توصيل التيار الكهربائي تطور نقاط شحن السيارات الكهربائية

ينتهي بسرعة عصر الانتظار لساعات لشحن السيارة الكهربائية. فمستقبل شحن السيارات الكهربائية سيتحول إلى تجربة روتينية سريعة. فقريباً، لن يقتصر دور السيارة الكهربائية على سحب الطاقة فحسب، بل سيدعم شبكة الطاقة أيضاً. تتوقع شركة وود ماكنزي أن ينمو سوق منافذ شحن السيارات الكهربائية العالمي إلى 206.6 مليون ميناء بحلول عام 2040. هذا التوسع، مدفوعًا ب الشركات المصنعة لشاحن السيارة الكهربائية مثل TPSON، يشير إلى تحول كبير. الإحباط من العثور على عمل شاحن السيارة الكهربائية يتم تصميمه هندسيًا، مما يمهد الطريق لمستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية والتكامل السلس بين السيارات الكهربائية.

الحاجة إلى السرعة: ظهور تكنولوجيا الشحن فائق السرعة

إن الطلب على أوقات أسرع للتزود بالوقود هو المحرك الأساسي للابتكار التكنولوجي في قطاع السيارات الكهربائية. يريد السائقون الراحة التي تعكس تجربة محطات الوقود التقليدية. وقد أشعل ذلك سباقاً لتطوير تكنولوجيا الشحن فائق السرعة ونشرها، مما أدى إلى إعادة تشكيل المشهد الحالي ل محطات شحن السيارات الكهربائية. لتقدير هذه القفزة، يجب أولاً فهم الأنواع المختلفة لمحطات الشحن المتاحة اليوم.

فهم طيف شحن السيارات الكهربائية

شحن السيارة الكهربائية ليس عملية واحدة تناسب الجميع. تعتمد سرعة زيادة مدى السيارة الكهربائية بالكامل على مستوى طاقة محطة الشحن. وتشكل هذه المستويات طيفاً يتراوح بين الشحن البطيء أثناء الليل والتعزيزات السريعة أثناء التنقل.

المستوى 1: الشحن الليلي الأساسي

يستخدم الشحن من المستوى 1 مأخذ كهربائي منزلي قياسي. وهي الطريقة الأبطأ، حيث تضيف حوالي 3 إلى 5 أميال فقط من المدى في الساعة. هذا الخيار مناسب للسيارات الهجينة المزودة ببطاريات أصغر أو لمالكي السيارات الكهربائية الذين يقودون لمسافات قصيرة يومياً. يمكن أن يستغرق الشحن الكامل لسيارة كهربائية متوسطة الحجم حتى 24 ساعة.

المستوى 2: المعيار المنزلي والعام

يمثل المستوى 2 الشكل الأكثر شيوعاً لشحن السيارات الكهربائية. توجد أجهزة الشحن هذه في المنازل وأماكن العمل ومواقف السيارات العامة. وهي تتطلب دائرة كهربائية مخصصة بقوة 240 فولت، على غرار المجفف الكهربائي. يمكن لشاحن المستوى 2 تجديد شحن البطارية طوال الليل، عادةً في غضون 3 إلى 7 ساعات، مما يجعله المعيار العملي للاستخدام اليومي.

المستوى 3: الشحن السريع بالتيار المستمر اليوم

يُعدّ المستوى 3، أو الشحن السريع بالتيار المستمر (DCFC)، مغيراً لقواعد اللعبة في السفر لمسافات طويلة. تقوم محطات الشحن القوية هذه بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر قبل دخولها إلى السيارة، متجاوزة الشاحن الداخلي للسيارة. يتيح هذا التيار المباشر سرعات أعلى بكثير.

ملاحظة: بينما يستخدم المستويان 1 و2 التيار المتردد (AC)، يستخدم المستوى 3 التيار المباشر (DC). وهذا هو الفرق الرئيسي الذي يتيح توفير طاقة أعلى بكثير وأوقات شحن أسرع.

يلخص الجدول التالي قدرات تقنيات الشحن هذه.

القفزة إلى الشحن فائق السرعة (UFC)

إن أجهزة الشحن السريع القياسية للتيار المستمر القياسية مثيرة للإعجاب، ولكن الصناعة تتخطاها بالفعل. والتطور التالي هو الشحن فائق السرعة (UFC)، والذي يعد بتقليل فترات توقف الشحن إلى الوقت الذي يستغرقه تناول القهوة.

كسر حاجز 350 كيلوواط

تعمل الشواحن فائقة السرعة بقدرة 350 كيلوواط وأعلى، وهي قفزة كبيرة عن الشواحن السريعة الشائعة التي تتراوح قدرتها بين 50 و150 كيلوواط. يمكن للسيارة الكهربائية المزوّدة بنظام بطارية متوافق أن تقطع مئات الأميال من المدى في غضون 15-20 دقيقة فقط. يمكن لعدد متزايد من المركبات الاستفادة من هذه السرعات.

• هيونداي أيونيك 5 و6
• كيا EV6 و EV9
• بورشه تايكان
• لوسِد أير
• جينيسيس GV60

على سبيل المثال، تتميز سيارة لوتس إليتر بقدرة شحن قصوى تبلغ 350 كيلوواط, عرض الإمكانات المذهلة لتقنيات الشحن السريع الحديثة.

