من الواضح أن السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات هي اتجاه صناعة السيارات الجديدة. ونظرًا لأن مشاكل البطاريات لا يمكن حلها في فترة وجيزة، فقد تم تجهيز مرافق الشحن على نطاق واسع لتخفيف قلق مالكي السيارات بشأن الشحن. وتختلف موصلات الشحن، باعتبارها مكونات أساسية لمحطات الشحن، من بلد إلى آخر، مما أدى بالفعل إلى تضارب في المعايير. لذا، نود هنا توضيح معايير الموصلات في جميع أنحاء العالم.
مجموعة
تتيح وصلة الشحن المزدوجة الشحن البطيء والسريع، وهي الوصلة الأكثر استخدامًا في أوروبا، وتشمل سيارات أودي، وبي إم دبليو، وكرايسلر، ودايملر، وفورد، وجنرال موتورز، وبورش، وفولكس فاجن المجهزة بواجهة شحن SAE (جمعية مهندسي السيارات).
في 2ndفي أكتوبر 2012، أصبح التعديل على معيار SAE J1772، الذي صوّت عليه أعضاء لجنة SAE المعنية، المعيار الرسمي الوحيد للشحن بالتيار المستمر في العالم. وبناءً على النسخة المعدلة من J1772، يُعدّ موصل Combo المعيار الأساسي للشحن السريع بالتيار المستمر.
حددت النسخة السابقة (التي وُضعت عام ٢٠١٠) من هذا المعيار مواصفات موصل J1772 المستخدم للشحن بالتيار المتردد. وقد شاع استخدام هذا الموصل، وهو متوافق مع سيارات نيسان ليف وشيفروليه فولت وميتسوبيشي i-MiEV. أما النسخة الجديدة، فبالإضافة إلى احتفاظها بجميع الوظائف السابقة، تحتوي على دبوسين إضافيين مخصصين للشحن السريع بالتيار المستمر، مما يجعلها غير متوافقة مع السيارات الكهربائية القديمة المصنعة حاليًا.
الميزة: تتمثل أكبر فائدة للموصل المدمج في أن مصنعي السيارات يحتاجون فقط إلى تكييف مقبس واحد قادر على كل من التيار المستمر والتيار المتردد، والشحن بسرعتين مختلفتين.
العيوب: يتطلب وضع الشحن السريع أن توفر محطة الشحن ما يصل إلى 500 فولت و200 أمبير.
تسلا
تعتمد تسلا معيار شحن خاص بها، يُزعم أنه يُمكنها من شحن أكثر من 300 كيلومتر في 30 دقيقة. ولذلك، تصل السعة القصوى لمقبس الشحن إلى 120 كيلوواط، والتيار الأقصى إلى 80 أمبير.
تمتلك تسلا حاليًا 908 محطة شحن فائقة السرعة في الولايات المتحدة. ولدخول السوق الصينية، أنشأت الشركة 7 محطات شحن فائقة السرعة موزعة على شنغهاي (3)، وبكين (2)، وهانغتشو (1)، وشنتشن (1). إضافةً إلى ذلك، ولتحقيق اندماج أفضل مع المناطق، تخطط تسلا للتخلي عن سيطرتها على معايير الشحن الخاصة بها واعتماد المعايير المحلية، كما هو الحال بالفعل في الصين.
الميزة: تقنية متطورة ذات كفاءة شحن عالية.
العيوب: على عكس معايير كل دولة، يصعب زيادة المبيعات دون تقديم تنازلات؛ وإذا تم تقديم تنازلات، فستنخفض كفاءة الشحن. إنهم في مأزق.
نظام الشحن المدمج (CCS)
أطلقت شركات فورد، وجنرال موتورز، وكرايسلر، وأودي، وبي إم دبليو، ومرسيدس بنز، وفولكس فاجن، وبورش "نظام الشحن الموحد" في عام 2012 في محاولة لتغيير المعايير المربكة لمنافذ الشحن. يُعرف "نظام الشحن الموحد" اختصارًا بـ CCS.
قامت شركة CCS بتوحيد جميع واجهات الشحن الحالية، وبهذه الطريقة، يمكنها شحن التيار المتردد أحادي الطور، والشحن السريع للتيار المتردد ثلاثي الأطوار، والشحن بالتيار المستمر للاستخدام السكني، والشحن فائق السرعة بالتيار المستمر من خلال واجهة واحدة.
إلى جانب جمعية مهندسي السيارات (SAE)، اعتمدت رابطة مصنعي السيارات الأوروبية (ACEA) معيار CCS كواجهة شحن للتيار المستمر/المتردد. ويُستخدم هذا المعيار في جميع المركبات الكهربائية في أوروبا منذ عام 2017. ومنذ أن وحدت ألمانيا والصين معايير المركبات الكهربائية، انضمت الصين إلى هذا النظام، مما أتاح فرصًا غير مسبوقة للسيارات الكهربائية الصينية. وتُعدّ سيارات مثل زينورو 1E، وأودي A3e-tron، وبايك E150EV، وبي إم دبليو i3، ودينزا، وفولكس فاجن E-UP، وتشانجان EADO، وسمارت، جميعها متوافقة مع معيار CCS.
