تتوقف عند محطة شحن عامة وترى قابسين مختلفين. أحدهما يقول “شحن تيار متردد من المستوى 2” ويستغرق 6 ساعات. والآخر يقول “شحن سريع بالتيار المستمر” ويعدك بشحن 801 تيرابايت في 30 دقيقة.
أيهما تستخدم؟ ما الفرق الفعلي؟
إليك الإجابة المباشرة: يكمن الفرق الأساسي بين الشحن بالتيار المتردد والشحن بالتيار المستمر في المكان الذي يحدث فيه تحويل الكهرباء. يقوم الشحن بالتيار المتردد (التيار المتردد) بتحويل الطاقة داخل سيارتك باستخدام الشاحن الموجود على متن السيارة، مما يحد من سرعة الشحن إلى 3-22 كيلوواط. أما الشحن بالتيار المستمر (التيار المباشر) فيقوم بتحويل الطاقة داخل محطة الشحن، متجاوزاً الشاحن الموجود في سيارتك وموصلاً الطاقة مباشرة إلى البطارية بسرعة 50-500 كيلوواط، ما يجعلها أسرع بكثير ولكنها أيضاً أكثر تكلفة.
ما الفرق الأساسي بين الشحن بالتيار المتردد والشحن بالتيار المستمر؟
الفرق الأساسي لا يتعلق بالكهرباء الأفضل أو الأسوأ، بل يتعلق بمكان حدوث التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر.
يوفر مأخذ الكهرباء في منزلك طاقة التيار المتردد. تقوم بطارية سيارتك الكهربائية بتخزين طاقة التيار المستمر. التحويل أمر لا مفر منه. السؤال هو: هل يحدث هذا التحويل داخل سيارتك أم داخل محطة الشحن؟
فهم التيار المتردد مقابل التيار المستمر
التيار المتردد (AC) هو تيار متردد يغير اتجاهه 60 مرة في الثانية الواحدة. تخيل موجة تتأرجح ذهاباً وإياباً. يحصل منزلك على طاقة التيار المتردد لأنه ينتقل بكفاءة عبر مسافات طويلة من محطات توليد الطاقة.
يتدفق التيار المستمر (التيار المستمر) في اتجاه واحد ثابت. فكر في نهر يتدفق بثبات في اتجاه مجرى النهر. يمكن للبطاريات - بما في ذلك حزمة بطارية السيارة الكهربائية - تخزين طاقة التيار المستمر فقط.
إليك الحقيقة الحاسمة: الشبكة الكهربائية تزودك دائماً بالتيار المتردد. تتطلب بطاريتك دائماً تياراً مستمراً. يجب أن يقوم شيء ما بتحويل تلك الطاقة، سواء كانت سيارتك أو محطة الشحن.
التمييز الأساسي في شحن السيارات الكهربائية
الشحن بالتيار المتردد: يحدث التحويل داخل سيارتك عبر مكون يسمى الشاحن الداخلي (OBC). تتلقى سيارتك طاقة التيار المتردد من مأخذ التيار المتردد أو محطة الشحن، ثم يقوم الشاحن الداخلي بتحويلها إلى تيار مستمر قبل إرسالها إلى البطارية.
الشحن بالتيار المستمر: يحدث التحويل داخل محطة الشحن نفسها. تقوم المحطة بكل أعمال التحويل الثقيلة، ثم ترسل طاقة تيار مستمر نقية مباشرة إلى بطاريتك، متجاوزة الشاحن المدمج بالكامل.
فكر في الأمر مثل شحن هاتفك. يشبه شحن التيار المتردد استخدام قرميد الشحن الخاص بهاتفك - فالقرميد (مثل الشاحن المدمج في سيارتك) يحول طاقة الحائط إلى ما يحتاجه هاتفك. أما الشحن السريع بالتيار المستمر فيشبه توصيل حزمة بطارية مباشرةً تُصدر بالفعل الجهد الكهربائي الذي يحتاجه جهازك بالضبط.
سبب أهمية هذا الاختلاف في الموقع
| أسبكت | الشحن بالتيار المتردد | الشحن بالتيار المستمر |
| مكان حدوث التحويل | مركبة داخلية (OBC) | محطة الشحن الداخلية |
| محدودة من قبل | سعة الشاحن الداخلي | معدل قبول البطارية |
| نطاق الطاقة النموذجي | 3-22 كيلو واط | 50-500 كيلوواط فأكثر |
| حالة الاستخدام الأساسي | المنزل/مكان العمل | الرحلات البرية/الشحن السريع |
يمكن للشاحن المدمج في معظم السيارات الكهربائية التعامل مع 3-11 كيلوواط فقط (بعض الطرازات الفاخرة تصل إلى 22 كيلوواط). هذا هو عنق الزجاجة لشحن التيار المتردد.