الوعد بشحن الشاحنات بقدرة ميجاوات

تمتد الحاجة إلى السرعة إلى القطاع التجاري. حيث تتطلب الشاحنات الكهربائية نصف الشاحنات كميات هائلة من الطاقة. ويجري تطوير نظام الشحن بقدرة ميغاواط (MCS) لتلبية هذا الطلب، وتوفير الطاقة على نطاق غير مسبوق.

الهدف من تصميم نظام التحكم عن بُعد (MCS) هو شحن شاحنة للخدمة الشاقة من 20% إلى 80% في 30 دقيقة تقريباً, مما يجعل من النقل بالشاحنات الكهربائية لمسافات طويلة واقعاً قابلاً للتطبيق.

تقليل زمن الشحن إلى دقائق معدودة

الهدف النهائي لتقنيات الشحن المتقدمة هذه هو جعل تجربة شحن السيارات الكهربائية مماثلة تقريباً لتجربة شحن السيارات التي تعمل بالبنزين. ومع ارتفاع مستويات الطاقة وتحسّن كيمياء البطاريات، لم يعد شحن السيارة الكهربائية لمدة 5 إلى 10 دقائق، والذي يضيف أكثر من 200 ميل من المدى خيالاً علمياً. إنه المعيار المستقبلي القريب الذي تعمل شركات مثل TPSON، وهي شركة مزودة لحلول شحن السيارات الكهربائية المتقدمة تقنياً، على تحقيقه.

التقنيات الرئيسية التي تتيح سرعات فائقة

يتطلب دفع مثل هذه المستويات العالية من التيار الكهربائي بأمان وكفاءة هندسة متطورة. هناك ثلاثة مجالات رئيسية للابتكار تجعل الشحن فائق السرعة ممكناً: أنظمة التبريد وأشباه الموصلات وتكنولوجيا البطاريات.

أنظمة التبريد السائل المتقدمة

يولد الشحن عالي الطاقة للمركبات الكهربائية حرارة هائلة. وبدون الإدارة الحرارية المناسبة، سترتفع درجة حرارة الكابلات والموصلات، مما يحد من سرعة الشحن ويشكل خطراً على السلامة. أنظمة التبريد السائل المتقدمة هي الحل. تقوم هذه الأنظمة بتدوير سائل تبريد (عادةً ما يكون خليطاً من الماء والجليكول) عبر كابلات الشحن والموصل، مما يسحب الحرارة بشكل فعال بعيداً. وهذا يسمح للموصل القياسي بالتعامل مع ما يصل إلى 500 كيلوواط، وهي زيادة هائلة عن الحد الأقصى غير المبرد البالغ 200 كيلوواط. تسمح هذه التقنية أيضاً بتوفير كابلات أقل سمكاً وأخف وزناً وأكثر مرونة، مما يحسن تجربة المستخدم في محطات الشحن.

دور أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC)

أشباه الموصلات هي الأبطال الصامتون داخل الشاحن، حيث تدير تدفق الطاقة. لسنوات، كان السيليكون هو المعيار. ومع ذلك، يُعد كربيد السيليكون (SiC) مادة متفوقة للتطبيقات عالية الطاقة. يمكن لأشباه الموصلات SiC أن تعمل على فولتية ودرجات حرارة وترددات أعلى مع فقدان طاقة أقل بكثير.

باستخدام SiC، يمكن للمصنعين بناء شواحن أصغر حجماً وأخف وزناً وأكثر كفاءة تهدر كهرباء أقل في صورة حرارة. على سبيل المثال، تستخدم سيارة بورشه تايكان من بورشه سيليكون SiC لتمكين سرعات الشحن السريع، وهو إنجاز غير ممكن مع مكونات السيليكون التقليدية.

بطاريات الحالة الصلبة: الحدود التالية

الجزء الأخير من اللغز هو بطارية السيارة الكهربائية نفسها. فبطاريات الليثيوم أيون الحالية لها قيود على مدى سرعة امتصاصها للشحن. وتمثل بطاريات الحالة الصلبة الحدود التالية. فهي تستبدل الإلكتروليت السائل في بطاريات اليوم بمادة صلبة. يعد هذا التصميم بكثافة طاقة أعلى، وسلامة محسنة، والأهم من ذلك، القدرة على قبول الشحن بسرعة فائقة دون تدهور. عندما تصبح بطاريات الحالة الصلبة قابلة للتطبيق تجارياً، فإنها ستطلق العنان للإمكانات الكاملة للشحن على مستوى الميغاواط، مما يجعل الشحن لمدة 5 دقائق حقيقة واقعة بالنسبة إلى السيارة الكهربائية العادية.

الشبكات الذكية والبرمجيات: العقول الكامنة وراء مستقبل شحن السيارات الكهربائية

إن سرعات الشحن الفائقة هي جزء واحد فقط من المعادلة. فالثورة الحقيقية في مستقبل شحن السيارات الكهربائية تكمن في الذكاء الذي يشغلها. تعمل البرامج المتقدمة واتصالات الشبكة على تحويل أجهزة الشحن من مجرد موزعات طاقة بسيطة إلى أجهزة ذكية متصلة. مزودو الخدمات المتقدمة تكنولوجياً مثل TPSON تعمل على تطوير حلول تدمج هذا الذكاء، مما يضمن أن يكون النظام البيئي بأكمله فعالاً ومستقراً وسهل الاستخدام.

الشاحن الذكي المتصل

الشاحن الحديث هو أكثر من مجرد قابس؛ فهو عبارة عن عقدة تعتمد على البيانات على شبكة طاقة متزايدة التعقيد. هذا الاتصال ضروري لإدارة الطلب الجديد الهائل من السيارات الكهربائية.

