إذا كنت تمتلك سيارة كهربائية تعمل بالبطارية (EV) ، فربما تكون قد واجهت هذا الموقف المحبط: تبدأ في الشحن في نفس المحطة مع سائق آخر ، ومع ذلك يتم فصلها وتركها بينما لا تزال سيارتك تشحن ببطء. أو ربما تستخدم ملف شاحن سريع، ولكن بينما يصل شخص آخر إلى أكثر من 100 كيلوواط ، فإن سيارتك تسحب بضع عشرات من الكيلوواط فقط. إذا كان من المفترض أن يكون "الشحن السريع" ، فلماذا تشعر أحيانًا بالبطء ؟

الجواب ليس بسيطا. تتأثر سرعة شحن المركبات الكهربائية بعوامل متعددة ، بما في ذلك محطة الشحن والمركبة نفسها وحالة البطارية ودرجة الحرارة المحيطة. دعنا نقسم هذه بالتفصيل لمساعدتك على فهم ما يؤثر بشكل كامل شحن EV أداء.

لفهم سرعة الشحن ، ابدأ بصيغة بسيطة:

• شحن الطاقة = الجهد × الحالي

كلما زاد الجهد والتيار اللذان يوفرهما الشاحن ، زادت الطاقة - وكلما كان وقت الشحن أقصر.

تنقسم محطات الشحن اليوم عمومًا إلى فئتين:

• شواحن المستوى 2 / AC (الشحن البطيء): تستخدم أجهزة الشحن هذه تيارًا متناوبًا 220 فولت وعادةً ما توفر ما بين 3.5 كيلو واط و 7 كيلو واط. يستغرق شحن السيارة ببطارية 70 كيلو واط في الساعة حوالي 10 ساعات. بسيطة ومضغوطة من الناحية الهيكلية ، وغالبًا ما تشبه صندوق عداد كهربائي صغير مثبت على الحائط.
• DC شواحن سريعة: توفر أجهزة الشحن هذه تيارًا مباشرًا بجهد 380 فولت أو أعلى ، مع مخرجات طاقة تتراوح من 60 كيلو واط إلى 250 كيلو واط. يمكن شحن نفس البطارية التي تبلغ 70 كيلو واط في الساعة في غضون ساعة واحدة تقريبًا. تكون أجهزة الشحن السريعة أكبر بكثير - غالبًا ما تكون بحجم الثلاجة - لأنها تدمج أنظمة transformer-rectifier المعقدة ومعدات التبريد.

كانت للمركبات الكهربائية المبكرة سعة بطارية تبلغ حوالي 20 كيلو واط في الساعة ، مما يجعل شاحن التيار المستمر 10 كيلو واط يعتبر سريعًا. اليوم ، مع وصول البطاريات السائدة إلى 70 كيلو واط في الساعة (حوالي 500 كم من المدى) ، فإن 10 كيلو واط بطيئة الشحن بشكل فعال ، وتتطلب 7-8 ساعات للشحن الكامل. ونتيجة لذلك ، زادت قوة الشاحن بشكل مطرد ، حيث توفر أجهزة الشحن السريعة الشائعة الآن 60-120 كيلو واط ونماذج فائقة السرعة تتجاوز 250 كيلو واط.

حتى عند استخدام شاحن سريع ، قد لا ترقى سرعات العالم الحقيقي إلى مستوى التوقعات. هناك عاملان أساسيان يفسران ذلك.

يفترض الكثير من الناس أن محطة الشحن تملي السرعة ، ولكن في الواقع ، فإن السيارة هي صانع القرار بينما يستجيب الشاحن بشكل سلبي.

• أقصى شحن الطاقة كاب: كل مركبة لديها حد شحن محدد من قبل الأجهزة. إذا كانت سيارتك تدعم 120 كيلو واط كحد أقصى ، فإن توصيلها بشاحن 250 كيلو واط لن يدفعها إلى ما بعد هذا الحد.
• نظام إدارة البطارية (بمس): يعمل بمس بمثابة "الدماغ" البطارية ، ومراقبة درجة الحرارة والجهد والتيار. إذا كان الكشف عن ظروف غير طبيعية ، فإنه يقلل تلقائيا الشحن الحالي لحماية البطارية. عندما يتباطأ الشحن ، فإنه غالبا ما تكون السيارة حماية نفسها.
• الاختلافات بروتوكول الشحن: تستخدم الشركات المصنعة المختلفة بروتوكولات اتصال مختلفة. إذا كان التوافق محدودًا ، فلن يتمكن الشاحن والمركبة من "التواصل بسلاسة" ، مما يقيد توصيل الطاقة. هذا ما يفسر لماذا يمكن لسيارتين في نفس الشاحن تجربة سرعات مختلفة إلى حد كبير.

