مقال واحد لمساعدتك على فهم نظام الشحن المشترك (CCS)

مع شعبية المركبات الكهربائية، موصلات شحن السيارات الكهربائية أصبحت تكنولوجيا الشحن والتوصيل الكهربائي أحد العناصر الأساسية لتعزيز تطوير النقل الكهربائي. ومن بينها، معيار شحن CCS، كمعيار شحن عالمي، يُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الشحن السريع للسيارات الكهربائية في الأسواق الأوروبية والأمريكية. ومع دخول الشركات الصينية تدريجيًا إلى الأسواق الأوروبية والأمريكية، استقطب معيار شحن CCS تدريجيًا اهتمام المزيد من المهندسين.

تاريخ تطوير وتصميم واجهة معيار الشحن CCS:

يعود تاريخ معيار شحن CCS إلى عام 2011. في ذلك الوقت، ظهرت معايير شحن مختلفة في أسواق المركبات الكهربائية في أوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا، مما أدى إلى ظهور مشاكل التوافق وسهولة الشحن في تطوير المركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم.

لحل هذه المشكلة، اقترحت جمعية مصنعي السيارات الأوروبية (ACEA) معيار شحن CCS، والذي يهدف إلى دمج شحن التيار المتردد والمستمر في نظام موحد. صُممت الواجهة المادية للموصل كمقبس مدمج مع واجهات التيار المتردد والتيار المستمرمتوافق مع ثلاثة أوضاع شحن: شحن تيار متردد أحادي الطور، شحن تيار متردد ثلاثي الطور، وشحن تيار مستمر. يوفر خيارات شحن أكثر مرونة للسيارات الكهربائية. صدر معيار CCS Combo 1.0 رسميًا عام 2012.

في عام ٢٠١٤، صدر الإصدار ٢.٠ من معيار CCS Combo، وهو ترقية مهمة للإصدار السابق، حيث حسّن قوة الشحن بشكل أكبر ودعم شحن أسرع بالتيار المستمر. وقد تم اعتماد هذا الإصدار من معيار CCS على نطاق واسع في الأسواق الأوروبية والأمريكية الشمالية. ومنذ ذلك الحين، تم تكرار معيار CCS مرتين في عامي ٢٠١٧ و٢٠٢٠ (CCS Combo ٢.٠.١ وCCS Combo ٢.٠.٢)، مما حسّن قوة الشحن وعزز السلامة بشكل أكبر.

لأسباب تاريخية، يتضمن نظام CCS تصميمين للمقابس. يسار الصورة أعلاه هو قابس CCS من النوع 2 (اختصارًا CCS2)، والذي يُستخدم بشكل رئيسي في السوق الأوروبية. يمين الصورة هو قابس CCS من النوع 1 (اختصارًا CCS1)، والذي يُستخدم بشكل رئيسي في سوق أمريكا الشمالية، بما في ذلك الولايات المتحدة وكندا.

الحرف C الأول في CCS هو الحرف الأول من كلمة "مُجمّع". يُسمى "مُجمّع" لأن منفذ الشحن يدمج الجزء العلوي (التيار المتردد) والجزء السفلي (التيار المستمر). يُستخدم الجزء العلوي فقط من الواجهة أثناء شحن التيار المتردد، بينما تُستخدم الواجهة السفلية (التيار المستمر) لنقل الطاقة أثناء شحن التيار المستمر، وتُستخدم بعض دبابيس القابس العلوي للاتصال.

تجدر الإشارة إلى أنه، بخلاف اتصال CAN المستخدم في شحن التيار المستمر وفقًا للمعايير الوطنية، يتم التواصل بين المركبات الكهربائية (EVs) وأكوام الشحن (EVSE) في شحن CCS بالتيار المتردد والتيار المستمر عبر واجهة التحكم (CP). الدبابيس المتعلقة بالتحكم في الشحن هي:

CP - طيار التحكم:

ينقل إشارات PWM للتحكم في شحن التيار المتردد وإشارات معدلة تعتمد على اتصالات خطوط الطاقة (PLC) لإنشاء اتصالات عالية المستوى في شحن التيار المتردد أو المستمر.

PP - طيار القرب:

توجد مقاومة محددة مسبقًا بين هذا الدبوس وPE، مما يسمح لـ EV بالتعرف على توصيل رأس مسدس الشحن والقدرة القصوى لحمل التيار للكابل.

