الشحن بالتيار المستمر

ما هو الشحن بالتيار المستمر

كيفية عمل الشحن بالتيار المستمر

الشحن بالتيار المستمر يوصل الطاقة مباشرةً إلى بطارية السيارة الكهربائية، متجاوزاً الشاحن الداخلي للسيارة لإضافة مدى كبير في غضون 20-60 دقيقة. بالنسبة لمشغلي محطات الشحن ومديري المشاريع، يعد فهم أساسيات الشحن بالتيار المستمر أمراً ضرورياً لتخطيط البنية التحتية والتواصل مع أصحاب المصلحة.
يتمثل الاختلاف الرئيسي عن الشحن بالتيار المتردد في مكان تحويل الطاقة. تعتمد شواحن التيار المتردد على المحول المدمج في السيارة، والذي يحد من سرعة الشحن إلى سعة المحول (عادةً ما يكون 7-19 كيلو واط). تقوم أجهزة الشحن بالتيار المستمر بإجراء هذا التحويل في المحطة نفسها، مما يتيح توصيل طاقة 150-350 كيلوواط أو أعلى.

تقوم محطات الشحن بالتيار المستمر بتحويل طاقة شبكة التيار المتردد إلى تيار مستمر قبل وصولها إلى السيارة، وإرسال الكهرباء مباشرة إلى حزمة البطارية. يزيل هذا التحويل الخارجي عنق الزجاجة الناتج عن أجهزة الشحن المدمجة.
تقوم بطاريات السيارات الكهربائية بتخزين طاقة التيار المستمر، ولكن الشبكة الكهربائية توفر التيار المتردد. عند استخدام الشحن من المستوى 1 أو المستوى 2، تتلقى السيارة طاقة تيار متردد يجب على الشاحن المدمج بها تحويلها إلى تيار مستمر. هذه المعدات المدمجة على متن السيارة مصممة للشحن الليلي، وليس للتزويد السريع بالوقود.
ينقل الشحن السريع بالتيار المستمر معدات التحويل من السيارة إلى المحطة. يقوم الشاحن بإجراء تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر قبل دخول الإلكترونات إلى السيارة، ويتواصل مباشرة مع نظام إدارة البطارية (BMS) لتوصيل الطاقة بأقصى معدل يمكن للبطارية قبوله.
عادةً ما تنتج شواحن التيار المستمر السريعة الحديثة من 150 إلى 350 كيلوواط، وتصل قدرة بعض الوحدات إلى 400 كيلوواط أو أكثر. وعلى سبيل المقارنة، يوفر شاحن المستوى 2 النموذجي من 7 إلى 19 كيلوواط. يفسر هذا الاختلاف السبب في أن الشحن بالتيار المستمر يمكن أن يضيف نطاقاً مفيداً في دقائق بدلاً من ساعات.

مستويات الطاقة وسرعة الشحن

لا تروي طاقة الشاحن المعلنة سوى جزء من القصة. يعمل نظام إدارة المحرك (BMS) في السيارة كحارس بوابة، حيث يراقب باستمرار درجة الحرارة والجهد وتوازن الخلية لتحديد مقدار الطاقة التي يمكن للبطارية أن تستقبلها بأمان.
يتبع الشحن منحنى ثلاثي المراحل يمكن التنبؤ به:
المرحلة الأولية (0-30% SOC): تقبل البطارية الطاقة القصوى. هذه هي فترة الشحن الأسرع والأكثر كفاءة.
المرحلة المتوسطة (30-80% SOC): تظل سرعة الشحن عالية ولكنها تبدأ بالتناقص. يقلل نظام إدارة الأحمال الطاقة مع اقتراب الخلايا من حدود الجهد.
المرحلة النهائية (80-100% SOC 80-100%): تنخفض الطاقة بشكل حاد لمنع تلف الخلايا. غالباً ما يستغرق الشحن من 80% إلى 100% وقتاً طويلاً مثل 0-80%.
ويوضِّح هذا المنحنى في فولكس فاجن ID.4 هذا المنحنى: يصل إلى 125 كيلووات على الفور، ويستمر حتى 30% حالة الشحن، وينخفض إلى 100 كيلووات عند 45%، و80 كيلووات عند 60%، ثم ينخفض بشدة بعد 80%. يستغرق الوقت من 0-50% حوالي 20 دقيقة؛ و50-80% يستغرق 20 دقيقة أخرى؛ و80-100% يضيف 25 دقيقة.
بالنسبة للمشغلين، هذا يعني أن هدف الشحن العملي هو 80%، وليس 100%. يؤدي التخطيط لجلسات تتراوح مدتها بين 20 و40 دقيقة لكل مركبة إلى تحسين الإنتاجية مع توفير مدى مفيد.

