كيف تعمل شواحن التيار المتردد للسيارات الكهربائية؟

مع تزايد انتشار استخدام المركبات الكهربائية الخالصة وتزايد الطلب على الشحن، تزداد متطلبات السوق لسلامة وراحة شحن المركبات. يُعد الشحن المريح والآمن والسريع مطلبًا أساسيًا في سوق المركبات. يركز هذا المقال على أنظمة الشحن بالتيار المتردد.

لا يمكن شحن المركبات الكهربائية إلا بالتيار المستمر، في حين أن مصدر الطاقة العام الوطني هو بالتيار المتردد، ومن أجل حل مشكلة شحن التيار المتردد إلى التيار المستمر، يجب أن تكون هناك طريقة تحويل.

الشحن بالتيار المتردد يعني أن جهد دخل السيارة من شبكة الكهرباء هو تيار متردد، إما 220 فولت تيار متردد أحادي الاتجاه أو 380 فولت تيار متردد ثلاثي الطور. تمر طاقة التيار المتردد عبر قابس ومقبس الشحن القياسيين، ثم تدخل إلى الشاحن المدمج، الذي يحولها بدوره إلى تيار مستمر لشحن بطارية الطاقة، مُكملاً بذلك عملية الشحن الأساسية بالتيار المتردد.

تكوين نظام شحن التيار المتردد

تتكون مكونات الشحن بالتيار المتردد بشكل أساسي من شواحن المركبات ومنافذ شحن التيار المتردد (أحزمة مقابس شحن التيار المتردد) وكابلات الشحن وأكوام شحن التيار المتردد أو إمدادات الطاقة بالتيار المتردد 220 فولت ووحدات التحكم في المركبات (VCU وBMS).

حيث يتم تثبيت مقبس شحن التيار المتردد والشاحن الموجود على متن السيارة، كما يتم وضع الشاحن المحمول في صندوق السيارة، ويتم تثبيت محطة شحن التيار المتردد في موقف السيارات.

وظيفة المحطة، الشاحن المحمول، الشاحن الموجود على متن الطائرة، المقابس.

(1) الشاحن الموجود على متن الطائرة هو المكون الرئيسي لنظام شحن التيار المتردد، والذي يحول طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر لشحن البطارية وفقًا لتعليمات التحكم.

(2) مقبس شحن التيار المتردد هو جزء قياسي IEC62196-2، وهو واجهة السيارة المتصلة بشبكة الطاقة الخارجية، وواجهته بها دائرتان للإشارة، ودائرة تأريض واحدة، ودائرة سلك صفر واحدة، وثلاث دوائر سلك حريق، بإجمالي سبع واجهات، ويتم تطبيق واجهة سلك الحريق المقابلة وفقًا لجهد الإدخال 220 فولت تيار متردد أو 380 فولت تيار متردد.

(3) يتم تنفيذ وحدة التحكم في السيارة لمراقبة حالة السيارة وإصدار تعليمات التحكم إلى الشاحن الموجود على متن الطائرة لجعله يعمل أو يتوقف عن العمل، والتحكم في التيار والجهد العامل، وما إلى ذلك. وهو بمثابة عقل التحكم في شحن السيارة.

(4) كابل شحن الوضع 2 هو كابل شحن يربط شبكة الطاقة الخارجية بالمركبة، ويوفر طاقة تيار متردد 220 فولت مباشرة للشاحن المدمج. يمكن لصندوق الوظائف الموجود على الكابل اكتشاف حالة المركبة وشبكة الطاقة، وتوصيل أو فصل مصدر الطاقة عن المركبة، مع وظائف حماية محددة. وفقًا للمتطلبات القياسية، يقتصر تيار شحن مدخل الشاحن 16 أمبير على 13 أمبير، وجهد الإدخال 220 فولت تيار متردد، لذلك عند الشحن باستخدام كابل شحن الوضع 2، تبلغ أقصى طاقة إدخال للشاحن المدمج 2860 واط، مما يعني إطالة وقت الشحن.

(5) يُعد عمود شحن التيار المتردد أيضًا أحد مكونات السيارة التي تتصل بشبكة الطاقة الخارجية وتوفر طاقة تيار متردد 220 فولت أو 380 فولت مباشرة للشاحن الموجود على متن السيارة. كما أن له وظيفة اكتشاف حالة السيارة وشبكة الطاقة، وتوصيل أو فصل مصدر الطاقة عن السيارة. يتراوح جهد إمداد عمود الشحن بين 220 فولت تيار متردد و380 فولت تيار متردد، وذلك حسب طاقة خرج عمود الشحن. ووفقًا للمتطلبات القياسية، إذا كان تيار خرج عمود شحن التيار المتردد أكبر من 32 أمبير، فيجب أن يكون جهد الإمداد 380 فولت تيار متردد. لذلك، عند الشحن باستخدام عمود شحن تيار متردد، تكون طاقة الشحن أكبر، أي أن وقت الشحن سيكون أقصر.