لا تتقيد شواحن التيار المستمر السريعة بشاحن سيارتك المدمج. يمكنها دفع 50 كيلوواط، أو 150 كيلوواط، أو حتى 350 كيلوواط مباشرةً إلى بطاريتك، وهي محدودة فقط بما يمكن أن تتحمله بطاريتك بأمان.
كيف تعمل عملية تحويل الطاقة؟
دعني أطلعك على ما يحدث بالفعل داخل الجهاز عند توصيل السيارة الكهربائية.
الشحن بالتيار المتردد: داخل الشاحن المدمج في سيارتك
الخطوة 1: تصفية EMI
تمر طاقة التيار المتردد الواردة أولاً عبر مرشح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). هذا يزيل الضوضاء الكهربائية - طفرات الجهد العشوائي والتداخل من الأجهزة الأخرى على الشبكة.
تمنع الطاقة النظيفة التي تدخل النظام من إلحاق الضرر بالإلكترونيات الحساسة في المصب. إنه مثل فلتر المياه الذي يزيل الشوائب قبل دخول المياه إلى أنابيبك.
الخطوة 2: التصحيح
بعد ذلك، تمر طاقة التيار المتردد عبر دائرة مقوم. يحول المقوم هذا التيار المتردد المتذبذب إلى تيار متردد “نابض” - فهو ليس سلسًا بعد، لكنه يتدفق في اتجاه واحد فقط.
تخيل أن تأخذ هذه الموجة وتقلب جميع الأجزاء السالبة لأعلى. ستحصل على سلسلة من الحدبات بدلاً من الموجة الملساء، ولكن على الأقل كل شيء يشير إلى نفس الاتجاه.
الخطوة 3: تصحيح معامل القدرة (PFC)
تقوم هذه المرحلة بأمرين مهمين. أولاً، تقوم بزيادة أو خفض الجهد لأعلى أو لأسفل لمطابقة ما تحتاجه البطارية. ثانياً، تقوم بتلطيف سحب الطاقة من الشبكة.
يقلل تصحيح معامل القدرة من التشوه التوافقي في التيار الكهربائي. الترجمة: يجعل الشاحن الخاص بك “مواطنًا صالحًا” على الشبكة الكهربائية من خلال سحب الطاقة بسلاسة بدلاً من الدفعات المتشنجة التي قد تجهد المحولات في منطقتك.
تعمل دائرة PFC على إنشاء شكل موجة تيار جيبي جيبي مثالي تقريبًا، مما يحقق ما يسمى “عامل وحدة الطاقة”. تحب شركة المرافق هذا الأمر لأنه يعني أن شاحن سيارتك الكهربائية لا يسبب مشاكل كهربائية لجيرانك.
الخطوة 4: التحويل النهائي وإدارة البطارية
تعمل المرحلة الأخيرة على تنعيم التيار المستمر النابض إلى تيار مستمر مستقر ونظيف. يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بعد ذلك بتنظيم التدفق الدقيق لكل خلية في حزمة البطارية.
تبلغ كفاءة عملية التحويل بأكملها 90-96%. وهذا يعني أن 4-10% من الطاقة التي تدفع ثمنها يتم تحويلها إلى حرارة بدلاً من أن تذهب إلى بطاريتك. تدفع الشواحن المدمجة الحديثة إلى كفاءة أقرب إلى 96%، ولكنك تخسر دائماً القليل.
الشحن السريع بالتيار المستمر: داخل محطة الشحن
تستخدم عملية الشحن السريع بالتيار المستمر عملية التحويل نفسها، ولكنها تحدث فقط في خزانة بحجم الثلاجة بدلاً من داخل سيارتك.
تسحب المحطة طاقة التيار المتردد من الشبكة، ثم تقوم بتشغيلها من خلال عملية تحويل على مرحلتين. أولاً، يقوم التصحيح بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. ثانياً، يقوم محول التيار المستمر إلى تيار مستمر بمطابقة الجهد مع ما تحتاجه حزمة البطارية الخاصة بك (400 فولت، أو 800 فولت، أو أيًا كان ما تتطلبه سيارتك).
لماذا يمكن لشحن التيار المستمر توفير المزيد من الطاقة
إن الشاحن المدمج في سيارتك محدود الحجم والوزن والتكلفة. لا يمكن لصانعي السيارات وضع محول طاقة بقدرة 150 كيلوواط في كل سيارة، فهذا سيضيف مئات الأرطال، وسيشغل مساحة في صندوق السيارة، وسيكلف آلاف الدولارات.
لا تعاني محطات الشحن السريع بالتيار المستمر من هذه القيود. فهي ثابتة. يمكن أن تكون ضخمة. قد يحتوي شاحن تيار مستمر سريع واحد على مراوح تبريد وأنظمة تبريد سائلة ومحولات تزن ما يعادل وزن سيارة صغيرة.
