، يتم توصيل القطب الموجب للبطارية بالطرف الموجب لمصدر الطاقة ، ويتم توصيل القطب السالب للبطارية بالطرف السالب لمصدر الطاقة. يجب أن يكون جهد الشحن أعلى من إجمالي القوة الدافعة للبطارية.
حاليًا ، هناك طريقتان رئيسيتان للشحن: الشحن بالتيار المستمر والشحن بالجهد المستمر.
الشحن المستمر الحالي هو طريقة لشحن البطارية بتيار ثابت متحكم فيه. طريقة التحكم بسيطة نسبيًا: عن طريق ضبط جهد الخرج لجهاز الشحن أو تغيير مقاومة السلسلة بالبطارية ، يتم الاحتفاظ بتيار الشحن ثابتًا. ومع ذلك ، نظرًا لأن قدرة البطارية على قبول التيار تتناقص مع تقدم الشحن ، يتم استخدام الكثير من التيار في المراحل اللاحقة لتحليل المياه بالكهرباء ، مما ينتج عنه غاز مفرط. لذلك ، عادة ما يتم الجمع بين شحن التيار المستمر مع الشحن المرحلي لتحسين الكفاءة والسلامة.
شحن الجهد المستمر يشحن البطارية بجهد ثابت متحكم فيه. خلال العملية بأكملها ، يظل جهد الشحن ثابتًا ، بينما ينخفض تيار الشحن تدريجياً مع ارتفاع جهد طرف البطارية. بالمقارنة مع الشحن المستمر ، فإن شحن الجهد الثابت أقرب إلى منحنى الشحن الأمثل ، مما يجعله أكثر كفاءة. في المرحلة المبكرة ، يكون تيار الشحن مرتفعًا لأن جهد البطارية منخفض ، ولكن مع استمرار الشحن ، ينخفض التيار تدريجياً ، مما يتطلب فقط نظام تحكم بسيط.
في الوقت الحالي ، تعد محطات الشحن الأكثر شيوعًا في السوق من نوعين: محطات شحن التيار المستمر ومحطات شحن التيار المتردد ، والتي تختلف في طرق الشحن والسرعة وسيناريوهات التثبيت.
محطات شحن التيار المستمر هي أجهزة شحن ثابتة مثبتة في الأماكن العامة خارج المركبات الكهربائية ، مثل المجتمعات السكنية ومواقف السيارات والمناطق التجارية ومناطق الخدمة. يتصلون بشبكة الطاقة العامة ويوفرون طاقة التيار المستمر لبطارية EV. تقوم محطات شحن التيار المستمر بشحن بطارية EV مباشرةً ، وعادةً ما تستخدم إمدادًا ثلاثي الأسلاك من ثلاث مراحل أو ثلاث مراحل. مع جهد خرج واسع قابل للتعديل ونطاقات التيار ، فإنها تحقق الشحن السريع وغالبًا ما يشار إليها باسم أجهزة الشحن السريعة.
شواحن DC لديها طاقة خرج عالية ، متوفرة بشكل شائع في 30kW ، 60kW ، 80kW ، 120kW ، 150kW ، 180kW ، وغيرها من المواصفات. مع سرعة الشحن السريع ، يمكنهم إعادة شحن EV في فترة قصيرة ، مما يجعلها عملية للغاية للسفر لمسافات طويلة أو سيناريوهات الشحن العاجل.
محطات شحن التيار المتردد هي أيضًا منشآت ثابتة في المناطق العامة خارج المركبات الكهربائية. أنها توفر طاقة تيار متردد أحادية الطور أو ثلاثية الطور يمكن التحكم فيها لشاحن EV على متن الطائرة. على عكس محطات شحن التيار المستمر ، لا يمكن لشواحن التيار المتردد شحن بطارية EV مباشرة. أنها توفر فقط خرج الطاقة ، ويتم الانتهاء من الشحن من خلال شاحن على متن الطائرة داخل EV.