ما هي الشبكة الذكية؟

الشبكة الذكية هي شبكة كهربائية حديثة تستخدم الاتصال ثنائي الاتجاه للتفاعل والتكيف مع التغيرات في الطلب على الطاقة. وبالنسبة لشحن السيارات الكهربائية، فإن وظائفها بالغة الأهمية:

• إدارة الطاقة الديناميكية للتعامل مع تقلبات الحمل.
• التوزيع الأمثل للطاقة لمنع الاختناقات.
• تعزيز مرونة الشبكة للاستجابة بشكل أسرع للانقطاعات.
• التكامل السلس لمصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

تسمح هذه الرقابة الرقمية للشبكة بتوقع أنماط الشحن وتحسين استخدام الطاقة بشكل عام.

موازنة التحميل لاستقرار الشبكة

يمكن أن يؤدي الشحن غير المُدار للمركبات الكهربائية، حيث يتم توصيل العديد من السيارات في وقت واحد خلال ساعات الذروة، إلى إرباك الدوائر الكهربائية المحلية. تعمل إدارة توازن الأحمال على توزيع الطاقة المتاحة بذكاء عبر شواحن متعددة. تمنع تقنية الشحن الذكية هذه التحميل الزائد على الشبكة من خلال ضبط معدلات الشحن ديناميكيًا بناءً على الطلب الكلي، مما يضمن إمدادات طاقة موثوقة للجميع. تهدف الصين، على سبيل المثال، إلى أن يتم شحن 601 تيرابايت و3 أطنان من شحن السيارات الكهربائية في غير أوقات الذروة بحلول عام 2025، وذلك باستخدام الحوافز لتشجيع هذا السلوك الصديق للشبكة.

تحسين التكاليف باستخدام معدلات وقت الاستخدام الأمثل

تُمكِّن الشبكات الذكية المرافق من تقديم أسعار الكهرباء حسب وقت الاستخدام (TOU). هذه البرامج تجعل الكهرباء أرخص خلال ساعات خارج أوقات الذروة، مثل وقت متأخر من الليل. يمكن لأنظمة الشحن الذكية جدولة شحن السيارات الكهربائية تلقائيًا لشحنها خلال هذه الفترات منخفضة التكلفة، مما يوفر المال للمالك ويقلل الضغط على الشبكة.

من مركبة إلى كل شيء (V2X): شارع الطاقة ثنائي الاتجاه

تعمل تقنية V2X على تحويل السيارة الكهربائية إلى مشارك نشط في منظومة الطاقة. فبدلاً من سحب الطاقة فقط، يمكن للمركبة أن تزود الطاقة أيضاً، مما يخلق تدفقاً ثنائي الاتجاه للطاقة.

تحويل المركبات إلى شبكة (V2G): تزويد المجتمع بالطاقة

مع تقنية V2G، يمكن لأسطول من السيارات الكهربائية المتوقفة أن يعمل كبطارية ضخمة وموزعة, إعادة إرسال الطاقة إلى الشبكة أثناء ذروة الطلب. وهذا يساعد على استقرار الشبكة ويدعم تكامل الطاقة المتجددة المتقطعة. يجري بالفعل تنفيذ مشاريع تجريبية واسعة النطاق لتكنولوجيا V2G في العديد من المدن في جميع أنحاء الصين, توضيح كيف يمكن للمركبات الكهربائية دعم أنظمة الطاقة المجتمعية.

من السيارة إلى المنزل (V2H): سيارتك كمولد احتياطي

تسمح تقنية V2H للسيارة الكهربائية بتزويد المنزل بالطاقة مباشرة أثناء انقطاع التيار الكهربائي. سيارة مثل فورد F-150 لايتنينج أو موديلات فولكس واجن القادمة يمكن أن تعمل كمولد احتياطي صامت وخالٍ من الانبعاثات، مما يحافظ على تشغيل الأضواء والأجهزة الأساسية.

تحويل المركبة إلى حمولة (V2L): الطاقة المحمولة عند الطلب

يوفر لك نظام V2L الراحة القصوى: استخدام سيارتك كبنك طاقة عملاق متنقل. تسمح لك هذه الميزة بتوصيل الأدوات أو معدات التخييم أو غيرها من الأجهزة الإلكترونية مباشرةً في السيارة.

تجربة البرمجيات السلسة

تعمل البرامج على التخلص من نقاط الاحتكاك الأخيرة في عملية الشحن العام للمركبات الكهربائية، مما يجعلها بسيطة قدر الإمكان للسائق.

شرح التوصيل والشحن (ISO 15118)

يتيح بروتوكول ISO 15118 ميزة تعرف باسم التوصيل والشحن. فهو يقوم بأتمتة عملية المصادقة والفوترة بالكامل من خلال “مصافحة” رقمية آمنة بين السيارة والشاحن. العملية بسيطة:

1. يقوم برنامج التشغيل بتوصيل كابل الشحن.
2. تتبادل السيارة الكهربائية والشاحن بيانات الاعتماد المشفرة بشكل آمن.
3. يتحقق النظام من حساب السائق.
4. يبدأ الشحن تلقائياً.

الاستغناء عن الحاجة إلى التطبيقات والبطاقات

يُلغي نظام التوصيل والشحن الحاجة إلى استخدام تطبيقات متعددة أو بطاقات RFID أو محطات الدفع. يقوم السائق بالتوصيل ببساطة، ويتولى النظام الباقي. وهذا ما يوفر تجربة شحن عامة سلسة وخالية من المتاعب.

