كيف يعمل الشاحن الحائطي للتيار المتردد بالفعل (ولماذا لا يعتبر “شاحن”)

يُطلق على الجهاز الموصول بالحائط عادةً اسم الشاحن، ولكنه ليس شاحنًا على الإطلاق.

شاحن التيار المتردد الحائطي هو محول طاقة بسيط. وتتمثل وظيفته الوحيدة في تحويل التيار المتردد عالي الجهد (AC) من مأخذ التيار إلى تيار مباشر منخفض الجهد (AC). توجد دائرة الشحن الفعلية داخل الجهاز الإلكتروني. ينطبق مبدأ فصل تحويل الطاقة عن إدارة البطارية على العديد من التقنيات. حتى مع وجود شاحن السيارة الكهربائية, ، فإن ذكاء الشحن الرئيسي موجود في السيارة، وهي حقيقة ترشدك إلى كيفية الشركات المصنعة لشاحن السيارة الكهربائية التصميم حلول شحن السيارات الكهربائية و شواحن السيارات الكهربائية المحمولة للشحن الآمن.

الخطوة الأولى: فهم قوة الجدار

لفهم “الشاحن”، يجب أولاً فهم النوعين الأساسيين للكهرباء: التيار المتردد (AC) والتيار المباشر (DC). يعمل هذان الشكلان من الطاقة الكهربائية على تشغيل كل شيء في عالمنا الحديث، ولكنهما يعملان بطرق مختلفة بشكل أساسي. وتتمثل المهمة الأساسية لمحول الطاقة في سد الفجوة بين عالم التيار المتردد لمنافذ الحائط وعالم التيار المستمر لبطارية جهازك.

ما هو التيار المتردد (AC)؟

معيار شبكة الطاقة

التيار المتردد، أو التيار المتردد، هو المعيار العالمي لتوصيل الطاقة إلى المنازل والشركات. ويصف الاسم سلوكه بشكل مثالي. حيث يعكس تدفق الكهرباء اتجاهه بسرعة، ويتذبذب ذهاباً وإياباً. ويحدث هذا التذبذب عند التردد المحدد, مقيسة بالهرتز (هرتز). يختلف جهد وتردد طاقة التيار المتردد حسب المنطقة.

سبب استخدام التكييف في النقل لمسافات طويلة

تختار شركات الطاقة التيار المتردد لسبب حاسم: الكفاءة. فالكهرباء تفقد الطاقة على مسافات طويلة. ومع ذلك، يمكن للمحولات أن ترفع جهد التيار المتردد بسهولة إلى مستويات عالية للغاية لنقل الكهرباء ثم تخفضه مرة أخرى للاستخدام الآمن في المنازل. ويقلل هذا النقل عالي الجهد من فقدان الطاقة، مما يجعل التيار المتردد الخيار الأكثر اقتصاداً لتزويد الشبكة بالطاقة. وهذا هو السبب أيضاً في أن محطات شحن السيارات الكهربائية القياسية التي تعمل بالتيار المتردد تزود طاقة التيار المتردد مباشرة من الشبكة.

ما هو التيار المستمر (DC)؟

لغة الإلكترونيات الحديثة

التيار المباشر أو التيار المستمر هو شريان الحياة لجميع الإلكترونيات الحديثة تقريباً. وعلى عكس التيار المتردد، يتدفق التيار المستمر في اتجاه واحد وثابت. فكر فيه كتيار ثابت بدلاً من موجة متذبذبة. هذا التدفق المستقر أحادي الاتجاه هو بالضبط ما تتطلبه المكونات الإلكترونية الحساسة، مثل المعالجات ورقائق الذاكرة، لتعمل بشكل صحيح.

تعمل جميع الأجهزة التي تعمل بالبطاريات، من هاتفك الذكي إلى الكمبيوتر المحمول، داخلياً على طاقة التيار المستمر. ولا يمكنها استخدام التيار المتردد مباشرة من الحائط.

لماذا تحتاجها أجهزتك التي تعمل بالبطارية

البطاريات بطبيعتها أجهزة تعمل بالتيار المستمر. فهي تخزن الطاقة وتطلقها من خلال تفاعل كيميائي ينتج عنه تدفق ثابت أحادي الاتجاه للإلكترونات. ولتجديد شحن البطارية، يجب أن تزودها عملية الشحن بتيار مباشر. ولهذا السبب فإن مفهوم الشحن بالتيار المستمر مهم جداً يقوم محول الطاقة بتحويل التيار المتردد من الحائط إلى تيار مستمر تستخدمه دائرة الشحن الداخلية للجهاز لإعادة تعبئة البطارية بأمان. يعتمد أي شكل من أشكال شحن البطارية في النهاية على الشحن بالتيار المستمر في المرحلة النهائية.