الميزة: ثلاث شركات ألمانية لصناعة السيارات: بي إم دبليو، ودايملر، وفولكس فاجن - ستزيد استثماراتها في السيارات الكهربائية الصينية، وقد تكون معايير CCS أكثر فائدة للصين.
العيوب: مبيعات السيارات الكهربائية التي تدعم معيار CCS صغيرة أو حديثة العهد بالسوق.
تشاديمو
CHAdeMO هو اختصار لعبارة CHARge de Move، وهو مقبس شحن مدعوم من نيسان وميتسوبيشي. وكلمة CHAdeMO مشتقة من اليابانية وتعني "جعل وقت الشحن قصيرًا كاستراحة شاي". يوفر هذا المقبس للشحن السريع بالتيار المستمر قدرة شحن قصوى تصل إلى 50 كيلوواط.
تشمل السيارات الكهربائية التي تدعم معيار الشحن هذا: نيسان ليف، ميتسوبيشي أوتلاندر PEV، سيتروين C-ZERO، بيجو أيون، سيتروين بيرلينجو، بيجو بارتنر، ميتسوبيشي i-MiEV، ميتسوبيشي MINICAB-MiEV، شاحنة ميتسوبيشي MINICAB-MiEV، هوندا فيت EV، مازدا DEMIOEV، سوبارو ستيلا PEV، نيسان Eev200، وغيرها. تجدر الإشارة إلى أن نيسان ليف وميتسوبيشي i-MiEV مزودتان بمقبسين مختلفين للشحن، أحدهما J1772 وهو موصل كومبو في الجزء الأول، والآخر CHAdeMO.
تُظهر الصورة أدناه طريقة شحن CHAdeMO، حيث يتم التحكم في التيار بواسطة إشارة ناقل CAN. بمعنى آخر، أثناء مراقبة حالة البطارية، يتم حساب التيار الذي يحتاجه الشاحن في الوقت الفعلي وإرسال إشعارات إليه عبر ناقل CAN. يتلقى الشاحن أمر التيار من السيارة فورًا، ويُوفر تيار الشحن وفقًا لذلك.
من خلال نظام إدارة البطاريات، تتم مراقبة حالة البطارية والتحكم في التيار الكهربائي في الوقت الفعلي، مما يحقق الوظائف المطلوبة للشحن السريع والآمن، ويضمن عدم تقييد الشحن بتعدد استخدامات البطارية. يوجد في اليابان 1154 محطة شحن تعمل بنظام CHAdeMO. كما تُستخدم محطات شحن CHAdeMO على نطاق واسع في الولايات المتحدة، حيث يوجد 1344 محطة شحن سريع بالتيار المتردد، وفقًا لأحدث بيانات وزارة الطاقة الأمريكية.
الميزة: باستثناء خطوط التحكم في البيانات، يعتمد نظام CHAdeMO على ناقل CAN كواجهة اتصال، وذلك بفضل قدرته الفائقة على مقاومة التشويش واكتشاف الأخطاء، مما يضمن اتصالاً مستقراً وموثوقية عالية. وقد حظي سجله الجيد في مجال سلامة الشحن باعتراف واسع في هذا القطاع.
العيوب: التصميم الأولي لطاقة الإخراج هو 100 كيلو واط، وقابس الشحن ثقيل جدًا، والطاقة في جانب السيارة هي 50 كيلو واط فقط.
GB/T20234
أصدرت الصين في عام 2006 معيارًا عامًا بعنوان "المقابس والمآخذ وموصلات ومداخل المركبات للشحن التوصيلي للمركبات الكهربائية" (GB/T20234-2006). يحدد هذا المعيار طرق توصيل أنواع تيارات الشحن المترددة 16 أمبير و32 أمبير و250 أمبير، وتيارات الشحن المستمرة 400 أمبير. ويستند هذا المعيار بشكل أساسي إلى معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) الصادر عام 2003. إلا أن هذا المعيار لا يحدد عدد دبابيس التوصيل أو حجمها أو واجهة الشحن.
في عام 2011، أصدرت الصين معيارًا موصى به GB/T20234-2011، والذي حل محل بعض محتويات GB/T20234-2006، وينص على أن الجهد المقنن للتيار المتردد يجب ألا يتجاوز 690 فولت، والتردد 50 هرتز، والتيار المقنن يجب ألا يتجاوز 250 أمبير؛ والجهد المقنن للتيار المستمر يجب ألا يتجاوز 1000 فولت والتيار المقنن يجب ألا يتجاوز 400 أمبير.