تخطيط المسار والشحن المدعوم بالذكاء الاصطناعي

الذكاء الاصطناعي يجعل القلق من المدى شيئاً من الماضي. مخططو المسارات الحديثة، مثل زاب ماب, تستخدم الذكاء الاصطناعي لمساعدة السائقين على التخطيط للرحلات الطويلة. تحدد هذه التطبيقات محطات الشحن، وتوضح مدى توفر الشاحن في الوقت الفعلي، وتقدر وقت الشحن اللازم، مما يضمن رحلة سلسة ومتوقعة.

الوصول الشامل: الابتكارات الرئيسية التي تشكل مستقبل شحن السيارات الكهربائية

تعمل السرعة والذكاء على تغيير تجربة الشحن، ولكن تأثيرها يعتمد على عامل واحد حاسم: إمكانية الوصول. يتوقف مستقبل شحن السيارات الكهربائية على إنشاء نظام عالمي يمكن لأي سائق توصيل أي شاحن في أي مكان وفي أي وقت. وتركز الابتكارات الرئيسية التي تشكل مستقبل شحن السيارات الكهربائية الآن على كسر الحواجز النهائية لأنواع الموصلات وفجوات البنية التحتية والتكامل في الحياة اليومية. هذا التوجه نحو الوصول الشامل يجعل شبكة الشحن العامة أكثر موثوقية وسهولة في الاستخدام من أي وقت مضى.

نهاية حروب الموصلات

على مدى سنوات، كان مشهد السيارات الكهربائية مجزأً بسبب معايير الشحن المتنافسة، مما تسبب في حالة من الارتباك والإحباط للسائقين. وقد أوشكت هذه الحقبة أخيراً على الانتهاء مع توحّد الصناعة حول معيار واحد مهيمن.

لمحة تاريخية موجزة: CHAdeMO مقابل CCS

تميزت الأيام الأولى للشحن السريع بالتيار المستمر بالتنافس بين معيارين رئيسيين: معيار CHAdeMO ونظام الشحن المشترك (CCS).

• شادمو يستخدم هذا المعيار في المقام الأول من قبل بعض شركات صناعة السيارات الآسيوية، ويتطلب هذا المعيار وجود منفذ شحن سريع مخصص للتيار المستمر في السيارة، منفصل عن المنفذ المستخدم للشحن بالتيار المتردد الأبطأ.
• نظام التحكم عن بُعد: تم تطويره ليكون حلاً متكاملاً، حيث يمد موصل التيار المتردد J1772 الشائع بموصل تيار متردد كبيرين للتيار المستمر. يسمح هذا التصميم “المدمج” لمنفذ واحد في السيارة بالتعامل مع كل من شحن التيار المتردد والتيار المستمر.

ويعني هذا التقسيم أن شبكات الشحن اضطرت إلى تركيب أنواع متعددة من الموصلات، وكان على السائقين التأكد من توافق سيارتهم مع محطات الشحن المتاحة.

ظهور معيار الشحن في أمريكا الشمالية (NACS)

طوّرت Tesla موصلها الخاص، المعروف الآن باسم معيار الشحن في أمريكا الشمالية (NACS)، والذي يوفر حلاً أكثر إحكاماً وأناقة. تستخدم NACS قابسًا واحدًا نحيفًا لطاقة التيار المتردد والتيار المستمر من خلال جعل المسامير تعمل بشكل مزدوج. ومع ذلك، يتطلب هذا النهج “الهجين” برمجيات متطورة للمركبة والشاحن لضمان السلامة عند التبديل بين طاقة التيار المتردد ذات الجهد المنخفض وطاقة التيار المستمر ذات الجهد العالي.

في تحول تاريخي، تحركت الصناعة سريعاً نحو اعتماد نظام الحسابات القومية. بدءاً من منتصف عام 2023، أعلنت كل شركات صناعة السيارات الكبرى تقريباً عن خطط للتحول من نظام احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه إلى نظام التحكم في استهلاك الوقود في سياراتها في أمريكا الشمالية، بدءاً من طراز عام 2025.

سيمنح هذا الانتقال السائقين من العديد من العلامات التجارية المختلفة للسيارات الكهربائية إمكانية الوصول إلى شبكة الشاحن الفائق الواسعة من تسلا، مما يوسع بشكل كبير من خيارات الشحن الموثوقة المتاحة.

ما الذي يعنيه التوحيد القياسي للسائقين

إن معيار الشحن الموحد سيغير قواعد اللعبة بالنسبة لمالك السيارة الكهربائية. فهو يلغي الحاجة إلى المحولات الضخمة ويزيل التخمين في العثور على شاحن متوافق. ويؤدي هذا التبسيط إلى توفير تجربة شحن عامة أكثر سلاسة وموثوقية مما يعزز ثقة السائقين ويسرّع من اعتماد السيارات الكهربائية. شبكة شحن واحدة وقوية تفيد الجميع.

جهود توسعة البنية التحتية الضخمة

مع انتهاء حروب الموصلات، تحول التركيز إلى التوسع السريع والاستراتيجي لشبكات الشحن. يعمل مزيج من التمويل العام والاستثمار الخاص على بناء البنية التحتية للشحن اللازمة لدعم مستقبل كهربائي بالكامل.