ثلاثة أوضاع لشحن التيار المتردد

يحتوي وضع شحن التيار المتردد على ثلاثة أوضاع شحن إجمالية، وهي الوضع 1 والوضع 2 والوضع 3 على التوالي. وفقًا للمتطلبات القياسية وسلامة الشحن، حيث تم استخدام الوضع 1 قليلاً جدًا، يتم استخدام الوضع 3 عمومًا لتوصيل وضع الوضع C، ويتم توصيل الوضع 2 والوضع 3 بمبدأ تشغيل الشحن بالتيار المتردد للوضع C وفقًا للمخططات الكهربائية كما هو موضح في الشكل 2 والشكل 3.

1.النموذج 1 الشحن.

لا يحتوي مسدس الشحن على صندوق تحكم، ويتم شحن السيارة مباشرةً عبر كابل مسدس الشحن المتصل بمنفذ تيار متردد منزلي، مما يؤدي إلى عدم القدرة على الاتصال بالمركبة، وعدم إمكانية تحديد أقصى قوة تيار وجهد ودرجة حرارة أثناء الشحن. تم الاستغناء عن طريقة الشحن بالوضع 1 بشكل أساسي بسبب ضعف السلامة.

على الرغم من أن الوضع 1 لا يحتاج إلى تحويل شبكة توزيع الطاقة المدنية الحالية، ومريح ومرن، ولكن عددًا كبيرًا من المركبات الكهربائية المتصلة بشحن الشبكة سيزيد بشكل كبير من الحمل على الشبكة، وتأثير استقرار الشبكة، ويسبب الحرائق والمخاطر المحتملة الأخرى، تحظر العديد من البلدان شحن الوضع 1 بشكل مباشر (مثل الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وسنغافورة)، أو تحدد الحد الأعلى لتيار الشحن أو وقت الشحن، والقيود الإضافية الأخرى (مثل فرنسا والدنمارك ودول أوروبية قارية أخرى).

2. شحن النموذج 2

تم تجهيز مجموعة شواحن الوضع 2 بمقبس قياسي في أحد الطرفين، والذي يتم إدخاله في مقبس قياسي للتوصيل بشبكة الطاقة المترددة، وموصل في الطرف الآخر من مجموعة كابل الشحن (نهاية السيارة)، مع صندوق التحكم في الشحن المدمج (IC-CPD أو ICCB) في منتصف مجموعة الكابل.

يحتوي صندوق التحكم داخل الدائرة على وظيفة توجيه التحكم وفقًا لـ IEC 61851 ويلبي متطلبات الحماية الكهربائية لـ IEC 62752.

يجب أن تحتوي مجموعة شواحن الوضع 2 على وظيفة توجيه التحكم وتوفير تأريض وقائي، ويلزم وجود ثلاثة أسلاك مساعدة على الأقل، لذا فإن منافذ شحن التيار المتردد أحادية الطور القياسية الحالية تحتوي على 5 فتحات على الأقل (فتحتان لسلك الشحن، وفتحتان لتوفير توجيه التحكم، وفتحة واحدة لحماية التأريض)، أما منفذ شحن التيار المتردد ثلاثي الطور فهو عادةً 7 فتحات (أربعة فتحات لسلك الشحن ثلاثي الطور رباعي الأسلاك، وفتحتان لتوفير توجيه التحكم، وفتحة واحدة لحماية التأريض). في العديد من المناطق التي تكون فيها منافذ الشحن ثلاثية الطور وأحادية الطور شائعة، يتم استخدام سبعة فتحات، ولا يتم استخدام فتحتين للشحن أحادي الطور.

لا يجوز أن تتجاوز معلمات الشحن المحددة في IEC 61851-1.

32 أمبير/250 فولت، تيار متردد أحادي الطور
32 أمبير/480 فولت، تيار متردد ثلاثي الطور

3. وضع الشحن 3

الفرق بين الوضع 3 والوضعين 1 و2 هو أن مسدس الشحن غير متصل بشبكة التيار المتردد المنزلية، بل بمصدر طاقة تيار متردد مخصص، أي عمود شحن تيار متردد. في هذه الحالة، يمكن استخدام مسدس الشحن بدون محول، حيث يعمل عمود الشحن نفسه كجهاز حماية. يضمن الوضع 3 شحنًا آمنًا ويزيد من سرعة الشحن إلى حد ما (10/13/32 أمبير).

منفذ شحن التيار المتردد على جانب السيارة من عمود شحن الوضع 3 هو نفسه الموجود في الوضع 2. يحتاج المستهلكون عادةً إلى إحضار كابل الوضع 3 الخاص بهم لاستخدام محطات شحن التيار المتردد العامة.

بعد استكشاف أنماط الشحن الثلاثة للتيار المتردد، يتضح أن السوق يوفر مجموعة متنوعة من شواحن التيار المتردد، كل منها مصمم لتلبية احتياجات وسيناريوهات مختلفة. والخلاصة هي أهمية اختيار الشاحن الأنسب لاحتياجاتك الخاصة. مع توفر مجموعة واسعة من الخيارات، فإن التركيز على التوافق وسرعة الشحن والاحتياجات المحددة لسيارتك الكهربائية سيضمن لك اتخاذ القرار الأمثل والأكثر فعالية.

تذكر أن اختيار الشاحن المناسب لا يُحسّن تجربة الشحن فحسب، بل يُعزز أيضًا كفاءة بطارية سيارتك الكهربائية وعمرها الافتراضي. اختر بعناية لضمان الاستفادة القصوى من إمكانيات التنقل الكهربائي.