PE - الأرض الواقية:

يتم استخدامه لحماية تأريض المركبات الكهربائية، وأيضًا كأرضية مرجعية لـ CP و PP.

المعايير الدولية المتبعة في احتجاز الكربون وتخزينه:

المعايير المتعلقة بالشحن واسعة ومعقدة. ونظرًا لضيق المساحة، ستشرح هذه المقالة بإيجاز عدة معايير وثيقة الصلة بشحن CCS بالتيار المتردد والمستمر.

IEC 61851-1

سلسلة معايير IEC 61851 هي أقدم معيار دولي لأنظمة الشحن وضعته منظمة IEC، ويمكن اعتبارها حجر الأساس لمعايير الشحن. وتتمتع بأهمية مرجعية بالغة الأهمية لتطوير معايير أنظمة الشحن في الدول الأخرى، أو تطوير معايير شحن لاحقة مثل DIN70121 أو ISO15118.

من بينها، يحدد المعيار IEC61851-1 المتطلبات العامة لنظام الشحن، وخاصةً مواصفات شحن التيار المتردد. ويعتمد هذا المعيار، بما في ذلك معيار شحن التيار المتردد GB/T18487.1-2015 في بلدي، على نفس أسلوب التحكم.

ببساطة، يهدف توجيه التحكم في شحن التيار المتردد إلى تغيير جهد نقطة الكشف على خط CP عن طريق توصيل رأس مسدس الشحن والتحكم في فتح وإغلاق مفتاح S2 في طرف المركبة، وذلك لتحديد حالة الشحن بين المركبة والكومة وتبديلها. بالإضافة إلى ذلك، تُبلغ كومة الشحن المركبة بأقصى تيار يمكن توفيره من خلال توليد إشارات تعديل عرض النبضة (PWM) بدورات عمل مختلفة.

بما أن استراتيجية الشحن الفعلية أثناء شحن التيار المتردد تُنفَّذ بواسطة شاحن OBC المدمج، فلا يمكن تلبية متطلبات تفاعل المعلومات بين المركبة والكومة إلا بتغيير جهد نقطة الكشف ودورة العمل.

فيما يتعلق بشحن التيار المستمر، ازداد الطلب على تفاعل المعلومات بين السيارة ومنصة الشحن بشكل ملحوظ، ولم تعد الإشارات التناظرية البسيطة قادرة على تلبية هذا الطلب. لذلك، تُعرّف المواصفة IEC 61851-1 في الوضع 4 أن الاتصال عالي المستوى (HLC) يتحقق عبر خط CP لنقل بروتوكول شحن التيار المستمر المُحدد في المواصفة IEC 61851-23.

يعتمد نظام الاتصالات الرقمية عالي المستوى في نظام CCS على تقنية اتصالات خطوط الطاقة (PLC) القائمة على HomePlug GreenPHY كبروتوكول طبقة وصلة البيانات. ببساطة، يتم توصيل إشارة التردد العالي المعدلة بتقنية OFDM بخط إشارة CP عبر مودم مثبت على عمود الشحن أو دائرة إشارة CP في المركبة، ثم يتم فك تعديلها بواسطة المودم في الطرف الآخر.

بهذه الطريقة، يمكن تحقيق معدل اتصال يصل إلى 10 ميجابت في الثانية دون إضافة دبابيس اتصال إضافية، مما يوفر قناة تفاعل معلومات ذات نطاق ترددي عالي لتفاعل معلومات شحن التيار المستمر والوظائف المتقدمة مثل الشحن والتوصيل وحتى تفاعل المركبة مع الشبكة.

كما ذكر أعلاه، فإن إدخال اتصال PLC يمكن أن يحقق اتصالاً عالي المستوى مع الحفاظ على الواجهة المادية للجزء AC من CCS دون تغيير، ويمكنه دمج الواجهات الكهربائية AC وDC بشكل كبير مع الحفاظ على التوافق.