البرنامج الوطني للبنية التحتية للمركبات الكهربائية (NEVI)

في الولايات المتحدة، تقود الحكومة الفيدرالية جزءاً كبيراً من هذا التوسع من خلال البرنامج الوطني للبنية التحتية للمركبات الكهربائية (NEVI). يوفر هذا البرنامج التمويل للولايات لبناء شبكة شحن يمكن الاعتماد عليها. ويتمثل الهدف الأساسي في وضع محطات شحن سريع كل 50 ميلاً على طول الطرق السريعة الرئيسية، مما يضمن عدم ترك أي سائق عالقاً في الطريق. هذا الاستثمار العام الضخم هو الأساس لإنشاء شبكة شحن وطنية حقيقية.

بناء ممرات الشحن على الطرق السريعة الوطنية

يساعد برنامج NEVI في إنشاء ممرات رسمية للوقود البديل (AFCs) على طول النظام الوطني بين الولايات. هذا الموضع الاستراتيجي لمحطات الشحن يجعل السفر لمسافات طويلة بالسيارة الكهربائية عملياً ويمكن التنبؤ به. ويمكن رؤية التقدم المحرز بالفعل على طول ممرات مثل الطريق السريع 95 على الساحل الشرقي. ويجري حالياً بذل جهود مماثلة على الصعيد العالمي.

أوروبا تفويض AFIR: تنص لائحة البنية التحتية للوقود البديل (AFIR) في أوروبا على توفير أجهزة شحن سريعة كل 60 كيلومترًا على الأقل على الطرق السريعة الرئيسية. وهذا يدل على وجود مسعى دولي منسق للقضاء على القلق بشأن المسافات الطويلة.

وتمتد هذه الجهود أيضاً إلى الشاحنات الثقيلة، مع مبادرات مثل برنامج ‘SuperTruck Charge’ الذي يوضح الشحن على نطاق ميغاواط لدعم الشحن الكهربائي.

الاستثمار الخاص من شركات صناعة السيارات والشبكات

يقابل التمويل العام استثمارات خاصة ضخمة. تضخ شركات صناعة السيارات وشبكات الشحن المخصصة مليارات الدولارات في بناء محطات الشحن الخاصة بها. ويعزز هذا الاستثمار الخاص المنافسة، ويحفز الابتكار، ويسرّع من توسع شبكات الشحن بشكل يفوق بكثير ما يمكن أن يحققه التمويل الحكومي وحده. هذا النهج المزدوج للاستثمار العام والخاص هو أحد أهم الاتجاهات في تطوير البنية التحتية لشحن السيارات.

دمج شحن السيارات الكهربائية في الحياة اليومية

يتمثل الهدف النهائي في جعل شحن السيارات الكهربائية جزءاً غير مرئي وسهلاً من الروتين اليومي. وهذا يعني تجاوز ممرات الطرق السريعة ودمج فرص الشحن في الأماكن التي يعيش فيها الناس ويعملون ويتسوقون.

الدفع لشحن المساكن متعددة الوحدات السكنية

تتمثل إحدى أكبر العقبات التي تعترض امتلاك السيارات الكهربائية في عدم توفر الشحن في المنزل للأشخاص الذين يعيشون في الشقق والوحدات السكنية. وغالباً ما يواجه مديرو المباني تحديات كبيرة:

• التكاليف المرتفعة: إن إعادة تجهيز المباني القديمة بالقدرة الكهربائية اللازمة أمر مكلف.
• طاقة محدودة: قد لا تدعم الأنظمة الكهربائية الحالية العديد من أجهزة الشحن التي تعمل في وقت واحد.
• التخصيص المركب: يعد تخصيص أماكن الشحن للمقيمين بشكل عادل لغزاً لوجستياً محيراً.

بدأت تظهر حلول لمعالجة هذه المشكلات. يمكن لأنظمة إدارة الأحمال الذكية موازنة الطاقة عبر شواحن متعددة لمنع التحميل الزائد. يمكن أن تساعد المنح الحكومية في تعويض التكلفة الاستثمارية الأولية. يقدم مزودو الخدمات المتقدمة تقنياً مثل TPSON حلولاً قابلة للتطوير مصممة لهذه البيئات المعقدة، مما يجعل شحن السيارات الكهربائية في المباني السكنية حقيقة ممكنة.

الشحن في مكان العمل كميزة حديثة للموظفين

أصبح الشحن في مكان العمل ميزة أساسية للموظفين. فهي توفر خيار شحن مريح وموثوق به للركاب. بالنسبة لأصحاب العمل، يعد توفير محطات شحن السيارات الكهربائية في الموقع أداة قوية لجذب أفضل المواهب والاحتفاظ بها مع إظهار الالتزام بالاستدامة. كما أنها تساعد في توزيع الطلب على الطاقة، حيث يمكن شحن السيارات خلال ساعات إنتاج الطاقة الشمسية أثناء النهار.

نمو تجارة التجزئة وشحن الوجهات

تدرك الشركات أن توفير خدمة شحن السيارات الكهربائية وسيلة رائعة لجذب العملاء. حيث تقوم المتاجر الكبرى ومراكز التسوق والفنادق والمطاعم بتركيب محطات شحن السيارات الكهربائية بشكل متزايد كوسيلة راحة. يسمح هذا “الشحن في الوجهة” للسائقين بتعبئة البطارية أثناء التسوق أو تناول الطعام أو قضاء بعض المهام. هذا التكامل السلس يجعل ملكية السيارة الكهربائية أكثر ملاءمة من خلال تحويل محطات التوقف الضرورية إلى فرص شحن مثمرة.

