كيف تقوم محطات الشحن السريع بضبط سرعة الشحن؟

إذا سبق لك أن توقفت في محطة شحن سريعة بسيارة كهربائية معطلة أو محتضرة، فقط لتوصيل الكهرباء ومشاهدة شاشة الشاحن تقفز من 150 كيلووات إلى 80 كيلووات بعد دقيقة واحدة، ربما تساءلت: لماذا تتغير السرعة؟ باعتباري أحد موردي محطات الشحن السريع، أتلقى هذا السؤال طوال الوقت من مالكي المركبات الكهربائية الجدد والمارة الفضوليين وحتى أصحاب الأعمال الآخرين الذين يتطلعون إلى تثبيت البنية التحتية للشحن الخاصة بهم. الحقيقة هي أن سرعة الشحن السريع ليست ثابتة، فهي عبارة عن حركة ديناميكية ذهابًا وإيابًا بين المحطة وسيارتك وحتى العوامل الخارجية مثل الطقس وطلب الشبكة. دعونا نحلل كيف يعمل هذا، ولماذا يهم أي شخص يعتمد عليهشحن سريع للسيارات Evللحفاظ على رحلاتهم على المسار الصحيح.

أولاً، لنبدأ بأكبر لاعب في هذه الرقصة: نظام إدارة بطارية سيارتك الكهربائية، أو BMS. فكر في نظام إدارة المباني (BMS) باعتباره العقل لحزمة البطارية الخاصة بك. وتتمثل مهمتها في مراقبة كل خلية في البطارية، مثل درجة الحرارة وحالة الشحن (SOC) والجهد وحتى مقدار التيار الذي يمكن لكل خلية التعامل معه بأمان في أي لحظة. عندما تقوم بتوصيله بشاحن سريع، فإن BMS ووحدة التحكم الخاصة بالشاحن (غالبًا ما تسمى وحدة التحكم في الطاقة، أو PCU) تجري محادثة سريعة باستخدام بروتوكول قياسي مثل CCS أو CHAdeMO. هذه المحادثة غير قابلة للتفاوض: فهي تخبر الشاحن، "مرحبًا، يمكن أن تستهلك بطاريتي كمية X من الطاقة الآن - لا تعطني أكثر من ذلك، وإلا سأخاطر بارتفاع درجة حرارة الخلايا أو إتلافها."

على سبيل المثال، عند وصولك إلى محطة ببطارية فارغة تمامًا، سيخبر نظام إدارة المباني الشاحن أن البطارية جاهزة لاستهلاك الطاقة الكاملة، على سبيل المثال، 350 كيلووات، وهو أمر شائع في المركبات الكهربائية الأحدث طويلة المدى. لهذا السبب غالبًا ما يصاب أصحاب السيارات الكهربائية الجديدة بالصدمة عندما ينتقلون من 0% إلى 50% في 10 دقائق. ولكن بمجرد وصول البطارية إلى حوالي 80% من SOC، تتغير الكيمياء. يتم شحن بطاريات الليثيوم أيون بشكل أسرع عندما يكون هناك تدفق عالي للأيونات من الكاثود إلى القطب الموجب، ولكن بمجرد تشبع الأنود بالكامل تقريبًا بالأيونات، فإنه لا يمكنه قبول الكثير من الأيونات دون المخاطرة بطلاء الليثيوم - وهي عملية يتراكم فيها معدن الليثيوم على الأنود، مما قد يسبب دوائر قصيرة بمرور الوقت. ولمنع ذلك، يخبر نظام إدارة المباني الشاحن بإعادة الاتصال بالطاقة. وفجأة، يضخ هذا الشاحن بقدرة 350 كيلوواط 100 كيلوواط، وتستغرق نسبة 20% المتبقية من الشحن 20 أو 30 دقيقة بدلاً من 10. وهذا ليس عيبًا في الشاحن - إنه نظام إدارة المباني (BMS) الذي يحمي بطاريتك على المدى الطويل. ولهذا السبب يجب على أي شخص يبحث عن بنية تحتية موثوقة وقابلة للتطوير أن يطلع عليهامحطات الشحن السريع للسيارات الكهربائيةمصممة للعمل مع مجموعة واسعة من بروتوكولات اتصالات BMS.