نظرًا لأن أجهزة الشحن على متن الطائرة تتمتع عمومًا بتصنيفات طاقة أصغر ، فإن شحن التيار المتردد يكون أبطأ نسبيًا ويسمى عادةً الشحن البطيء. تصنيفات الطاقة النموذجية هي 3.5 كيلو واط و 7 كيلو واط و 15 كيلو واط. تعد أجهزة شحن التيار المتردد مناسبة للشحن طوال الليل في المنزل أو في المكاتب ، مما يجعلها مثالية للتنقل اليومي والقيادة في المدينة.
طريقة الشحن: يمكن لشواحن التيار المستمر شحن البطارية مباشرة دون الاعتماد على الشاحن الموجود على متن الطائرة ، بينما تتطلب شواحن التيار المتردد الشاحن الموجود على متن الطائرة لإكمال الشحن.
وقت الشحن: يكون شحن التيار المستمر أسرع ، حيث يستغرق فقط عشرات الدقائق إلى 2-3 ساعات لشحن البطارية بالكامل ، في حين يستغرق شحن التيار المتردد عادة حوالي 8 ساعات.
بعد فهم مبادئ العمل وأنواع محطات الشحن ، دعونا نلقي نظرة على المبادئ الأساسية لشحن EV. يعتمد شحن EV على نقل وتحويل الطاقة الكهربائية ، والتي تشمل شحن التيار المستمر وشحن التيار المتردد.
يربط شحن التيار المستمر مصدر طاقة تيار مستمر مباشرة بحزمة بطارية EV ، مما يوفر الطاقة مباشرة للشحن. يستخدم بشكل شائع في الشحن عالي الطاقة والمسافات الطويلة بسبب سرعته. تقوم محطات شحن التيار المستمر بتحويل طاقة التيار المتردد إلى تيار مستمر باستخدام مقومات أو محولات. مجهزة بموصلات خاصة ، فإنها ترتبط بمنفذ شحن EV. أثناء الشحن ، ترسل وحدة التحكم أوامر الشحن لضمان استقرار استهلاك الطاقة. ثم يتم تسليم طاقة التيار المستمر مباشرة إلى حزمة البطارية ، حيث يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بمراقبة العملية وإدارتها.
يربط شحن التيار المتردد مصدر طاقة التيار المتردد بـ EV. يقوم الشاحن الموجود على متن الطائرة بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر قبل شحن البطارية. يشيع استخدام شحن التيار المتردد في المنازل والمكاتب بسبب قوته المنخفضة نسبيًا. تستخدم محطات شحن التيار المتردد عمومًا طاقة التيار المتردد الداخلية أو الخارجية مباشرة دون تحويل. مزودة بمقابس منزلية أو موصلات مخصصة ، فإنها ترتبط بمنفذ شحن EV. داخل السيارة ، يقوم الشاحن الموجود على متن الطائرة (OBC) بتصحيح التيار المتردد في التيار المستمر وتسليمه إلى حزمة البطارية ، مع إدارة BMS للعملية.
عند اختيار محطة شحن ، من المهم مراعاة مؤشرين رئيسيين: شحن الطاقة ووقت الشحن.
تشير طاقة الشحن إلى المعدل الذي يوفر به الشاحن الطاقة إلى EV ، ويتم قياسه عادةً بالكيلوواط (kW). كلما زادت الطاقة ، زادت سرعة الشحن. تشمل المستويات الشائعة الشحن البطيء (طاقة منخفضة) ، والشحن السريع (طاقة متوسطة) ، والشحن فائق السرعة (طاقة عالية).
الشحن البطيء: عادة لأجهزة الشحن المنزلية ، حوالي 3-7kW ، ومناسبة للشحن بين عشية وضحاها في المنزل أو المكاتب.
شحن سريع: عادة 20-50kW ، وتستخدم في المناطق التجارية ومراكز التسوق. أسرع من الشحن البطيء ومفيد للشحن على المدى القصير.
