السيارة الكهربائية قيد التشغيل

نظرًا لأن العالم يستعد لإطلاق ثورة المركبات الكهربائية ، فلا يزال من الصحيح أن معدل التكيف بطيء. السيارات الكهربائية (EVs) على الرغم من كونها وسيلة نقل أكثر مراعاة للبيئة وأكثر سلاسة وأرخص تكلفة ، لا يبدو أنها عملية حتى الآن. والسبب كلمتين ، التكلفة والنظام البيئي. يتم تسعير السيارات الكهربائية حاليًا بشكل متساوٍ مع سيارات البنزين مما يجعلها خيارًا أقل أهمية للمشترين ، ومن المتوقع أن يؤدي التقدم في تكنولوجيا البطاريات والخطط الحكومية إلى خفض تكلفة المركبات الكهربائية في المستقبل.

الجزء الثاني هو أنه لا يوجد نظام بيئي مناسب للمشترين لاستخدام سيارة كهربائية دون الكثير من المتاعب. مع "النظام البيئي" ، أشير إلى محطات الشحن لشحن مركبتك الكهربائية عند نفاد طاقة البطارية. تخيل أنك تستخدم سيارة تعمل بالبنزين عندما لا يكون لديك محطات وقود في مدينتك والمكان الوحيد الذي يمكنك إعادة تعبئته هو منزلك ، إضافة إلى أنك ستحتاج ما لا يقل عن 6-8 ساعات لشحن EV نموذجي. أقرت العديد من الشركات مثل Tesla و EVgo و charge point وما إلى ذلك بالفعل بهذه المشكلة من خلال إنشاء محطات شحن في جميع أنحاء البلاد. مع دول مثل هولندا ، التي وعدت بالتخلي عن محرك البنزين بحلول عام 2035 ، فمن المؤكد أنه سيتم استبدال طرق المستقبل بمركبات كهربائية على محركات الاحتراق الداخلي وستظهر الكثير من محطات شحن المركبات الكهربائية من حولنا.

لكن كيف تعمل محطات شحن المركبات الكهربائية ؟ هل يمكن لمحطة شحن واحدة شحن جميع أنواع المركبات الكهربائية؟ ما هي أنواع شاحن السيارة الكهربائية ؟ ما هي البروتوكولات المتبعة لشواحن المركبات الكهربائية؟ سنناقش في هذه المقالة الإجابة عن كل هذه الأسئلة ونفهم أيضًا ما يشكل محطة شحن السيارة الكهربائية والأنظمة الفرعية التي تقف خلفها. قبل المضي قدمًا ، يجب أن تقرأ عن البطاريات المستخدمة في السيارة الكهربائية وكيف يعمل نظام إدارة البطارية داخل السيارة الكهربائية.

معدات إمداد المركبات الكهربائية (EVSE)

تسمى المعدات التي تشكل محطة شحن السيارة الكهربائية مجتمعة باسم معدات إمداد المركبات الكهربائية (EVSE). المصطلح أكثر شيوعًا ، ولا يشير إلا إلى محطات الشحن. يشير إليها بعض الأشخاص أيضًا باسم ECS والتي تعني محطة الشحن الكهربائية.

تم تصميم وهندسة EVSE لشحن حزمة بطارية باستخدام الشبكة لتوصيل الطاقة ؛ قد تكون مجموعات البطاريات هذه موجودة في سيارة كهربائية (EV) أو في مركبة كهربائية (PEV). ستختلف الطاقة والموصل والبروتوكول لهذه EVSE بناءً على تصميمها الذي سنناقشه في هذه المقالة.

شواحن على متن الطائرة ومحطات شحن

قبل أن نخطو إلى محطات الشحن ، من المهم أن نفهم ما هو موجود داخل EV والجزء الذي سيتم توصيل الشاحن به. تأتي معظم المركبات الكهربائية اليوم مزودة بشاحن على متن الطائرة (OBC) وتوفر الشركة المصنعة أيضًا شاحنًا مع السيارة. يمكن للعميل استخدام أجهزة الشحن هذه جنبًا إلى جنب مع الشاحن الموجود على متن الطائرة لشحن سيارته الكهربائية من مأخذ الطاقة بالمنزل بمجرد وصوله إلى المنزل. لكن أجهزة الشحن هذه أساسية جدًا ولا تأتي مع أي ميزات متقدمة ، وبالتالي تستغرق عادةً حوالي 8 ساعات لشحن EV نموذجي.

