كيفية شحن المركبات الكهربائية الهجينة (PHEVs)

تتميز المركبات الكهربائية الهجينة الموصولة بالكهرباء (PHEVs) ، كنوع جديد من مركبات الطاقة الموضوعة بين المركبات الكهربائية النقية (EVs) ومركبات الوقود التقليدية ، بوجود نظامين للطاقة: يمكن تشغيلهما على طاقة البطارية مثل EV والقيادة على محرك احتراق داخلي مثل السيارة التقليدية. يتمثل الاختلاف الرئيسي عن المركبات الهجينة العادية (HEVs) في أن PHEVs مجهزة ببطاريات ودعم أكبر سعة شحن EV مصادر الطاقة الخارجية.

يوفر هذا التصميم PHEVs بمزايا فريدة: بالنسبة للتنقلات القصيرة في المناطق الحضرية ، يمكنهم الاعتماد كليًا على الكهرباء ، وتحقيق صفر انبعاثات واستهلاك صفر للوقود ؛ للسفر لمسافات طويلة ، يمكنهم التبديل إلى الوضع الهجين ، مما يلغي بشكل فعال قلق النطاق. حاليًا ، تقدم معظم PHEVs الموجودة في السوق نطاقًا كهربائيًا خالصًا يزيد عن 50 كيلومترًا ، وهو ما يكفي عمومًا للتنقل اليومي.

ومع ذلك ، للاستفادة الكاملة من قدرة القيادة المرنة هذه ، من الضروري إتقان طرق الشحن الصحيحة. ال PHEV الشحن النظام أكثر تعقيدًا مما يتخيله الكثير من الناس ، حيث يتضمن مكونات تقنية متعددة مثل الشاحن الموجود على متن الطائرة (OBC) ونظام الإدارة الحرارية وإدارة الطاقة عالية الجهد. إن فهم هذه المبادئ لا يساعد المالكين على استخدام السيارة بشكل أكثر كفاءة فحسب ، بل يطيل أيضًا عمر البطارية ويقلل من تكاليف التشغيل.

نظرًا لأن PHEVs تحتاج إلى تجديد الطاقة من مصادر الطاقة الخارجية ، فإن السؤال الرئيسي الذي يطرح نفسه هو: توفر المنافذ المنزلية 220V AC ، بينما تخزن بطاريات السيارات طاقة DC ؛ كيف هذين الشكلين المختلفين من واجهة الكهرباء ؟ يقودنا هذا إلى المكون الأساسي لنظام شحن PHEV: الشاحن الموجود على متن الطائرة (OBC) ، والذي يحول طاقة التيار المتردد الخارجية إلى طاقة التيار المستمر التي يمكن للبطارية تخزينها. إنه مركز تحويل طاقة لا غنى عنه في عملية الشحن.

الشاحن على متن الطائرة (OBC) هو المكون المركزي لنظام شحن PHEV. وظيفتها بسيطة ولكنها حاسمة: تحويل التيار المتردد الخارجي (AC) إلى تيار مباشر (DC) يمكن للبطارية تخزينه. سواء كنت تستخدم منفذًا منزليًا بجهد 220 فولت أو محطة شحن مخصصة ، يجب أن يمر التيار عبر OBC قبل دخول البطارية.

يتيح وجود OBC الشحن المنزلي لـ PHEVs. يمكن للمالكين ببساطة استخدام كابل الشحن المحمول المزود بالمركبة وتوصيله بمنفذ منزلي منتظم لإعادة الشحن. هذه الراحة هي واحدة من العوامل الرئيسية التي تجذب المستهلكين إلى PHEVs.

أثناء التشغيل ، يواجه OBC تحديات حرارية كبيرة. يولد تحويل الطاقة الحرارة بطبيعته ، وكلما زادت سرعة الشحن ، يتم إنتاج المزيد من الحرارة. بدون تبريد كافٍ ، يمكن أن تقلل درجات الحرارة المرتفعة من كفاءة OBC وتقصير عمرها الافتراضي.