أجهزة الجيل التالي: مستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية

بالإضافة إلى السرعة والبرمجيات، يشهد الشكل المادي لأجهزة الشحن تحولاً جذرياً. لا يتعلق مستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية بالطاقة فحسب، بل يتعلق أيضاً بالاندماج السلس في بيئتنا وحياتنا اليومية. تعمل الابتكارات في الأجهزة على جعل شحن السيارات الكهربائية أكثر ملاءمة وسهولة في الوصول إليها، بل وحتى غير مرئية.

الابتكارات في تصميم الشاحن المادي

محطة الشحن التقليدية آخذة في التطور. تم تصميم تقنيات محطات الشحن الجديدة لحل تحديات محددة تتعلق بالمساحة وإمكانية الوصول وراحة المستخدم.

أذرع الشحن الآلي والروبوتية

تستعد الأتمتة للتخلص من الجهد البدني المبذول في التوصيل. تستخدم أنظمة الشحن الروبوتية كاميرات ومستشعرات لتحديد موقع منفذ شحن السيارة الكهربائية تلقائياً وتوصيل الكابل. شركات مثل تطلق شركة روبوتات الشحن بالفعل برامج تجريبية لهذه الأنظمة. تعد هذه التقنية بمستوى جديد من الراحة، خاصة للسائقين الذين يواجهون تحديات في التنقل.

شواحن منبثقة للمساحات الحضرية

تُعد مساحة الرصيف مرتفعة في المدن ذات الكثافة السكانية العالية. ولحل هذه المشكلة، تقوم الشركات بتطوير أجهزة شحن قابلة للسحب تختفي بعيداً عندما لا تكون قيد الاستخدام.

• طروادة للطاقة أطلقت محطات مؤقتة في العديد من أحياء لندن.
• أوربان فوكس تطرح نقاط شحن قابلة للسحب بالكامل بقدرة 7 كيلوواط قابلة للسحب بالكامل، وهي نقاط شحن قابلة للسحب بقدرة 7 كيلوواط، وتثبت على الرصيف.

تحافظ هذه الحلول السرية على المشهد الحضري وتقلل من فوضى الشوارع، مما يجعل الشحن على نطاق واسع في الشارع أكثر جدوى.

حلول الشحن المتنقلة والمحمولة

يوفر الشحن المتنقل للمركبات الكهربائية حلاً مرناً للطاقة عند الطلب. تعمل الشركات على تطوير شواحن سريعة تعمل بالتيار المستمر مثبتة في شاحنات يمكن أن توفر المساعدة على الطريق للمركبات الكهربائية التي تقطعت بها السبل أو تعمل كمصادر طاقة مؤقتة في الفعاليات. يستكشف مقدمو الخدمات المتقدمة تقنياً مثل TPSON تقنيات الشحن المتنوعة هذه لتلبية احتياجات السوق المتنوعة.

الوعد بالشحن اللاسلكي

يستغني الشحن اللاسلكي عن الكابلات بالكامل، مما يوفر تجربة سلسة للغاية. تستخدم هذه التقنية الحث المغناطيسي لنقل الطاقة من لوحة على الأرض إلى جهاز استقبال في السيارة.

كيفية عمل الشحن الاستقرائي

يعمل الشحن الاستقرائي عن طريق إنشاء مجال مغناطيسي بين ملفين. يقوم ملف إرسال في وسادة أرضية بتوليد المجال، ويقوم ملف استقبال على الجانب السفلي من السيارة الكهربائية بالتقاط الطاقة. تسمح هذه العملية بنقل الطاقة بكفاءة دون أي اتصال مادي.

الشحن اللاسلكي الثابت مقابل الشحن اللاسلكي الديناميكي

يأتي الشحن اللاسلكي في شكلين:

• ثابت: الشحن أثناء توقف السيارة فوق لوحة الشحن.
• ديناميكية: شحن السيارة أثناء سيرها على الطرق المكهربة.

تنشط المشاريع التجريبية للشحن الديناميكي في جميع أنحاء أوروبا. مبادرات في ألمانيا وفرنسا والسويد يختبرون ممرات مخصصة للطرق الإلكترونية التي تشحن الحافلات والشاحنات أثناء الحركة، مما يعرض جزءاً رئيسياً من مستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية.

التغلب على عقبات الكفاءة والتكلفة

تم حل المخاوف المبكرة بشأن كفاءة الشحن اللاسلكي إلى حد كبير. تحقق الأنظمة الثابتة الحديثة كفاءة 88-93%, وهو معدل يضاهي العديد من المعدلات القياسية شواحن قابلة للشحن من المستوى 2. ومع توسع التصنيع، من المتوقع أن تنخفض التكاليف، مما يجعل هذه التكنولوجيا خيارًا سائدًا قابلاً للتطبيق.

تبديل البطاريات: نموذج بديل

يوفر تبديل البطارية طريقة مختلفة لإعادة التزود بالوقود. فبدلاً من إعادة شحن البطارية، يستبدل هذا الطراز العبوة المستنفدة بالكامل بأخرى مشحونة بالكامل في بضع دقائق فقط.

مفهوم “التزود بالوقود” الفوري

شركات مثل وتعتبر شركتا NIO و CATL رائدتان في هذا النموذج، خاصة في الصين. قامت NIO ببناء الآلاف من محطات المبادلة الآلية حيث يمكن للآلية الآلية الآلية تبديل البطارية في أقل من خمس دقائق. وهذا يوفر تجربة مشابهة جداً لزيارة محطة الوقود التقليدية.