أنواع محطات شحن المركبات الكهربائية (EVSE)

يمكن تصنيف محطات الشحن على نطاق واسع إلى نوعين ، محطة شحن التيار المتردد ومحطة شحن التيار المستمر.

توفر محطة شحن التيار المتردد كما يوحي الاسم طاقة التيار المتردد من الشبكة إلى EV والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى DC باستخدام الشاحن الموجود على متن السيارة لشحن السيارة. تسمى هذه الشواحن أيضًا أجهزة الشحن المستوى 1 والمستوى 2 والتي تستخدم في الأماكن السكنية والتجارية. تتمثل ميزة محطة شحن التيار المتردد في أن الشاحن الموجود على اللوحة سينظم الجهد والتيار على النحو المطلوب للمركبة الكهربائية ، وبالتالي ليس من الضروري أن تتصل محطة الشحن بالمركبة الكهربائية. العيبهي طاقة الخرج المنخفضة التي تزيد من وقت الشحن يظهر نظام شحن التيار المتردد النموذجي في الصورة أدناه. كما يمكننا أن نرى أن التيار المتردد من الشبكة يتم توفيره مباشرة إلى OBC من خلال EVSE ، ثم يقوم OBC بتحويله إلى DC وشحن البطارية من خلال BMS. يُستخدم سلك الطيار لاستشعار نوع الشاحن المتصل بالمركبة الكهربائية وضبط تيار الإدخال المطلوب لـ OBC. سنناقش المزيد حول هذا لاحقًا.

A DC شحن محطة يحصل AC شكل قوة الشبكة وتحولها إلى DC الجهد والاستخدامات لها تهمة حزمة البطارية مباشرة من قبل كل تمرير على متن شاحن (OBS). تنتج هذه الشواحن عادةً جهدًا عاليًا يصل إلى 600 فولت والتيار حتى 400 أمبير مما يتيح شحن EV في أقل من 30 دقيقة مقارنة بـ8-16 ساعة على شاحن التيار المتردد. تسمى هذه أيضًا أجهزة الشحن من المستوى 3 والمعروفة باسم أجهزة الشحن السريع DC (DCFC) أو أجهزة الشحن الفائقة. ميزة هذا النوع من الشاحن هي وقت الشحن السريع بينما العيب هو هندسته المعقدةحيث يحتاج إلى التواصل مع EV لشحنها بكفاءة وأمان. يظهر أدناه نظام شحن نموذجي للتيار المستمر ، حيث يمكنك أن ترى أن EVSE يوفر التيار المباشر مباشرة إلى حزمة البطارية التي تتجاوز OBS. يتم ترتيب EVSE في مكدسات لتوفير تيار عالٍ لن تتمكن كومة واحدة من توفير تيار عالٍ بسبب قيود مفتاح الطاقة.

عادةً ما تكون أجهزة الشحن من المستوى 1 مخصصة للاستخدام السكني ، وهذه هي أجهزة الشحن التي توفرها الشركات المصنعة جنبًا إلى جنب مع EV والتي يمكن استخدامها لشحن EV من خلال منافذ الطاقة المنزلية القياسية. لذا فهم يعملون على إمداد تيار متردد أحادي الطور ويمكن أن ينتجوا ما بين 12 أمبير إلى 16 أمبير ويستغرق حوالي 17 ساعة لشحن EV بقيمة 24 كيلووات في الساعة. لا يلعب شاحن المستوى 1 دورًا كبيرًا في محطات الشحن.