تتعامل المحطة مع كل الحرارة الناتجة عن تحويل الطاقة العالية. تتلقى سيارتك فقط طاقة تيار مستمر نظيفة وترسلها مباشرة إلى البطارية من خلال نظام إدارة البطارية. عدم وجود تحويل يعني عدم توليد حرارة في سيارتك.
هذا الاتصال المباشر بالبطارية هو ما يتيح لك سرعات شحن أسرع بـ 10 إلى 20 مرة من الشحن بالتيار المتردد.
ما تكلفة الشحن بالتيار المتردد مقابل الشحن بالتيار المستمر؟
لنتحدث عن المال. إن الفروق في التكلفة بين شحن التيار المتردد وشحن التيار المستمر مذهلة، سواء بالنسبة للتركيب أو الكهرباء.
تكاليف التركيب
| نوع الشحن | المعدات + التركيب | التكلفة الإجمالية للموقع | مضاعف التكلفة |
| المستوى 2 الصفحة الرئيسية | $500-$2,500 (متوسط $1,400) | $1,400-$2,500 | خط الأساس (1x) |
| المستوى العام 2 | $5،440 لكل شاحن | $5,000-$10,000 | 4 أضعاف الشحن المنزلي |
| شاحن سريع التيار المستمر | $50,000-$150,000 | $80,000-$250,000+ | الشحن المنزلي 40-100 ضعف الشحن المنزلي |
تبلغ تكلفة تركيب شاحن منزلي من المستوى الثاني عادةً $800-1T4T4T1,500 إذا كانت اللوحة الكهربائية لديك ذات سعة وكانت عملية التركيب مباشرة. أضف $1,500-1T4T4T3,000 أخرى إذا كنت بحاجة إلى ترقية اللوحة.
شواحن التيار المستمر السريعة وحش مختلف تماماً. أنت تبحث عن $80,000-$250,000+ للموقع الكامل. تكلف وحدة شاحن واحدة بقدرة 350 كيلوواط ما بين 1TP40000 إلى 1TP40000 إلى 1TP40000 قبل أن تلمس حتى التركيب أو الترقيات الكهربائية أو أعمال الموقع.
تكاليف استخدام الكهرباء (لكل كيلوواط/ساعة)
الشحن المنزلي (المستوى 2): $0.17/كيلووات ساعة في المتوسط
المستوى العام 2: $0.25 تيرابايت/كيلووات ساعة في المتوسط (531 تيرابايت/كيلووات ساعة أرخص من التيار المستمر)
الشحن السريع للتيار المستمر العام: متوسط $0.47 تيرابايت0.47/كيلوواط ساعة (النطاق: $0.40-$0.60/كيلوواط ساعة)
تبلغ تكلفة الشحن السريع للتيار المستمر حوالي 3 أضعاف ما تدفعه في المنزل. تتقاضى بعض شبكات التيار المستمر الممتازة $0.55 إلى $0.60/كيلوواط - أي أكثر من ثلاثة أضعاف أسعار الكهرباء السكنية المعتادة.
يقع المستوى 2 العام في المنتصف بسعر $0.25 تيرابايت 0.25/كيلوواط ساعة. أنت تدفع أكثر من الأسعار المنزلية ولكن أقل بكثير من الشحن السريع للتيار المستمر.
مثال لمقارنة التكلفة في العالم الحقيقي
شحن بطارية بقدرة 60 كيلوواط/ساعة من 201 كيلوواط/ساعة إلى 801 كيلوواط/ساعة (36 كيلوواط/ساعة)
- الشحن بالتيار المتردد المنزلي: ~$6.12
- المستوى العام 2: ~ $9.00
- الشحن السريع للتيار المستمر العام: ~$16.92
تكلف جلسة الشحن نفسها ما يقرب من 3 أضعاف التكلفة في شاحن التيار المستمر السريع مقارنة بالمنزل.
مقارنة التكلفة السنوية (12,000 ميل، كفاءة 3 أميال/كيلوواط/ساعة = 4,000 كيلوواط/ساعة/سنة):
- التكييف المنزلي: ~ $680/سنة
- المستوى العام 2: ~ $1,000T1/سنة
- العاصمة العامة السريعة: حوالي $1,880 1T في السنة
إذا كنت تعتمد في المقام الأول على الشحن السريع بالتيار المستمر لأنك لا تستطيع الشحن في المنزل، فإنك تنفق $1200T سنوياً أكثر من الشخص الذي يشحن في المنزل. وعلى مدار فترة ملكية مدتها 10 سنوات، يساوي ذلك $12,000 تيرابايت في تكاليف الكهرباء الإضافية.