التالي: أجهزة الشاحن وتصميمه. لم يتم إنشاء جميع أجهزة الشحن السريعة على قدم المساواة، وتعتمد قدرتها على ضبط السرعة بسرعة على كيفية تصنيعها. معظم أجهزة الشحن السريعة العامة الحديثة هي أجهزة شحن سريعة تعمل بالتيار المستمر (DCFC)، والتي تتجاوز الشاحن الموجود في سيارتك وترسل تيارًا مباشرًا مباشرة إلى البطارية - وهذا ما يتيح السرعات العالية التي نعتمد عليها جميعًا. لكن حتى أقوى وحدات DCFC لها حدود، ولا يمكنها توفير الطاقة إلا بالسرعة التي تستطيع مكوناتها الداخلية التعامل معها. على سبيل المثال، يقتصر الشاحن بقدرة 50 كيلووات على وحدات الطاقة ونظام التبريد والأسلاك لدفع 50 كيلووات فقط في الذروة. ولكن حتى الشاحن بقدرة 150 كيلووات لن يكتفي بتفريغ 150 كيلووات في كل سيارة يتم توصيلها بالكهرباء. فقد تمت برمجة وحدة PCU الخاصة به لضبط خرج الطاقة في الوقت الفعلي بناءً على الإشارات التي تتلقاها من نظام إدارة المباني (BMS)، ولكن أيضًا على سعة أجهزته الخاصة. إذا أصبحت درجة الحرارة الداخلية للشاحن مرتفعة للغاية - على سبيل المثال، بسبب تشغيله بسرعة 150 كيلووات دون توقف لمدة ثلاث ساعات في درجة حرارة 95 درجة - فسوف يخفض الطاقة مرة أخرى لمنع ارتفاع درجة الحرارة والضرر. لهذا السبب سترى أحيانًا شاحنًا من المفترض أن يكون قادرًا على العمل بسرعات عالية بشكل أبطأ في أيام الصيف الحارة: فهو يحمي نفسه، وبالتالي، سيارتك.

بالنسبة لأولئك الذين يفضلون الشحن في المنزل، ينطبق نفس المنطق، ولكن بمستويات طاقة أقل. أشاحن منزلي 50 كيلو واتيعمل مع نظام إدارة المباني (BMS) الخاص بك لضبط السرعة، ولكن نظرًا لأن الشحن المنزلي يتم غالبًا بين عشية وضحاها عندما لا تحتاج إلى السرعة بشكل سيء، فإن أجهزة الشحن هذه عادةً ما تعطي الأولوية للكفاءة على ذروة الطاقة. ما زالوا يضبطون: إذا أخبر نظام إدارة المباني أن بطاريتك باردة، فقد يوفر طاقة أقل حتى ترتفع درجة حرارة البطارية، لمنع حدوث تلف. إذا كانت الشبكة تشهد ذروة الطلب (على سبيل المثال، أمسية صيفية حارة عندما يقوم الجميع بتشغيل التيار المتردد)، فقد يقوم الشاحن المنزلي أيضًا بإرجاع الطاقة قليلاً لتجنب وضع ضغط إضافي على الشبكة المحلية. لهذا السببنقاط الشحن في المنزلأصبحت الأجهزة المصممة بوظائف الشبكة الذكية أكثر شيوعًا، حيث يمكنها التنسيق مع شركات المرافق لضبط سرعة الشحن بناءً على احتياجات الشبكة، مما يتيح لك في كثير من الأحيان الشحن بسعر أرخص خلال ساعات خارج أوقات الذروة مع الحفاظ على صحة البطارية.