و شاحن المستوى 2 يتم توفير كتحديث للمستوى 1 شاحن بمعنى أنه إما أن يتم تركيبها في المنزل ، شريطة بناء على طلب خاص من البيت ومرحلة تقسيم إمدادات الطاقة أو يمكن استخدامه في محطات الشحن العامة / التجارية كذلك. يمكن أن توفر هذه الشواحن تيار خرج يصل إلى 80 أمبير نظرًا لجهد الدخل العالي ويمكنها شحن EV في 8 ساعات. و شاحن المستوى 3 أو شحن سوبر وتهدف لمحطات الشحن العام وحده. إنها تتطلب مدخلات تيار متردد متعدد الأطوار من الشبكة وتستهلك أكثر من 240 كيلو وات وهو ما يقرب من 10 مرات أكثر من وحدة تكييف الهواء النموذجية في منزلنا. لذلك تتطلب أجهزة الشحن هذه إذنًا خاصًا من الشبكة للعمل.

تعتبر أجهزة الشحن من المستوى 2 والمستوى 3 أكثر كفاءة من شاحن المستوى 1 نظرًا لأن تحويل التيار المتردد / التيار المستمر والتيار المستمر / التيار المستمر يحدث في EVSE نفسه. نظرًا للحجم الهائل والتعقيد الذي تتسم به أجهزة الشحن من المستوى 2 والمستوى 3 ، لا يمكن تصنيعها داخل سيارة كهربائية لأنها ستزيد من الوزن وتقلل من كفاءة EV.

نوع محطة الشحن	مستوى الشاحن	جهد إمداد التيار المتردد والتيار	قوة الشاحن	حان الوقت لشحن حزمة بطارية 24 كيلو واط في الساعة
محطة شحن التيار المتردد	المستوى 1 - سكني	مرحلة واحدة - 120/230 فولت و ~ 12 إلى 16 أمبير	~ 1.44 كيلو واط إلى ~ 1.92 كيلو واط	~ 17 ساعة
محطة شحن التيار المتردد	المستوى 2 - تجاري	طور الانقسام - 208/240 فولت ومن 15 إلى 80 أمبير	~ 3.1 كيلوواط إلى ~ 19.2 كيلوواط	~ 8 ساعات
محطة شحن DC	المستوى 3 - شاحن فائق	مرحلة واحدة - 300 / 600V و ~ 400A	~ 120 كيلوواط إلى ~ 240 كيلوواط	~ 30 دقيقة

أنواع موصلات شحن المركبات الكهربائية

تمامًا مثل الأوروبيين الذين يعملون عند 220 فولت 50 هرتز ويعمل الأمريكيون عند 110 فولت 60 هرتز ، فإن المركبات الكهربائية لديها أيضًا أنواع مختلفة من موصلات الشحن بناءً على البلد الذي تم تصنيعه فيه. وقد أدى ذلك إلى حدوث ارتباك بين مصنعي ESVE حيث لا يمكن جعلها عالمية بسهولة لجميع المركبات الكهربائية. فيما يلي التصنيفات الرئيسية للموصلات لشواحن التيار المتردد وشواحن التيار المستمر.

مقابس شحن التيار المتردد للمركبة الكهربائية:

من بين الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لمقبس شحن التيار المتردد هو مقبس JSAE1772 الذي يحظى بشعبية في أمريكا الشمالية. كما يمكنك أن ترى أن القابس / الموصل له اتصالات متعددة ، فإن المسامير الثلاثة العريضة مخصصة للطور ، المحايد والأرضي بينما يتم استخدام المسامير الصغيرة للاتصال بين الشاحن و EV (الواجهة التجريبية) ، سنناقش المزيد حول هذا لاحقًا. يتم استخدام Mennekes أو VDE-AR-E في أوروبا لنظام شحن التيار المتردد ثلاثي الأطوار ، وبالتالي يمكن أن ينتج طاقة عالية تصل إلى 44 كيلو واط. يعد Le-Grand أيضًا مقبسًا مشابهًا مزودًا بمصراع أمان لمنع الحطام من دخول مقبس الشحن. وفقًا للمعايير الفنية ، يُقترح استخدام مآخذ HSAE 1772 و VDE-AR-E فقط في جميع شواحن التيار المتردد في المستقبل.