PHEVs لديها أنظمة إدارة حرارية أكثر تعقيدًا من EVs النقية. في السيارات الهجينة العادية ، تأتي الكهرباء بشكل أساسي من المحرك الذي يقود المولد أو من الكبح المتجدد ، مع مستويات طاقة منخفضة نسبيًا. ومع ذلك ، يجب أن تنسق PHEV OBCs مع أجهزة الشحن الخارجية ومحولات DC / DC ذات الجهد العالي إلى المنخفض والمحركات والمحولات. غالبًا ما تشترك هذه المكونات في نظام تبريد متسلسل ، مما يزيد الطلب على نظام التبريد.

يتطلب تصميم OBC حسابات دقيقة لتوليد الحرارة ومقاومة التدفق تحت قوى شحن مختلفة. تتطلب OBCs التي تدعم الشحن السريع عالي الطاقة مشعات أكبر وأنظمة دوران سائل التبريد لضمان درجات حرارة تشغيل آمنة تحت الأحمال الثقيلة.

عادة ما تكون بطاريات PHEV أصغر من تلك الموجودة في EVs النقية ، مما يخلق مفاضلة في التصميم: إما اختيار طاقة شحن أقل مع وقت شحن أطول ، أو طاقة شحن أعلى لشحن أسرع. تؤثر الخيارات المختلفة بشكل مباشر على متطلبات التبريد OBC.

الشحن البطيء منخفض الطاقة له متطلبات تبريد أقل وتكاليف أقل للنظام ولكن قد يستغرق 6-8 ساعات أو أكثر لشحنه بالكامل. يمكن أن يقلل الشحن السريع عالي الطاقة بشكل كبير من وقت الشحن (عادةً من ساعة إلى ساعتين) ولكنه يتطلب أنظمة تبريد أكثر تقدمًا ومكونات إلكترونية عالية المواصفات ، مما يزيد التكاليف.

حاليا ، تستخدم معظم PHEVs في السوق OBCs مصنفة في 3.3kW أو 6.6kW. يعمل الإصدار 3.3kW مع منفذ منزلي قياسي ، وهو أبطأ ، ولكنه أرخص. يضاعف الإصدار 6.6kW سرعة الشحن ولكنه يتطلب عمومًا محطة شحن مخصصة ونظام تبريد أكثر قوة.

نظرًا لأن OBC هو مكون تحويل الطاقة الأساسي ويحدد تصميم التبريد الخاص به استقرار وعمر نظام الشحن ، فإن السؤال الأكثر عملية للمالكين هو: ما هي الطرق المتاحة لشحن PHEV ؟ ما هي الخصائص والاحتياطات لكل طريقة ؟ أدناه ، نوضح بالتفصيل طريقتين لشحن PHEV الأكثر شيوعًا: الطاقة المنزلية 220V ومحطات الشحن المخصصة.

يعد الشحن عبر منفذ 220 فولت منزلي هو الطريقة الأكثر ملاءمة والأكثر استخدامًا لمالكي PHEV. العملية واضحة ومباشرة: استخدم كابل الشحن المحمول الذي يأتي مع السيارة وقم بتوصيله بمنفذ تيار متردد أحادي الطور 220 فولت لبدء الشحن.

الاحتياطات الرئيسية:

• منفذ للماء: قد يستغرق الشحن عدة ساعات ، وقد تهطل الأمطار. تمنع المنافذ المقاومة للماء دخول الماء الذي قد يتسبب في حدوث دوائر قصيرة أو صدمات كهربائية. إذا كان مكان وقوف السيارات في الهواء الطلق ، فقم بتركيب منفذ مخصص مقاوم للماء.
• تحميل الدائرة كافية: على الرغم من أن طاقة الشحن المنزلية متواضعة (عادة 2-3kW) ، يجب أن تتعامل الأسلاك مع الحمل المستمر. قد يكون للمنازل القديمة أسلاك قديمة ، مما يشكل مخاطر على السلامة. يجب على كهربائي محترف فحص الدوائر وترقيتها إذا لزم الأمر.
• أسس موثوقة: السلك الأرضي أمر بالغ الأهمية للسلامة في حالة التسرب. لا تستخدم منافذ أو محولات ثنائية الشق غير مؤرضة.
• وقت الشحن الطويل: يستغرق الشحن المنزلي 220 فولت عادة 5-8 ساعات حسب سعة البطارية. يوصى بالشحن طوال الليل خلال ساعات الذروة لتوفير المال وضمان توفر السيارة في اليوم التالي.