معايير الموصلات

تهيمن ثلاثة أنواع من موصلات الشحن بالتيار المستمر على سوق أمريكا الشمالية:
نظام الشحن المدمج (CCS): المعيار المعمول به لمعظم السيارات الكهربائية غير تسلا. يدعم معيار CCS1 (أمريكا الشمالية) ومعيار CCS2 (أوروبا) مستويات طاقة تصل إلى 350 كيلوواط.
شادمو: تم تطويرها من قبل شركات صناعة السيارات اليابانية، وهي تتراجع الآن في أمريكا الشمالية مع تحول المصنعين إلى معايير أخرى. لا تزال صالحة لبعض سيارات نيسان وميتسوبيشي.
NACS/SAE J3400: موصل Tesla، الذي تم اعتماده الآن كمعيار للشحن في أمريكا الشمالية. أعلنت جميع شركات صناعة السيارات الكبرى عن خطط لاعتماد معيار J3400 بدءاً من عام 2025. يدعم المعيار ما يصل إلى 1 ميجاوات مع التبريد النشط، مما يجعله مناسباً لتطبيقات السيارات الثقيلة.
يبسّط الانتقال إلى نظام NACS المشهد بالنسبة للمشغلين الذين يخططون لتركيبات جديدة. ومع ذلك، تظل القدرة متعددة المعايير مهمة خلال الفترة الانتقالية لخدمة أسطول المركبات الحالي.

اعتبارات البنية التحتية للمشغلين

تتطلب البنية التحتية للشحن السريع بالتيار المستمر تخطيطاً مختلفاً عن عمليات نشر المستوى الثاني. فمتطلبات الطاقة واختيار الموقع وتكاليف التشغيل كلها تتدرج وفقاً لذلك.
المتطلبات الكهربائية: تتطلب أجهزة الشحن السريع للتيار المستمر خدمة تيار متردد ثلاثي الأطوار بجهد 480 فولت. يستهلك شاحن واحد بقدرة 150 كيلوواط طاقة كبيرة؛ وغالبًا ما تتطلب المنشآت التي تحتوي على وحدات متعددة خدمة محولات مخصصة أو ترقيات للمرافق. تزداد تكاليف توصيل الشبكة مع زيادة المسافة من المحطات الفرعية الحالية.
تكاليف التركيب: توقع $50,000-$100,000 لكل وحدة شحن سريع بالتيار المستمر، باستثناء تحديثات البنية التحتية الكهربائية. يضاف إلى هذا المبلغ الأساسي إعداد الموقع وحفر الخنادق وتنسيق المرافق.
اقتصاديات التشغيل: يمكن لرسوم الطلب أن تمثل ما يقرب من 741 تيرابايت 3 تيرابايت من فواتير الكهرباء التجارية، وفقًا لأبحاث المنظمة الوطنية للمستهلكين. تصبح إدارة ذروة الطلب أمرًا بالغ الأهمية لمواقع الشاحن المتعدد. عادةً ما يحقق المشغلون الذين يديرون شحن المستودعات تكاليف طاقة أقل من $0.15 تيرابايت0.15/كيلووات ساعة، مقارنةً بـ $0.40-$0.70 تيرابايت0.70/كيلووات ساعة في المحطات العامة.
تحجيم الأسطول: بالنسبة لعمليات النشر ذات الاستخدام المشترك لمسافات طويلة، عادةً ما يدعم شاحن سريع واحد يعمل بالتيار المستمر من 10 إلى 12 سيارة يومياً. وقد أظهر نشر مافين جيغ لمشاركة الركوب في كاليفورنيا هذه النسبة عبر 223,000 عملية شحن بما يقرب من 1,000 سيارة شيفروليه بولت. غالباً ما تصل أساطيل السيارات الكهربائية المكونة من 10 إلى 20 سيارة كهربائية إلى الحد الذي تصبح فيه البنية التحتية المخصصة للتيار المستمر مقنعة مالياً مقابل الاعتماد على الشحن العام.

التخطيط لنشر الشحن بالتيار المستمر

ابدأ تقييم الموقع بسعة الشبكة وليس باختيار المعدات. غالبًا ما تتجاوز التكلفة والجدول الزمني لتحديث البنية التحتية الكهربائية تكلفة معدات الشاحن نفسها. قم بإشراك مرفقك في وقت مبكر لفهم السعة المتاحة ومتطلبات ترقية الخدمة.
تقييم هياكل رسوم الطلب قبل الالتزام بمواقع التركيب. يمكن لأنظمة إدارة الأحمال وتخزين الطاقة أن تقلل من رسوم ذروة الطلب، ولكن هذه الحلول تضيف تعقيداً وتكلفة رأسمالية.
بالنسبة لتطبيقات الأساطيل، قم بنمذجة أنماط الاستخدام الفعلي للمركبة. إن نسبة 10-12 مركبة لكل شاحن تفترض عمليات التشغيل ذات الأميال العالية؛ أما الأساطيل ذات الاستخدام المنخفض فقد تحقق خدمة كافية باستخدام عدد أقل من شواحن التيار المستمر التي يتم استكمالها بشحن ليلي من المستوى الثاني.