مقابس شحن DC للمركبة الكهربائية:

على جانب شاحن التيار المباشر ، لدينا مقبس شاحن CHAdeMO وهو أكثر أنواع المقبس شيوعًا. تم تقديمه من قبل اليابان وسرعان ما تم تكييفه من قبل فرنسا وكوريا. اليوم معظم السيارات الكهربائية مثل نيسان ليف وكيا وغيرها لديها هذه الأنواع من المقابس. يحتوي المقبس على دبابيس عريضة لقضبان طاقة التيار المستمر ودبابيس الاتصال لبروتوكول CAN. كما نعلم ، لا تستخدم أجهزة الشحن من المستوى 3 DC الشاحن الموجود على متن الطائرة ، وبالتالي يتعين عليها توفير الجهد والتيار المطلوبين لحزمة بطارية EV في حد ذاتها. يتم ذلك عن طريق إنشاء رابط اتصال (رابط تجريبي) من خلال بروتوكول شبكة منطقة التحكم (CAN) مع BMS لحزمة البطارية. ثم يوجه نظام إدارة المباني (BMS) الشاحن لبدء عملية الشحن ، ويراقبها ثم يطلب من الشاحن التوقف عن الشحن.

تحتوي سيارات Tesla على نوع خاص بها من أجهزة الشحن يسمى أجهزة الشحن الفائقة ، وبالتالي يكون لها نوع موصلات خاص بها كما هو موضح أعلاه. لكنهم يبيعون محولًا يمكنه تحويل المنفذ الخاص بهم ليتم شحنه بشواحن CHAdeMO أو CSS. شاحن CDD هو مقبس شاحن آخر شائع يجمع بين كل من أنواع أجهزة الشحن AC و DC. كما ترى في الصورة ، يتم تقسيم الشاحن إلى جزأين لدعم كل من التيار المباشر والتيار المتردد. يمكن أن تدعم CAN و Power Line Communication (PLC) وتستخدم على نطاق واسع في السيارات الأوروبية مثل Audi و BMW و Ford و GM و Porsche وما إلى ذلك ، ويمكن أن تدعم ما يصل إلى 400kW من إخراج DC و 43kW خرج AC.

محطة شحن التيار المتردد EVSE - شواحن المستوى 1 والمستوى 2

يجب على محطة الشحن من المستوى 1 والمستوى 2 ببساطة توفير طاقة التيار المتردد للشاحن الموجود على متن السيارة الكهربائية والذي سيتولى بعد ذلك عملية الشحن ؛ قد يبدو هذا من أول نظرة. لكنهم يتحملون مسؤولية إثبات المقدار الصحيح من الطاقة من الشبكة كما هو مطلوب من قبل حزمة بطارية EV من خلال الاتصال بها من خلال سلك Pilot. الأنظمة الفرعية الموجودة في محطة شحن تيار متردد نموذجية ممثلة في وثيقة تدريب TI موضحة أدناه.

تتمتع أجهزة الشحن من المستوى 1 بتيار إخراج أقصى يبلغ 16 أمبير بسبب قيود مآخذ الطاقة المنزلية ، في حين أن أجهزة الشحن من المستوى 2 يمكن أن توفر ما يصل إلى 80 أمبير عند تشغيلها في الإمداد ثلاثي الطور. يستخدم كل من شواحن التيار المتردد من المستوى 1 والمستوى 2 موصلات القابس القياسية SAEJ1772.

كما ترى ، يتم توصيل خط طاقة التيار المتردد (L1 و L2) بموصل J1772 من خلال مرحل. سيتم إغلاق هذا المرحل لبدء عملية الشحن وفتحه عند اكتمال الشحن. يتم استخدام اتصال Pilot Signal لاكتشاف حالة البطارية ويقرر نظام معالجة المضيف مقدار الطاقة التي يجب توفيرها للشاحن الموجود على متن الطائرة. سوف نناقش