ومع ذلك، فإن العيوب واضحة أيضًا: أولاً، يجب إضافة دائرة التعديل وإزالة التعديل إلى دائرة الطيار CP، كما أن شريحة HomePlug GreenPHY باهظة الثمن، مما يزيد بشكل غير مباشر من تكلفة تطبيق CCS؛

بالإضافة إلى ذلك، ولأن اتصالات PLC تعتمد على إشارات عالية التردد، فإنها تفرض متطلبات عالية على جودة وسيط النقل، أي كابل الشحن. خلال مساعدتنا اليومية للعملاء في الاختبارات، نواجه أحيانًا حالات يكون فيها ضعف الإشارة كبيرًا جدًا بسبب مشاكل في الكابل أو طرف التوصيل، مما يجعل من المستحيل إجراء عملية شحن يدوي.

مواصفات DIN 70121

معيار DIN 70121 هو معيار تنظيمي للاتصالات الرقمية بين المركبات الكهربائية وأكوام شحن التيار المستمر أصدره المعهد الألماني للمعايير في عام 2012. في وقت مبكر من عام 2011، أصدرت مجموعة BMW بالفعل سيارات i3 و i8 النموذجية الكهربائية الخالصة وأعلنت أنها ستدرج في عام 2013.

في ذلك الوقت، كان معيار ISO/IEC 15118 لا يزال قيد الصياغة والإعداد، وكانت صناعة السيارات الألمانية بحاجة ماسة إلى معيار لتنظيم السوق وإطلاق المنتجات. لذلك، وُلد معيار DIN 70121 بهدف إنعاش التحول الكهربائي في السيارات الألمانية.

يستند هذا المعيار إلى الإصدارات المبكرة غير المنشورة من المعيارين IEC 61851-23 وISO 15118، ويُحدد مواصفات الاتصالات الرقمية في عملية شحن التيار المستمر. وبعبارة أبسط، ينص معيار DIN 70121 على استخدام خطوط إشارة CP كوسيط نقل، وPLC كروابط بيانات، وMAC وTCP/IP كأوضاع اتصال لطبقة نقل الشبكة، ويُوحد عمليات المصافحة والتفاعل ومحتوى الرسائل في الاتصالات عالية المستوى، مما يُحل مشكلة نقص المعايير في صناعة شحن التيار المستمر آنذاك.

في عام ٢٠١٤، أصدر المعهد الألماني للمعايير DIN 70121:2014 Ed.2، الذي عالج بعض المشاكل. وفي عام ٢٠١٨، صدرت رسميًا مواصفة اختبار الاتساق DIN 70122:2018 للمعيار DIN 70121. وحتى الآن، تمتلك أنظمة شحن CCS مجموعة كاملة نسبيًا من المعايير وأنظمة اختبار الاتساق.

نظرًا لضيق وقت الإصدار، كشف معيار DIN 70121 عن العديد من العيوب أو المشاكل التي لا يمكن تطبيقها عمليًا. وهنا لا بد من ذكر منظمة نشطة للغاية في صناعة الشحن الأوروبية، وهي مبادرة واجهة شحن المركبات الكهربائية (CharIN eV).

تأسست هذه المنظمة عام ٢٠١٥ من قِبل عدد من شركات السيارات الأوروبية الرائدة، وتضم حاليًا ١٦٤ عضوًا أساسيًا و١٣٩ عضوًا. تهدف منظمة CharIN إلى توحيد جهود قطاع السيارات لتحسين معايير شحن CCS.

الأكثر تمثيلا لهذه هو اجتماع الاختبار السنوي (CharIN Testival): من خلال اجتماع الاختبار، يقومون بتنظيم شركات السيارات وشركات الشحن في الصناعة لإجراء اختبارات التشغيل البيني وجمع المشاكل التي واجهتها في الاختبار، ثم نشر دليل التطبيق (دليل تنفيذ CharIN لـ DIN 70121: 2014) وحالات اختبار الاتساق (حالات اختبار CharIN لـ DIN 70121: 2014 دليل التنفيذ) للمشاكل في DIN 70121 و DIN 70122.

سيتم اعتماد هاتين الوثيقتين الإرشاديتين، كملحقات وتعديلات على معيار DIN، في إصدارات DIN المستقبلية. حاليًا، ومع النمو المستمر لمؤسسة CharIN، لم تعد تقتصر على معيار CCS، بل تتطلع إلى معايير الشحن العالمية.

كما قامت منظمة CharIN بتعريف ثلاث مراحل لمعايير شحن CCS، وينتمي DIN 70121 إلى المرحلة الأساسية.