توفر محطات الشحن المخصصة كفاءة أعلى ، مثالية لمواقف السيارات العامة أو أماكن العمل أو مناطق خدمة الطرق السريعة. تزود المحطات طاقة التيار المتردد أو التيار المستمر (حسب النوع) وتتصل بالمركبة عبر واجهة مخصصة.

• مزايا: عادةً ما توفر محطات التيار المتردد 7 كيلو واط أو أكثر ، مما يقلل الشحن إلى 1-2 ساعات. يمكن شحن بعض PHEVs سريعة الشحن DC بشكل أسرع. تتميز المحطات بالجهد الزائد والتيار الزائد وحماية التسرب ، وعادة ما يتم تثبيتها في أماكن مخصصة. تدعم العديد من المحطات البطاقة أو رمز الاستجابة السريعة أو تنشيط التطبيق وتسمح بالمراقبة في الوقت الفعلي لتقدم الشحن والتكاليف.
• توصية الاستخدام: في حين أن الشحن المنزلي مريح واقتصادي ، يُنصح مالكو PHEV باستخدام محطات مخصصة بشكل دوري. يوفر الشحن السريع الوقت ويتيح دورات شحن وتفريغ أكثر اكتمالاً ، مما يحافظ على نشاط البطارية. بالنسبة للمالكين الذين ليس لديهم مكان خاص لوقوف السيارات أو شحن منزلي ، فإن المحطات العامة ضرورية.

سواء كنت تستخدم منفذًا منزليًا أو محطة مخصصة ، فإن شحن PHEV يحول الطاقة الخارجية بشكل أساسي عبر OBC إلى بطارية عالية الجهد. لماذا تستخدم PHEVs أنظمة الجهد العالي من 300V-400V أو أكثر ؟ يعمل تصميم الجهد العالي هذا على تحسين كفاءة الشحن ولكنه يثير أيضًا مخاوف تتعلق بالسلامة. الموازنة بين الكفاءة والسلامة أمر أساسي للتصميم الكهربائي PHEV.

تستخدم PHEVs الحديثة بشكل عام أنظمة 300V-400V أو أعلى من أجل الكفاءة. وفقًا لصيغة الطاقة P = UI (الطاقة = الجهد × التيار) ، فإن زيادة الجهد تقلل التيار لنفس الطاقة. يقلل التيار المنخفض من فقدان الحرارة في الأسلاك (Q = IRt) ، مما يحسن كفاءة تحويل الطاقة بشكل عام.

على سبيل المثال ، يتطلب قيادة ضاغط تكييف الهواء عالي الطاقة بنظام 12 فولت تقليدي تيارًا عاليًا للغاية وأسلاكًا سميكة ويسبب فقدًا كبيرًا للحرارة. تعمل أنظمة الجهد العالي على تقليل التيار والسماح بأسلاك أرق وزيادة الكفاءة. وبالمثل ، تستفيد المحركات عالية الطاقة مثل السخانات الكهربائية ومضخات المياه من التشغيل عالي الجهد.

