تزداد مبيعات السيارات الكهربائية عامًا بعد عام، كما هو متوقع، على الرغم من أنها لا تزال بعيدة عن تحقيق أهداف المناخ. ومع ذلك، لا يزال بإمكاننا أن نثق بتفاؤل في هذه البيانات - فمن المتوقع أن يتجاوز عدد السيارات الكهربائية حول العالم 125 مليون سيارة بحلول عام 2030. وقد وجد التقرير أن 33% من الشركات التي شملها الاستطلاع عالميًا والتي لم تفكر بعد في استخدام السيارات الكهربائية، أشارت إلى أن عدد نقاط الشحن العامة يمثل عائقًا رئيسيًا أمام تحقيق هذا الهدف. ويُعد شحن السيارات الكهربائية دائمًا مصدر قلق كبير.
لقد تطور شحن المركبات الكهربائية من نظام شحن غير فعال للغايةشواحن المستوى 1 الىشواحن المستوى 2أصبحت هذه التقنية شائعةً في المنازل، مما يمنحنا مزيدًا من الحرية والثقة أثناء القيادة. بدأ الناس يتطلعون إلى شحن السيارات الكهربائية بتوقعات أعلى - تيار أعلى، طاقة أكبر، وشحن أسرع وأكثر استقرارًا. في هذه المقالة، سنستكشف معًا تطور وتقدم الشحن السريع للسيارات الكهربائية.
أين الحدود؟
أولاً، علينا أن ندرك أن تحقيق الشحن السريع لا يقتصر على الشاحن فحسب، بل يجب مراعاة التصميم الهندسي للسيارة نفسها، وسعة بطارية الطاقة وكثافتها بنفس القدر من الأهمية. لذلك، تخضع تقنية الشحن أيضًا لتطورات تكنولوجيا البطاريات، بما في ذلك تقنية موازنة حزمة البطاريات، ومشكلة اختراق ضعف الطلاء الكهربائي لبطاريات الليثيوم الناتج عن الشحن السريع. قد يتطلب هذا تطويرًا مبتكرًا في نظام إمداد الطاقة الكامل للسيارات الكهربائية، وتصميم حزمة البطاريات، وخلايا البطاريات، وحتى المواد الجزيئية للبطاريات.
ثانيًا، يجب أن يتعاون نظام إدارة البطارية (BMS) في السيارة مع نظام شحن الشاحن لمراقبة درجة حرارة البطارية والشاحن، وجهد الشحن، والتيار، وحالة شحن السيارة (SOC) والتحكم فيها باستمرار. يجب ضمان إدخال التيار العالي إلى بطارية الطاقة بأمان وثبات وكفاءة، لضمان تشغيل الجهاز بأمان وموثوقية دون فقدان مفرط للحرارة.
يتضح أن تطوير الشحن السريع لا يتطلب تطوير البنية التحتية للشحن فحسب، بل يتطلب أيضًا ابتكارات في تكنولوجيا البطاريات ودعم تكنولوجيا نقل وتوزيع الطاقة. كما يُشكل تحديًا كبيرًا لتكنولوجيا تبديد الحرارة.
مزيد من القوة، مزيد من التيار:شبكة شحن سريع كبيرة للتيار المستمر
يستخدم الشحن السريع للتيار المستمر العام اليوم جهدًا وتيارًا عاليين، وتُسرّع الأسواق الأوروبية والأمريكية نشر شبكات شحن بقدرة 350 كيلوواط. تُمثّل هذه فرصةً وتحديًا كبيرين لمصنّعي معدات الشحن حول العالم. يتطلب الأمر أن تكون معدات الشحن قادرة على تبديد الحرارة أثناء نقل الطاقة، وضمان عمل كومة الشحن بأمان وموثوقية. وكما نعلم جميعًا، هناك علاقة طردية إيجابية بين نقل التيار وتوليد الحرارة، لذا يُعدّ هذا اختبارًا رائعًا للاحتياطيات التقنية وقدرات الابتكار لدى المُصنّع.
تحتاج شبكة الشحن السريع DC إلى توفير آليات حماية أمان متعددة، والتي يمكنها إدارة بطاريات السيارة وأجهزة الشحن بذكاء أثناء عملية الشحن لضمان سلامة البطارية والمعدات.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لسيناريو استخدام الشواحن العامة، يجب أن تكون مقابس الشحن مقاومة للماء والغبار ومقاومة بدرجة كبيرة للطقس.