التحديات اللوجستية وعقبات التوحيد القياسي

يواجه الاعتماد الواسع النطاق عقبات كبيرة. ويتمثل التحدي الرئيسي في عدم وجود معايير موحدة للبطاريات; ؛ تستخدم شركات صناعة السيارات المختلفة أحجام بطاريات وكيماويات وآليات قفل فريدة من نوعها. بالإضافة إلى ذلك، فإن استثمار مقدم مرتفع لشبكة من محطات المبادلة ولوجستيات مخزون البطاريات المعقدة عقبات كبيرة.

التطبيقات المتخصصة للأساطيل التجارية

يجد تبديل البطاريات حالياً أفضل ما يناسبه في البيئات الخاضعة للرقابة. إنه حل مثالي للأساطيل التجارية، مثل سيارات الأجرة أو خدمات النقل، حيث تتبع المركبات مسارات يمكن التنبؤ بها وتتطلب الحد الأدنى من وقت التوقف.

الاستدامة والمرونة في النظام الإيكولوجي للشحن

لا تكون شبكة الشحن السريع والذكي فعالة إلا إذا كانت مستدامة وموثوقة أيضاً. يركز القطاع الآن على تزويد أجهزة الشحن بالطاقة النظيفة وضمان عملها في كل مرة يقوم فيها السائق بتوصيلها بالشاحن. هذه الجهود ضرورية لبناء مستقبل نقل مستدام حقاً.

تشغيل الشواحن بالطاقة النظيفة

تزداد الفائدة البيئية للمركبة الكهربائية عندما تكون الكهرباء التي تستخدمها من مصادر متجددة. وقد أدى ذلك إلى دفعة كبيرة لدمج الطاقة النظيفة مباشرة في البنية التحتية للشحن.

دمج المظلات الشمسية في المحطات

أصبحت المظلات الشمسية سمة شائعة في محطات الشحن. هذه الهياكل توليد طاقة كهربائية نظيفة في الموقع، والتي يمكن أن تزود أحمال المباني وشواحن السيارات الكهربائية بالطاقة مباشرة. يقلل هذا النهج بشكل كبير من الاعتماد على كهرباء الشبكة ويقلل من البصمة الكربونية لكل جلسة شحن. بالنسبة للمشغلين، تقلل هذه الاستراتيجية من التكاليف التشغيلية من خلال تعويض فواتير الطاقة وتجنب رسوم ذروة الطلب الباهظة, المواءمة مع أهداف الاستدامة المؤسسية.

أنظمة تخزين البطاريات في الموقع

تُعد البطاريات في الموقع عنصراً حاسماً لإدارة الطاقة في مواقع الشحن السريع. تقوم هذه الأنظمة بتخزين الطاقة، إما من الشبكة خارج ساعات الذروة أو من الألواح الشمسية في الموقع. عندما تتطلب السيارة طاقة عالية للشحن السريع، يتم تفريغ البطارية لتكملة توصيل الشبكة.

تستخدم معظم محطات الشحن السريع بالتيار المستمر أنظمة تخزين البطاريات في الموقع بسعات تتراوح بين 100 كيلوواط/ساعة إلى 500 كيلوواط/ساعة. يمكن للنظام استكمال حد الشبكة 100 كيلوواط لتوصيل ما يقرب من 400 كيلوواط من الطاقة, لضمان الشحن السريع الموثوق به خلال فترات الذروة.

تسمح هذه التقنية بتركيب محطات شحن عالية الطاقة في مواقع ذات قيود على الشبكة، مما يسرّع من نشر الشبكة.

الربط بشبكات الطاقة المتجددة

وبعيداً عن التوليد في الموقع، تحصل شبكات الشحن على الطاقة بشكل متزايد من شبكات الطاقة المتجددة. يبرم العديد من مقدمي الخدمات اتفاقيات شراء الطاقة (PPA) مع مزارع الرياح والطاقة الشمسية. وهذا يضمن أن الكهرباء التي توزعها أجهزة الشحن الخاصة بهم تتوافق مع توليد الطاقة النظيفة، مما يجعل النظام البيئي بأكمله أكثر اخضراراً.

ضمان موثوقية الشبكة ووقت تشغيلها

من المشاكل الشائعة المحبطة لسائقي السيارات الكهربائية الوصول إلى الشاحن ليجدوه معطلاً. يعد بناء شبكات قوية يمكن الاعتماد عليها أولوية قصوى.

دور الاتصال الخلوي

الاتصال الموثوق هو العمود الفقري لشبكة الشحن الذكية. تستخدم معظم أجهزة الشحن الحديثة أجهزة المودم الخلوية (4G/5G) للتواصل مع أنظمة الإدارة المركزية. يتيح هذا الاتصال:

• المراقبة والتشخيص عن بُعد
• تحديثات البرامج عبر الهواء
• معالجة الدفع في الوقت الحقيقي
• تحديثات الحالة المباشرة لتطبيقات برامج التشغيل

يضمن الاتصال المستقر قدرة المشغلين على إدارة أصولهم بفعالية ووصول السائقين إلى معلومات دقيقة.