الفولتية فوق 300V تتجاوز حدود السلامة البشرية (36V) ، لذلك تسرب أو فشل العزل يمكن أن يسبب صدمات كهربائية خطيرة. PHEVs توظيف تدابير السلامة متعددة:

• مراقبة العزل: تراقب باستمرار خطوط الجهد العالي ؛ تنبيهات وقطع إذا انخفض العزل.
• عالية الجهد التعشيق: تحتوي جميع موصلات HV على أقفال تعمل على قطع الطاقة إذا تمت إزالتها أو تخفيفها.
• قطع تحطم: في حالات الاصطدام ، تقوم وحدة التحكم في الوسادة الهوائية بإيقاف تشغيل طاقة الجهد العالي على الفور لمنع نشوب حريق أو صدمة.
• مفتاح الصيانة: يسمح بالفصل اليدوي لطاقة الجهد العالي أثناء الخدمة لسلامة الفنيين.

تزيد هذه الحماية من تكلفة السيارة ، حيث تتطلب مكونات الجهد العالي تصنيعًا دقيقًا ورقابة صارمة على الجودة ، ولكنها ضرورية لسلامة الركاب.

من الناحية العملية ، نادرًا ما يشحن بعض المالكين ، باستخدام PHEV بشكل أساسي كمركبة وقود تقليدية ، بينما قد يقود البعض الآخر كهربائيًا فقط لتوفير الوقود. هل هذه التطرفات ممكنة وما هي العواقب ؟ هل البنزين في الخزان تنتهي صلاحيته ؟

قد لا يتم توصيل العديد من المالكين الذين لديهم وصول شحن غير مريح. من الناحية الفنية ، لن يؤدي ذلك إلى إتلاف السيارة على الفور ، حيث تتمتع PHEVs بحماية ذاتية قوية. عندما ينخفض شحن البطارية إلى مستوى معين (عادةً 15 ٪ -30 ٪) ، يقوم النظام بتشغيل "وضع الحفاظ على البطارية" ، حيث يقوم المحرك بتشغيل المولد لإعادة شحن البطارية ، مما يمنع التفريغ الزائد.

زيادة استهلاك الوقود: الشحن الذي يحركه المحرك ("من الزيت إلى الكهرباء") غير فعال ، ويتجاوز أحيانًا استخدام الوقود في المركبات التقليدية.

تدهور البطارية: تعاني بطاريات الليثيوم إذا تم الاحتفاظ بها في حالات شحن عالية أو منخفضة ؛ يحافظ ركوب الدراجات المنتظم على صحة البطارية.

فقدان المنفعة البيئية: بدون شحن ، يتم فقدان قيادة EV لمسافات قصيرة وتقليل الانبعاثات.

بالنسبة لمستخدمي الكهرباء في الغالب ، قد يتحلل البنزين في الخزان بمرور الوقت. يستمر بنزين الإيثانول حوالي شهر واحد ، والبنزين العادي حوالي 3 أشهر. للتخفيف:

• فقط إضافة كمية صغيرة (50-100 يوان) للنسخ الاحتياطي.
• قم بالقيادة في الوضع الهجين كل شهر إلى شهرين لاستهلاك الوقود القديم والحفاظ على المحرك.
• فحص نظام الوقود بانتظام ؛ استبدل البنزين في حالة ظهور مشكلات في البدء أو الطاقة.

أنظمة شحن PHEV معقدة ، وتشمل إلكترونيات الطاقة والإدارة الحرارية وسلامة الجهد العالي. يساعد فهم عملية OBC وإتقان الشحن المناسب ومعرفة تصميمات السلامة ذات الجهد العالي المالكين على زيادة ميزة "الكهرباء والوقود". للاستخدام اليومي ، قم بإنشاء فرص الشحن وحافظ على عادة الشحن المنتظمة. هذا يقلل من التكاليف والانبعاثات ويحافظ على صحة البطارية ويطيل عمر السيارة. أيضًا ، راقب العمر الافتراضي للوقود لتجنب تدهور البنزين الذي يؤثر على أداء المحرك. مع التحسين المستمر للبنية التحتية للشحن وتكنولوجيا البطاريات ، سيصبح استخدام PHEV مناسبًا بشكل متزايد. يتيح لك إتقان مبادئ الشحن هذه الاستمتاع الكامل بالسفر الأخضر في عصر الطاقة الجديد.