بصفتها شركة عالمية لتصنيع معدات الشحن، تتمتع بخبرة تزيد عن 16 عامًا في البحث والتطوير والإنتاج، دأبت Workersbee على استكشاف اتجاهات التطوير والتطورات التكنولوجية في مجال شحن المركبات الكهربائية مع شركائها الرائدين في هذا المجال لسنوات عديدة. وقد مكّنتنا خبرتنا الإنتاجية الغنية وجهودنا البحثية والتطويرية القوية من إطلاق جيل جديد من قوابس الشحن المبردة بالسائل CCS2 هذا العام.
يعتمد تصميمًا هيكليًا متكاملًا، ويمكن استخدام سائل التبريد الزيتي أو المائي. تعمل المضخة الإلكترونية على دفع سائل التبريد إلى التدفق في قابس الشحن، وتزيل الحرارة الناتجة عن التأثير الحراري للتيار، مما يسمح للكابلات ذات المقطع العرضي الصغير بتحمل تيارات عالية والتحكم بفعالية في ارتفاع درجة الحرارة. منذ إطلاق المنتج، لاقى استحسانًا واسعًا في السوق، وحظي بإشادة واسعة من كبرى شركات تصنيع معدات الشحن. كما نواصل جمع آراء العملاء بنشاط، ونعمل باستمرار على تحسين أداء المنتج، ونسعى جاهدين لإثراء السوق.
حاليًا، تتمتع شواحن تيسلا الفائقة بالسيطرة المطلقة على شبكة الشحن السريع بالتيار المستمر في سوق شحن السيارات الكهربائية. يقتصر الجيل الجديد من شواحن V4 الفائقة حاليًا على 250 كيلوواط، ولكنها ستُظهر سرعات انفجار أعلى مع زيادة الطاقة إلى 350 كيلوواط، ما يُمكّنها من إضافة 115 ميلًا في خمس دقائق فقط.
تُظهر بيانات التقارير الصادرة عن إدارات النقل في العديد من الدول أن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من قطاع النقل تُمثل حوالي ربع إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في البلاد. وهذا لا يشمل سيارات الركاب الخفيفة فحسب، بل يشمل أيضًا الشاحنات الثقيلة. يُعدّ إزالة الكربون من قطاع النقل بالشاحنات أكثر أهميةً وتحديًا لتحسين المناخ. ولشحن الشاحنات الكهربائية الثقيلة، اقترح القطاع نظام شحن بقدرة ميغاواط. وأعلنت شركة كيمباور عن إطلاق معدات شحن تيار مستمر فائقة السرعة تصل إلى 1.2 ميغاواط، وتعتزم تشغيلها في المملكة المتحدة في الربع الأول من عام 2024.
سبق لوزارة الطاقة الأمريكية أن اقترحت معيار XFC للشحن فائق السرعة، واصفةً إياه بالتحدي الرئيسي الذي يجب التغلب عليه لتحقيق انتشار واسع النطاق للسيارات الكهربائية. وهو عبارة عن مجموعة متكاملة من التقنيات المنهجية، تشمل البطاريات والمركبات ومعدات الشحن. يمكن إتمام عملية الشحن في 15 دقيقة أو أقل، مما يجعله منافسًا لوقت إعادة التزود بالوقود في محركات الاحتراق الداخلي.
تبديل،مشحونة:محطة تبديل الطاقة
بالإضافة إلى تسريع بناء محطات الشحن، حظيت محطات تبديل الطاقة "استبدل وانطلق" باهتمام كبير في نظام التجديد السريع للطاقة. ففي النهاية، لا يستغرق استبدال البطارية سوى بضع دقائق، والتشغيل ببطارية ممتلئة، وإعادة الشحن أسرع من المركبات التي تعمل بالوقود. وهذا أمر مثير للاهتمام، ومن الطبيعي أن يجذب العديد من الشركات للاستثمار فيه.
خدمة NIO Power Swap،أطلقت شركة صناعة السيارات NIO جهازًا يُمكّن من استبدال بطارية مشحونة بالكامل تلقائيًا في غضون 3 دقائق. في كل عملية استبدال، يتم فحص البطارية ونظام الطاقة تلقائيًا للحفاظ على السيارة والبطارية في أفضل حالة.
يبدو هذا مغريًا للغاية، ويبدو أننا نستطيع بالفعل رؤية التكامل بين البطاريات منخفضة الشحن والبطاريات المشحونة بالكامل في المستقبل. لكن الحقيقة هي أن هناك عددًا كبيرًا جدًا من مصنعي السيارات الكهربائية في السوق، ومعظمهم لديهم مواصفات وأداء بطاريات مختلفة. وبسبب عوامل مثل المنافسة في السوق والعوائق التقنية، يصعب علينا توحيد بطاريات جميع أو حتى معظم ماركات السيارات الكهربائية بحيث تكون أحجامها ومواصفاتها وأدائها وما إلى ذلك متسقة تمامًا ويمكن التبديل بينها. وقد أصبح هذا أيضًا أكبر عائق أمام ترشيد استهلاك الطاقة في محطات تبديل الطاقة.