الميزة: بالمقارنة مع إصدار GB/T لعام 2006، فقد تمت معايرة المزيد من تفاصيل معلمات واجهة الشحن.
العيوب: المعيار لا يزال غير شامل. إنه معيار مُوصى به، وليس إلزاميًا.
نظام الشحن "تشاوجي" من الجيل الجديد
في عام 2020، أطلق مجلس الطاقة الكهربائية الصيني واتفاقية CHAdeMO بشكل مشترك بحث مسار تطوير التصنيع "Chaoji"، وأصدرا على التوالي الكتاب الأبيض حول تقنية الشحن الموصل "Chaoji" للمركبات الكهربائية ومعيار CHAdeMO 3.0.
يتوافق نظام الشحن "تشاوجي" مع كل من المركبات الكهربائية القديمة والحديثة. تم تطوير مخطط دائرة تحكم وتوجيه جديد، مع إضافة إشارة العقدة الصلبة. عند حدوث عطل، يمكن استخدام الإشارة لإبلاغ الطرف الآخر بسرعة للاستجابة الفورية وضمان سلامة الشحن. تم وضع نموذج أمان للنظام بأكمله، وتحسين أداء مراقبة العزل، وتحديد سلسلة من مسائل السلامة مثل I2T، وسعة Y، واختيار موصل PE، وأقصى سعة للدارة القصيرة، وانقطاع سلك PE. في الوقت نفسه، تمت إعادة تقييم وتصميم نظام الإدارة الحرارية، واقتُرحت طريقة اختبار لموصل الشحن.
تستخدم واجهة الشحن "تشاوجي" تصميمًا بسبعة دبابيس طرفية، بجهد يصل إلى 1000 (1500) فولت وتيار أقصى 600 أمبير. صُممت واجهة الشحن "تشاوجي" لتقليل الحجم الكلي، وتحسين دقة التركيب، وتقليل حجم طرف الطاقة لتلبية متطلبات السلامة IPXXB. في الوقت نفسه، يُعمّق تصميم دليل الإدخال المادي عمق إدخال الطرف الأمامي للمقبس، بما يتوافق مع متطلبات بيئة العمل.
نظام الشحن "تشاوجي" ليس مجرد واجهة شحن عالية الطاقة، بل هو مجموعة من حلول الشحن بالتيار المستمر المنهجية للمركبات الكهربائية، بما في ذلك دائرة التحكم والتوجيه، وبروتوكول الاتصال، وتصميم وتوافق أجهزة التوصيل، وسلامة نظام الشحن، والإدارة الحرارية في ظل ظروف الطاقة العالية، وما إلى ذلك. نظام الشحن "تشاوجي" هو مشروع موحد للعالم، بحيث يمكن تطبيق نفس المركبة الكهربائية في مختلف البلدان على نظام الشحن الخاص بكل بلد.
خاتمة
نظراً لاختلاف ماركات السيارات الكهربائية، تختلف معايير معدات الشحن المطبقة حالياً، ولا يمكن لنوع واحد من موصلات الشحن أن يلبي احتياجات جميع الطرازات. إضافةً إلى ذلك، لا تزال تقنية سيارات الطاقة الجديدة في طور النضج. وتواجه محطات الشحن وأنظمة توصيل الشحن في العديد من شركات تصنيع السيارات مشاكل عديدة، منها عدم استقرار تصميم المنتج، ومخاطر السلامة، والشحن غير الطبيعي، وعدم توافق السيارة مع المحطات، ونقص معايير الاختبار، فضلاً عن التلف الناتج عن الاستخدام.
أدركت شركات صناعة السيارات حول العالم تدريجيًا أن "التوحيد القياسي" هو العامل الأساسي لتطوير السيارات الكهربائية. في السنوات الأخيرة، تحولت معايير الشحن العالمية تدريجيًا من "التنويع" إلى "المركزية". ومع ذلك، لتحقيق معايير شحن موحدة حقًا، بالإضافة إلى معايير واجهة التوصيل، هناك حاجة أيضًا إلى معايير اتصال حديثة. تتعلق الأولى بمدى ملاءمة الوصلة، بينما تؤثر الثانية على إمكانية توصيل الطاقة بالقابس عند إدخاله. لا يزال الطريق طويلًا قبل توحيد معايير شحن السيارات الكهربائية بشكل كامل، ويتعين على شركات صناعة السيارات والحكومات بذل المزيد من الجهود لتوسيع نطاق دعمها لضمان استدامة السيارات الكهربائية. من المتوقع أن تلعب الصين، بصفتها رائدة في الترويج لمعيار تقنية الشحن التوصيلي "تشاوجي" للسيارات الكهربائية، دورًا أكبر في المستقبل.