الشحن المنزلي ليس مريحاً فحسب، بل إنه موفر كبير للتكاليف.
متى يجب استخدام الشحن بالتيار المتردد مقابل الشحن بالتيار المستمر؟
فيما يلي إطار عمل بسيط يعمل مع 90% من برامج تشغيل السيارات الكهربائية.
قاعدة 80/20 لشحن السيارات الكهربائية
80% من الشحن الخاص بك: شحن التيار المتردد في المنزل أو مكان العمل لتلبية الاحتياجات اليومية 20% من الشحن الخاص بك: الشحن السريع للتيار المستمر العام للرحلات البرية وحالات الطوارئ
يعمل هذا التقسيم على تحسين التكلفة والراحة وطول عمر البطارية. أنت تقوم بالشحن البطيء والرخيص عندما لا يكون الوقت مهمًا (بين عشية وضحاها)، والشحن السريع والمكلف عندما يكون الوقت حرجًا (الرحلات البرية).
استخدم الشحن بالتيار المتردد (المستوى 2) عندما:
- الشحن طوال الليل في المنزل. لديك أكثر من 8 ساعات متاحة، وتبلغ تكلفة الكهرباء $0.15 إلى $0.20/كيلوواط ساعة، وستكون سيارتك متوقفة على أي حال. هذا هو السيناريو الذي لا يحتاج إلى تفكير لشحن التيار المتردد.
- في مكان العمل خلال يوم العمل. إذا كان صاحب العمل يوفر لك الشحن المجاني أو المدعوم، فإنك تحصل على 4-8 ساعات من وقت الشحن أثناء العمل. تكلفة الفرصة البديلة صفر.
- الشحن الروتيني اليومي. يمكن التنبؤ بجدولك الزمني. تركن سيارتك في نفس المكان كل ليلة. تقود من 30 إلى 50 ميلاً في اليوم الواحد. يحل الشحن من المستوى 2 ليلاً محل ما تستخدمه بسهولة.
- زيادة عمر البطارية إلى أقصى حد ممكن. إذا كنت تخطط للاحتفاظ بسيارتك الكهربائية لأكثر من 15 عاماً وزيادة قيمة إعادة البيع إلى أقصى حد، فإن الشحن بالتيار المتردد اللطيف يقلل من الضغط على خلايا البطارية.
- تقليل تكاليف الشحن إلى الحد الأدنى. تبلغ تكلفة الشحن بالتيار المتردد المنزلي ثلث تكلفة الشحن السريع بالتيار المستمر. على مدار عام، هذا يعني توفير $1,000 1+ في التكلفة.
استخدم الشحن السريع بالتيار المستمر عند:
- رحلات برية خارج نطاق سيارتك. أنت تقود سيارتك لمسافة تزيد عن 200 ميل وتحتاج إلى شحن في منتصف الرحلة للوصول إلى وجهتك. هذا هو الغرض الكامل من الشحن السريع للتيار المستمر.
- إعادة تعبئة الرصيد في حالات الطوارئ. لقد أخطأت في حساب المدى. أنت في بطارية 5% وتبعد 30 ميلاً عن المنزل. تحتاج إلى 20 إلى 30 دقيقة من الشحن السريع لفك الارتباط.
- لا يمكن الوصول إلى الشحن المنزلي أو مكان العمل. أنت تعيش في شقة بها موقف سيارات في الشارع. مكان عملك لا يحتوي على أجهزة شحن. أنت تعتمد على البنية التحتية للشحن العام في كل شيء.
- فرصة شحن الأسطول التجاري. تحتاج حافلات النقل إلى شحن سريع بين المسارات. تحتاج شاحنات التوصيل إلى عمليات شحن سريعة أثناء استراحات السائقين.
- الوقت أكثر قيمة من التكلفة. أنت في رحلة برية. إن إنفاق $10 إضافي لتوفير 5 ساعات أمر لا يحتاج إلى تفكير. ادفع القسط، وعد إلى الطريق.
خلاصة القول
يمكّنك فهم الشحن بالتيار المتردد مقابل الشحن بالتيار المستمر من تحسين تجربة امتلاكك للمركبة الكهربائية.
وفّر المال مع الشحن المنزلي بالتيار المتردد للاحتياجات اليومية. استفد من الشحن السريع بالتيار المستمر بشكل استراتيجي للسفر. استمتع براحة البال مع العلم أن تقنية البطارية الحديثة تتعامل مع كلا الأمرين برشاقة.
التكنولوجيا ناضجة. البنية التحتية تنمو بسرعة. والتكاليف آخذة في الانخفاض. إنه وقت رائع لامتلاك سيارة كهربائية - طالما أنك تفهم كيفية استخدام البنية التحتية للشحن بذكاء.
الآن يمكنك ذلك.