على الطريق: الشحن اللاسلكي
على غرار مسار تطوير تقنية شحن الهواتف المحمولة، يُعد الشحن اللاسلكي أيضًا اتجاهًا لتطوير السيارات الكهربائية. يعتمد بشكل أساسي على الحث الكهرومغناطيسي والرنين المغناطيسي لنقل الطاقة، وتحويلها إلى مجال مغناطيسي، ثم استقبالها وتخزينها عبر جهاز الاستقبال في السيارة. سرعة الشحن ليست عالية جدًا، ولكن يمكن شحنه أثناء القيادة، مما يُخفف من قلق المسافة المقطوعة.
افتتحت شركة إليكتريون رسميًا مؤخرًا طرقًا كهربائية في ميشيغان بالولايات المتحدة الأمريكية، وستخضع لاختبارات مكثفة مطلع عام ٢٠٢٤. تتيح هذه التقنية للسيارات الكهربائية، سواءً كانت تسير أو متوقفة على الطرق، شحن بطارياتها دون الحاجة إلى توصيلها بالكهرباء، بطول ربع ميل في البداية، وسيمتد إلى ميل كامل. كما ساهم تطوير هذه التقنية في تنشيط منظومة النقل المتنقلة بشكل كبير، إلا أنها تتطلب بنية تحتية متطورة للغاية وجهودًا هندسية ضخمة.
المزيد من التحديات
عندما تتدفق المزيد من السيارات الكهربائية،مع إنشاء المزيد من شبكات الشحن، وزيادة الحاجة إلى التيار الكهربائي، سيزداد ضغط الأحمال على شبكة الكهرباء. سواءً في مجال الطاقة، أو توليد الكهرباء، أو نقلها وتوزيعها، سنواجه تحديات كبيرة.
أولاً، من منظور عالمي شامل، لا يزال تطوير تخزين الطاقة يمثل توجهاً رئيسياً. في الوقت نفسه، من الضروري تسريع التنفيذ التقني وتصميم نظام V2X لضمان دوران الطاقة بكفاءة في جميع الوصلات.
ثانيًا، استخدام الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة لإنشاء شبكات ذكية وتحسين موثوقيتها. تحليل وإدارة طلب شحن السيارات الكهربائية بفعالية، وتحديد فترات الشحن. هذا لا يقلل فقط من خطر التأثير على الشبكة، بل يُخفّض أيضًا فواتير الكهرباء لأصحاب السيارات.
ثالثًا، على الرغم من أن الضغط السياسي يُجدي نفعًا نظريًا، إلا أن كيفية تطبيقه أهم. سبق للبيت الأبيض أن زعم استثمار 7.5 مليار دولار في بناء محطات الشحن، لكن لم يُحرز أي تقدم يُذكر. والسبب هو صعوبة مواءمة متطلبات الدعم في السياسة مع أداء المرافق، وجهود المقاول لتحقيق الربح لا تزال بعيدة المنال.
أخيرًا، تعمل كبرى شركات صناعة السيارات على تطوير تقنية الشحن فائق السرعة بجهد عالٍ. من جهة، ستستخدم هذه الشركات تقنية الجهد العالي 800 فولت، ومن جهة أخرى، ستُطوّر تقنيات البطاريات والتبريد بشكل كبير لتحقيق شحن فائق السرعة في غضون 10-15 دقيقة. ستواجه هذه الصناعة تحديات هائلة.
تختلف تقنيات الشحن السريع باختلاف المناسبات والاحتياجات، ولكل طريقة منها عيوبها الواضحة. شواحن ثلاثية الطور للشحن السريع في المنزل، وشحن سريع بالتيار المستمر للممرات عالية السرعة، وشحن لاسلكي لحالات القيادة، ومحطات تبديل الطاقة لاستبدال البطاريات بسرعة. مع استمرار تطور تكنولوجيا السيارات الكهربائية، ستستمر تكنولوجيا الشحن السريع في التحسن والتقدم. مع انتشار منصة 800 فولت، ستزداد معدات الشحن التي تزيد قدرتها عن 400 كيلو وات، وسيزول قلقنا بشأن مدى السيارات الكهربائية تدريجيًا بفضل هذه الأجهزة الموثوقة. ووركرزبي على استعداد للتعاون مع جميع شركاء الصناعة لبناء مستقبل أخضر!
وقت النشر: ١٩ ديسمبر ٢٠٢٣