تلعب العوامل الخارجية أيضًا دورًا كبيرًا في مدى سرعة ضبط محطات الشحن لسرعاتها، وأحد أكثر العوامل التي يتم الاستخفاف بها هي درجة الحرارة. البطاريات حساسة: فهي لا تشحن جيدًا عندما تكون باردة جدًا أو ساخنة جدًا. في درجات الحرارة المتجمدة، تتحرك أيونات الليثيوم بشكل أبطأ بكثير، لذلك حتى لو كان نظام إدارة المباني الخاص بك جاهزًا لقبول طاقة عالية، فإن التفاعل الكيميائي لا يمكنه الاستمرار. ونتيجة لذلك، سيحد نظام إدارة المباني من سرعة الشحن لمنع حدوث أي ضرر. لهذا السبب، في منتصف يوم شتاء بارد، قد تلاحظ أن الشاحن السريع الخاص بك لا يوفر سوى نصف طاقته المعتادة خلال الدقائق العشر الأولى من الشحن. على العكس من ذلك، إذا كانت البطارية ساخنة جدًا - مثل القيادة لمدة 30 دقيقة على الطريق السريع في درجة حرارة 100 درجة - فقد يصبح تدفق الأيونات غير مستقر، وبالتالي فإن نظام إدارة المباني سيبطئ عملية الشحن حتى تبرد البطارية. تحتوي بعض أجهزة الشحن السريعة المتقدمة أيضًا على تكييف مسبق للبطارية، والذي يعمل على تسخين البطارية أو تبريدها قبل بدء الشحن باستخدام الطاقة من الشبكة. إذا قمت بالتوجه إلى شاحن عام ببطارية باردة، فقد يؤخر الشاحن ذروة الطاقة لبضع دقائق حتى تصل البطارية إلى درجة حرارتها المثالية (حوالي 20-25 درجة مئوية) قبل زيادة السرعة، مما يوفر لك الوقت على المدى الطويل.

ويعد الطلب على الشبكة عاملاً خارجيًا رئيسيًا آخر، خاصة بالنسبة لمحطات الشحن السريع العامة. غالبًا ما تفرض المرافق رسومًا أعلى مقابل الكهرباء خلال ساعات الذروة (عادةً في منتصف النهار وأوائل المساء)، ولتجنب إرباك الشبكة، يقوم العديد من مشغلي محطات الشحن بتثبيت أجهزة شحن يمكنها ضبط خرج الطاقة بناءً على سعة الشبكة. على سبيل المثال، إذا كانت الشبكة المحلية يمكنها دعم 1 ميجاوات فقط من الطاقة لمجموعة من أجهزة الشحن، وكان هناك 10 وحدات DCFC قادرة كل منها على 150 كيلووات، فسيقوم نظام إدارة الشبكة بتخصيص الطاقة ديناميكيًا. إذا تم شحن سيارة واحدة فقط، فيمكنها الحصول على 150 كيلووات كاملة. إذا تم توصيل سيارتين في نفس الوقت، فسيقوم النظام بتقسيم الطاقة المتاحة - على سبيل المثال، 100 كيلووات لكل منهما - بحيث لا يتم تجويع أي منهما، ولا يتم تحميل الشبكة بشكل زائد. وهذا سبب كبير يجعل أجهزة الشحن العامة الحديثة أكثر ذكاءً من الموديلات القديمة؛ يمكنهم التواصل ليس فقط مع سيارتك، ولكن أيضًا مع الشبكة المحلية لضبط السرعة في الوقت الفعلي، والتأكد من كفاءة الشحن للجميع. كمورد لمحطة الشحن السريع العامة بالتيار المستمرالحلول، نقوم بتصميم وحداتنا باستخدام وحدات إدارة الشبكة المدمجة التي تجعل هذا التعديل الديناميكي سلسًا، لذلك لا داعي للقلق بشأن قيود الشبكة التي تؤثر على سرعة الشحن لعملائهم.