سرعة الشحن ليست ثابتة - فهي تتبع عادةً منحنى بطيء - سريع - بطيء:

• SOC 10 ٪ -60 ٪أسرع الشحن ؛ يمكن للبطارية قبول التيار العالي.
• SOC 60 ٪ -80 ٪: تنخفض السرعة تدريجياً مع تيار حدود BMS.
• فوق 80 ٪: يتباطأ الشحن بشكل كبير لمنع الشحن الزائد وتلف البطارية.

صحة البطارية (حالة الصحة ، أو SOH) مهمة أيضًا. مع تقدم عمر البطاريات ، ترتفع المقاومة الداخلية ، مما يدفع BMS إلى تقليل طاقة الشحن القصوى. وبالتالي ، قد يتم شحن EV البالغ من العمر ثلاث سنوات بشكل أبطأ بشكل ملحوظ من واحدة جديدة.

البطاريات حساسة للغاية لدرجة الحرارة ، مما يجعلها سببًا رئيسيًا لتقلبات الشحن.

• حماية البرد: في فصل الشتاء ، يمكن أن يترسب الليثيوم المعدني داخل البطارية ، مما يؤدي إلى إبطاء انتشار أيونات الليثيوم بشكل كبير. كان على مالكي المركبات الكهربائية الأوائل أحيانًا "تسخين" سياراتهم عن طريق القيادة قبل الشحن. غالبًا ما تشتمل المركبات الحديثة على أنظمة تسخين البطارية ، لكن تسخين البطارية يستهلك الوقت والطاقة.
• خفض الطاقة الناجمة عن الحرارة: الحرارة الزائدة مشكلة بنفس القدر. عندما تتجاوز درجات حرارة البطارية النطاق الأمثل (حوالي 20 درجة مئوية - 40 درجة مئوية) ، يتباطأ نقل الإلكتروليت ، مما يجبر النظام على تقليل طاقة الشحن. هل تسمع ضوضاء المروحة العالية أثناء الشحن السريع ؟ إنه نظام التبريد الذي يعمل بجد لتبديد الحرارة.
• مثال العالم الحقيقي: مركبتان متطابقتان تستخدمان نفس الشاحن. واحد قد قاد للتو 20 كم ؛ أكمل الآخر رحلة على الطريق السريع بطول 200 كيلومتر. قد يتم شحن البطارية الأكثر سخونة في الأخير بمستوى طاقة أقل ، مما يستغرق وقتًا أطول للوصول إلى السعة الكاملة.

خارج السيارة ، تختلف محطات الشحن نفسها بشكل كبير.

• تصنيفات الطاقة المختلفة: تتراوح أجهزة الشحن السريعة من 60 كيلو واط إلى 250 كيلو واط. إذا كانت سيارتك تدعم 120 كيلو واط ، فستحصل على 60 كيلو واط فقط على شاحن 60 كيلو واط - ولا يزال 120 كيلو واط فقط على وحدة 250 كيلو واط. تتطلب السرعة المثلى مطابقة قدرة السيارة مع خرج الشاحن.
• تقاسم السلطة: في المحطات المزدحمة ، يمكن تقسيم الطاقة الإجمالية بين مركبات متعددة. قد يوفر الشاحن القادر على 120 كيلو واط 60 كيلو واط فقط لكل سيارة عند توصيل مركبتين.
• تحميل الشبكة: تعتمد شبكات الشحن على شبكة الطاقة العامة. خلال ذروة الطلب على الكهرباء ، قد يكون الإنتاج محدودًا تلقائيًا. هذا هو السبب في أن العديد من السائقين يختارون الشحن الليلي خارج أوقات الذروة.
• حالة المعدات: قد تعاني أجهزة الشحن القديمة من تدهور الطاقة أو سوء التبريد ، مما يجبرها على خنق الإنتاج. توفر المحطات الأحدث التي يتم صيانتها جيدًا تجربة أفضل.

لماذا تكون شواحن التيار المتردد صغيرة ومتسقة ، بينما تكون شواحن التيار المستمر السريعة كبيرة ومتغيرة ؟ الجواب يكمن في مبادئ التشغيل الخاصة بهم.

• AC الشحن: توفر المحطة بشكل أساسي طاقة التيار المتردد والاتصالات. الشاحن الحقيقي هو الشاحن الموجود على متن السيارة (OBC) داخل السيارة ، والذي يحول التيار المتردد إلى التيار المستمر للبطارية. لذلك ، تعتمد سرعة الشحن كليًا على تصميم السيارة ، وليس المحطة. طالما أن المنفذ يوفر الطاقة ، فإن أي شاحن تيار متردد سيوفر نفس السرعة لسيارتك.
• DC شحن سريع: هنا ، يحتوي الشاحن على مصدر طاقة عالي ويوصل التيار المستمر مباشرة إلى البطارية. تعتمد سرعة الشحن على كل من خرج الشاحن وقدرة قبول البطارية - فكلما ارتفع كل منهما ، زادت سرعة الشحن.