الصيانة التنبؤية باستخدام الذكاء الاصطناعي

يُحدث الذكاء الاصطناعي ثورة في صيانة الشاحن. فبدلاً من الاستجابة للأعطال، تقوم أنظمة الذكاء الاصطناعي بالتنبؤ بها بشكل استباقي. تقوم هذه الأنظمة بتحليل البيانات التشغيلية وأنماط الاستخدام وقراءات أجهزة الاستشعار لتحديد الحالات الشاذة التي تشير إلى وجود مشكلة محتملة. يسمح ذلك للمشغلين بجدولة الصيانة قبل تعطل الشاحن، وهي ممارسة تقلل من وقت التعطل وتحسن موثوقية البنية التحتية للشحن. ويستفيد مزودو الخدمة المتقدمون تقنياً مثل TPSON من هذه الأنظمة الذكية للحفاظ على تشغيل محطات الشحن الخاصة بهم.

بناء التكرار في مراكز الشحن

بينما تظهر بعض الدراسات أن الشاحن وقت تشغيل يحوم حول 70-80%, فإن معيار الصناعة أعلى من ذلك بكثير. تهدف العديد من التفويضات الحكومية ومشغلي الشبكات إلى وقت تشغيل سنوي أكبر من 97%. ولتحقيق ذلك، يقوم المشغلون ببناء التكرار في مراكز الشحن. وهذا يعني تركيب خزانات ومكونات طاقة متعددة بحيث إذا تعطل أحد الأجزاء، يمكن للمحطة الاستمرار في العمل بقدرة منخفضة بدلاً من إيقاف التشغيل بالكامل. إن فلسفة التصميم هذه هي المفتاح لإنشاء شبكات يمكن الاعتماد عليها يمكن للسائقين الوثوق بها.

إن مستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية ترتكز على ثلاث ركائز: السرعة غير المسبوقة، والذكاء العميق، وإمكانية الوصول الشامل. تعمل الابتكارات في مجال الشحن فائق السرعة والتوحيد القياسي على إزالة الحواجز الأخيرة التي تحول دون الاعتماد الشامل. يتطور شحن السيارات الكهربائية من عمل روتيني ضروري إلى جزء لا يتجزأ من منظومة الطاقة. تتسارع الرحلة نحو مستقبل كهربائي بالكامل، مدعومة بشبكة شحن أكثر ذكاءً. يساعد مقدمو الخدمات المتقدمة تقنياً مثل TPSON في بناء شبكة الشحن القوية هذه، مما يضمن أن شبكة الشحن بأكملها تحدد مستقبل نقاط شحن السيارات الكهربائية.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق الرئيسي بين الشحن بالتيار المتردد والشحن بالتيار المستمر؟

تستخدم شواحن التيار المتردد (المستويان 1 و2) محول السيارة المدمج في السيارة لتحويل طاقة شبكة التيار المتردد إلى تيار مستمر للبطارية. أما شواحن التيار المستمر السريعة (المستوى 3) فتقوم بتحويل الطاقة قبل دخولها إلى السيارة. يتيح هذا التوصيل المباشر سرعات شحن أسرع بكثير.

هل يمكن لأي سيارة كهربائية استخدام شاحن فائق السرعة؟

لا، لا يمكن لكل سيارة كهربائية استخدام الشحن فائق السرعة. يجب أن يكون نظام إدارة بطارية السيارة مصمماً للتعامل مع مستويات الطاقة العالية. يمكن فقط لطرازات محددة مجهزة ببنية 800 فولت أو تقنية متقدمة مماثلة أن تقبل سرعات شحن تبلغ 350 كيلوواط أو أكثر.

هل تقنية تحويل المركبة إلى شبكة (V2G) متاحة على نطاق واسع الآن؟

لا تزال تقنية V2G تقنية ناشئة. وفي حين أن العديد من السيارات الكهربائية الجديدة قادرة على استخدام تقنية V2G، إلا أن استخدامها يعتمد على أجهزة الشحن المتوافقة وبرامج المرافق. وتقوم المشاريع التجريبية واسعة النطاق في مناطق مثل أوروبا والصين باختبار قدراتها قبل أن يصبح طرحها على نطاق واسع على نطاق عام شائعاً.

ما مدى كفاءة شحن السيارة الكهربائية اللاسلكي؟

تتميز أنظمة الشحن اللاسلكي الثابت الحديثة بكفاءة عالية. فهي تحقق معدلات نقل طاقة تتراوح بين 88% و93%. ويمكن مقارنة هذا المستوى من الأداء بالعديد من أجهزة الشحن القياسية من المستوى الثاني، مما يجعلها خياراً مستقبلياً مناسباً وقابلاً للتطبيق لمالكي السيارات الكهربائية.

ما هو التحدي الأكبر في تبديل البطاريات؟

تتمثل العقبة الأساسية أمام تبديل البطاريات على نطاق واسع في عدم وجود معايير موحدة. حيث يستخدم صانعو السيارات أحجاماً وأشكالاً وأنظمة توصيل مختلفة للبطاريات. هذا الاختلاف يجعل من المستحيل تقريباً إنشاء شبكة عالمية من محطات المبادلة التي يمكن أن تخدم جميع ماركات السيارات.

كيف يتم تحسين موثوقية الشاحن؟

تعمل الشبكات على تحسين الموثوقية من خلال تحسين الأجهزة والصيانة الذكية. يستخدم مزودو الخدمة المتقدمون تقنياً مثل TPSON الذكاء الاصطناعي للصيانة التنبؤية، وتحديد المشكلات المحتملة قبل حدوث عطل. يزيد هذا النهج الاستباقي بشكل كبير من وقت تشغيل الشاحن ويعزز ثقة السائقين في الشبكة العامة.