شحن فائق السرعة: عادة ما يزيد عن 100 كيلو واط ، ويصل إلى 350 كيلو واط أو أكثر. مناسبة للسفر لمسافات طويلة ، مما يتيح الشحن السريع للبطاريات ذات السعة الكبيرة.
يعتمد وقت الشحن على سعة البطارية وطاقة الشاحن وحالة شحن البطارية (SOC). صيغة الحساب هي:
وقت الشحن (ساعات) = سعة البطارية (كيلوواط ساعة) ÷ شاحن الطاقة (كيلوواط)
على سبيل المثال ، إذا كان EV يحتوي على بطارية 50kWh ويستخدم شاحن سريع 50kW ، فإن وقت الشحن يكون حوالي 1 ساعة. ومع ذلك ، قد يختلف وقت الشحن اعتمادًا على SOC واستراتيجيات الشحن. بشكل عام ، يكون الشحن أسرع في المراحل المبكرة ويتباطأ عندما يقترب SOC من الامتلاء لحماية عمر البطارية.
عند اختيار محطة شحن ، ضع في اعتبارك العوامل التالية للتأكد من أنها تلبي احتياجاتك.
لشحن المنزل أو المكتب ، يكون شاحن التيار المتردد مناسبًا ، مع تكلفة تركيب أقل وشحن هادئ طويل الأمد. للسفر المتكرر أو عمليات الشحن السريعة ، تعد أجهزة الشحن DC أكثر ملاءمة بفضل سرعتها.
تؤثر طاقة الشاحن بشكل مباشر على وقت الشحن. تعمل الطاقة الأعلى على تقليل الوقت ولكنها تزيد من تكاليف التركيب والتشغيل. بالنسبة للأسر ، فإن شواحن التيار المتردد 3.5-7kW كافية بشكل عام. للشحن السريع المتكرر ، يوصى بـ 20-50kW. بالنسبة للشحن لمسافات طويلة أو الشحن العاجل ، فإن أجهزة الشحن فائقة السرعة (100kW +) هي الأفضل ، على الرغم من أنها أقل شيوعًا وتتطلب توافقًا أعلى للبطارية والمنفذ.
السلامة أمر بالغ الأهمية. تأكد من أن أجهزة الشحن تتمتع بحماية شاملة مثل التيار الزائد ، والجهد الزائد ، والدائرة القصيرة ، وحماية الطفرة. يجب أن تكون العلب مقاومة للماء والغبار. يجب أن تكون بنادق وكابلات الشحن قوية وموثوقة.
قد تتطلب ماركات ونماذج EV المختلفة واجهات أو بروتوكولات اتصال محددة. تأكد من أن الشاحن يطابق EV الخاص بك. من الأفضل استشارة الشركة المصنعة للسيارة أو مورد الشاحن قبل الشراء.
كمعدات إلكترونية ، قد تواجه أجهزة الشحن مشاكل أثناء الاستخدام. يضمن اختيار مورد مع خدمة موثوقة بعد البيع الإصلاح والاستبدال في الوقت المناسب. تحقق من شروط الضمان ووقت استجابة الخدمة وتوافر قطع الغيار.
باختصار ، محطات شحن المركبات الكهربائية ليست فقط بنية تحتية مهمة تدعم تطوير مركبات الطاقة الجديدة ولكنها أيضًا أساسية لضمان الراحة والسلامة لمالكي المركبات الكهربائية. من خلال فهم تكوين النظام ومبادئ العمل وطرق الشحن وأنواعه ، يمكن للمستخدمين اتخاذ خيارات مستنيرة بناءً على احتياجاتهم وسيناريوهاتهم. تضمن عوامل الموازنة مثل شحن الطاقة والوقت والسلامة والتوافق وخدمة ما بعد البيع شحنًا فعالًا وآمنًا واقتصاديًا ، مما يعزز اعتماد المركبات الكهربائية وتحقيق التنقل الأخضر.