وهذا يفسر السبب:

• يمكن أن تكون شواحن التيار المتردد مضغوطة.
• يجب أن تكون أجهزة الشحن السريعة للتيار المستمر كبيرة لإيواء إلكترونيات الطاقة وأنظمة التبريد.
• سرعات شحن التيار المتردد متسقة عبر المحطات.
• تختلف سرعات شحن التيار المستمر لأنها تعتمد على تنسيق الشاحن والمركبة.

على المستوى الفني ، تؤثر مواد الكاثود بشكل أساسي على سرعة الشحن.

معدل انتشار الليثيوم أيون: يشمل الشحن أيونات الليثيوم التي تترك الأنود ، وتعبر الفاصل والكهارل ، وتضمينها في الكاثود. تحدد سرعة الانتشار الحد الأعلى لأداء الشحن.

الاختلافات المادية: ليثيوم فوسفات الحديد (لفب): انخفاض التكلفة وعمر طويل ولكن أضعف أداء درجات الحرارة المنخفضة. عند 0 درجة مئوية ، تنخفض السعة إلى حوالي 60-70 ٪ ، وعند -20 درجة مئوية قد تنخفض إلى 20-40 ٪.

الليثيوم الثلاثي (NCM / NCA): كثافة طاقة أعلى وشحن أسرع ، مما يجعله الخيار المفضل للعديد من المركبات سريعة الشحن.

معدل الشحن (C- معدل):

• مقياس رئيسي يصف السرعة.
• 1C: رسوم كاملة في ساعة واحدة
• 2C: حوالي 30 دقيقة

تدعم معظم بطاريات الليثيوم الحديثة شحن 1C-3C ، مع وصول الطرز المتطورة إلى 5 درجات مئوية - لا تزال أقل من معدلات التفريغ التي يمكن أن تتجاوز 10 درجات مئوية.

مفاضلة التصميم: في حين أن التيار العالي يمكن أن يسرع الشحن نظريًا ، فإن التيار المفرط يتسبب في تأخر انتشار أيونات الليثيوم عن نقل الإلكترون ، مما يؤدي إلى الإجهاد الداخلي ، وفقدان السعة ، وحتى الهروب الحراري. لذلك يتطلب الشحن السريع موازنة السرعة والعمر والسلامة.

لتحسين تجربة الشحن ، ضع في اعتبارك هذه التوصيات:

لا يتطلب التنقل اليومي شحنًا كاملاً - 80 ٪ -90 ٪ يوفر الوقت ويحمي البطارية.

تجنب ترك انخفاض الشحن أقل من 10 ٪ بشكل متكرر ؛ التفريغ العميق المتكرر يضر بصحة البطارية.

في الرحلات الطويلة ، خطط للشحن ضمن نطاق 20 ٪ -80 ٪ لتجاوز المرحلة النهائية البطيئة.

في فصل الشتاء ، قم بالقيادة لفترة وجيزة قبل الشحن إن أمكن لتدفئة البطارية.

في الصيف ، تجنب الشحن السريع فورًا بعد التعرض لأشعة الشمس لفترات طويلة ؛ اركن سيارتك في الظل أو اترك البطارية لتبرد أولاً.

في المناطق شديدة البرودة ، امنح الأولوية للمركبات ذات ميزات تسخين البطارية.

تعرف على قوة الشحن القصوى لسيارتك وحدد أجهزة الشحن السريعة المتوافقة.

تفضل المحطات الأحدث ذات سعة طاقة أعلى.

تجنب ساعات الذروة عندما تقوم مركبات متعددة بتقسيم الطاقة المتاحة.

استخدم الشحن البطيء للاحتياجات الروتينية والشحن السريع بشكل أساسي عند الضرورة لإطالة عمر البطارية.

راقب صحة البطارية (SOH) واضبط التوقعات مع تقدم عمر السيارة.

تعد سرعة شحن المركبات الكهربائية تحديًا معقدًا للأنظمة يتضمن طاقة الشاحن وتصميم السيارة وحالة البطارية ودرجة الحرارة البيئية وحمل الشبكة. بمجرد فهم هذه المبادئ ، يتضح سبب عدم سرعة "الشحن السريع" دائمًا ، وكيفية التخطيط لاستراتيجيات شحن أكثر ذكاءً.

بعبارات بسيطة: يحدد الشاحن السقف النظري ، وتحدد السيارة المعدل الفعلي ، وتتحكم حالة البطارية في السرعة اللحظية ، وتحكم البيئة الاستقرار. فقط عندما يتم محاذاة الأربعة يمكن تحقيق الشحن الفعال حقًا.

مع تقدم التكنولوجيا ، ستستمر تجارب الشحن في التحسن. بالنسبة للسائقين ، فإن فهم سيارتك واختيار الشاحن المناسب واعتماد عادات الشحن العلمية هي مفاتيح الحصول على أفضل أداء من المركبات الكهربائية اليوم.