من المهم أيضًا دحض الأسطورة الشائعة: الشاحن ذو الطاقة العالية ليس دائمًا أسرع. الشاحن بقدرة 350 كيلو واط هو فقط بالسرعة التي يمكن أن تقبل بها بطاريتك الطاقة. إذا كان نظام إدارة المباني في سيارتك الكهربائية يمكنه التعامل مع 100 كيلووات فقط في حالة شحن معينة، فإن توصيله بشاحن بقدرة 350 كيلووات سيوفر لك 100 كيلووات كحد أقصى فقط، بغض النظر عن مدى قوة الشاحن. ولهذا السبب، تم تصميم المركبات الكهربائية الأحدث المزودة بمجموعات بطاريات أكبر وأكثر تقدمًا للتعامل مع مستويات طاقة أعلى، حتى تتمكن من الاستفادة من أسرع أجهزة الشحن في السوق. على سبيل المثال، يمكن لسيارة Tesla Model 3 المزودة ببطارية تبلغ 75 كيلووات في الساعة أن تستهلك ما يصل إلى 250 كيلووات في الساعة، في حين أن سيارة Nissan Leaf الأقدم المزودة ببطارية تبلغ 40 كيلووات في الساعة تصل إلى حوالي 50 كيلووات في الساعة كحد أقصى. لذا، عندما يتم توصيل Leaf بشاحن بقدرة 350 كيلووات، فسيتم شحنه فقط عند 50 كيلووات لمعظم الشحنات، حتى يصل إلى الحد الأعلى لـ SOC، ثم يتباطأ أكثر. إن عدم التطابق هذا مقصود، ويتعلق الأمر كله بطول عمر البطارية وسلامتها.

إذًا، ماذا يعني هذا بالنسبة لك كسائق سيارة كهربائية، أو شركة تتطلع إلى تركيب بنية تحتية للشحن؟ بالنسبة للسائقين، فإن فهم كيفية ضبط سرعة الشحن يمكن أن يزيل الضغط عن الرحلات الطويلة. إذا وصلت إلى شاحن وكان يعمل بشكل أبطأ مما تم الإعلان عنه، فلن يكون هذا شاحنًا معيبًا على الإطلاق - إنه نظام إدارة المباني (BMS) الذي يحمي البطارية، أو يبرد الشاحن نفسه، أو عامل مثل درجة الحرارة أثناء التشغيل. بالنسبة للشركات، يعني اختيار محطات الشحن المناسبة الشراكة مع الموردين الذين يصنعون أجهزة شحن يمكنها التواصل بشكل فعال مع جميع أنظمة EV BMS الحديثة، والتعامل مع متطلبات الشبكة الخارجية، والتكيف مع ظروف العالم الحقيقي.

إذا كنت مستعدًا للاستثمار في البنية التحتية للشحن السريع لشركتك أو ممتلكاتك أو أسطولك، فنحن هنا لمساعدتك. تم تصميم خط محطات الشحن السريع للسيارات الكهربائية الخاص بنا باستخدام بروتوكولات اتصال متطورة، وتعديل ذكي للطاقة، وميزات أمان مدمجة لضمان شحن موثوق به لكل سيارة كهربائية، في كل مرة. سواء كنت تبحث عن أجهزة شحن سريعة عامة تعمل بالتيار المستمر، أو حلول شحن منزلية مثل الشاحن المنزلي بقدرة 50 كيلو وات، أو تحتاج إلى إرشادات حول اختيار الإعداد المناسب لاحتياجاتك، يستطيع فريقنا إرشادك خلال كل خطوة من العملية. تواصل معنا لمعرفة المزيد حول كيف يمكن لحلول الشحن لدينا أن تلبي احتياجاتك وتحافظ على شحن عملائك أو سائقيك أثناء التنقل.

مراجع

1. المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL). (2022). أداء الشحن السريع بالتيار المستمر وسلامة البطارية. وزارة الطاقة الأمريكية.
2. وكالة الطاقة الدولية (IEA). (2023). البنية التحتية للشحن السريع للسيارات الكهربائية: التكنولوجيا والنشر والسياسة.
3. جمعية مهندسي السيارات (SAE). (2021). المواصفة القياسية لنظام الشحن بالتوصيل للمركبات الكهربائية (SAE J1772/CCS).
4. جامعة البطارية. (2022). أساسيات شحن بطارية ليثيوم أيون. شركة كاديكس للإلكترونيات
5. اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). (2020). متطلبات السلامة لمحطة الشحن السريع بالتيار المستمر (IEC 61851-23).