داخل الشاحن الحائطي للتيار المتردد تحويل من أربع خطوات

تقوم الطوبة الصغيرة التي تقوم بتوصيلها في الحائط بإجراء تحويل كهربائي معقد في جزء من الثانية. فهو يأخذ التيار المتردد القوي والمتذبذب من مأخذ التيار الكهربائي ويروضه إلى تيار مستمر لطيف وثابت يمكن لجهازك استخدامه. تحدث هذه العملية على أربع مراحل متميزة: التحويل والتصحيح والتصفية والتنظيم. دعونا نفصل الخطوات الثلاث الأولى.

الخطوة 1: التحول

دور المحول

المكون الأول الذي يعمل على الطاقة الواردة هو المحول. المحول هو جهاز كهربائي ينقل الطاقة بين دائرتين كهربائيتين من خلال الحث الكهرومغناطيسي. في المحولات الحديثة، يكون هذا عادةً محولاً صغيراً جداً وعالي التردد. وتتمثل مهمته في تقليل الجهد العالي من مقبس الحائط بأمان إلى مستوى أقل بكثير وأكثر قابلية للتحكم.

خفض الجهد العالي

يخفض المحول جهد التيار المتردد العالي باستخدام ملفين من الأسلاك الملفوفة حول قلب مغناطيسي. تتبع هذه العملية تسلسلاً دقيقاً:

1. يتدفق تيار متناوب (AC) من مأخذ التيار الحائطي عبر الملف الابتدائي.
2. يولِّد هذا التيار مجال مغناطيسي سريع التغير داخل النواة.
3. يستحث المجال المغناطيسي المتغير جهد تيار متردد جديد في الملف الثانوي.
4. يحتوي الملف الثانوي على عدد أقل من الحلقات السلكية من الملف الابتدائي. يقلل هذا الاختلاف في التصميم مباشرةً من الجهد إلى مستوى أقل، مثل 5 أو 9 فولت، بينما يظل تيار متردد.

الخطوة 2: التصحيح

وظيفة جسر الصمام الثنائي

بعد أن يقوم المحول بخفض الجهد، تظل الكهرباء تيار متردد، مما يعني أنها تتدفق ذهابًا وإيابًا. تحتاج الأجهزة الإلكترونية إلى تيار أحادي الاتجاه. وتتولى دائرة المقوم هذا التحويل. وتستخدم معظم المحولات مقوم موجة كاملة، يسمى عادةً جسر الصمام الثنائي. الصمام الثنائي هو مكون إلكتروني يعمل كصمام أحادي الاتجاه للكهرباء، مما يسمح للتيار بالمرور في اتجاه واحد فقط.

تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر نابض

يرتب جسر الصمام الثنائي بذكاء أربعة صمامات ثنائية لإعادة توجيه تدفق التيار المتردد. فهو يجبر كلا النصفين الموجب والسالب من موجة التيار المتردد على الانتقال في الاتجاه نفسه. خلال نصف الدورة السالبة لموجة التيار المتردد

1. تصبح الثنائيات المحددة متحيزة للأمام, مما يسمح للتيار بالمرور.
2. تصبح الثنائيات الأخرى ذات توصيل عكسي، مما يحجب التيار.
3. يقلب هذا الترتيب الجزء السالب من موجة التيار المتردد إلى موجب.

لم يعد الخرج من المقوم تيار متردد حقيقي. فهو الآن “تيار مستمر نابض”. يرتفع الجهد وينخفض في سلسلة من النتوءات، لكنه لا يعكس اتجاهه أبدًا. وتحتوي هذه الإشارة المتذبذبة على مكون تيار متردد غير مرغوب فيه يسمى “تموج” وليس نظيفاً بما يكفي لشحن الجهاز. هذه خطوة حاسمة لأي شاحن.

الخطوة 3: التصفية

كيف تعمل المكثفات على سلاسة الطاقة

التيار المستمر النابض من المقوم غير مستقر للغاية بالنسبة للإلكترونيات الحساسة. تعمل مرحلة الترشيح على تنعيم هذه النتوءات. المكون الرئيسي لهذه المهمة هو المكثف. يشبه المكثف بطارية صغيرة سريعة المفعول. يستخدمه الشاحن الحائطي للتيار المتردد في تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها بسرعة كبيرة. هذا الإجراء حيوي لعملية شحن مستقرة.

إنشاء تدفق مستقر للتيار المستمر

تستخدم دائرة التنعيم المكثف لملء انخفاضات الجهد. يشحن المكثف عندما يزداد جهد المقوم إلى ذروته. ثم يقوم بتفريغ طاقته المخزنة عندما ينخفض جهد المقوم. تقلل هذه العملية بشكل كبير من التموج، مما يحول التيار المستمر النابض المضطرب إلى تيار مستمر أكثر سلاسة وثباتًا. وعلى الرغم من أنه ليس مستوياً تماماً، إلا أن هذا التيار المستمر الذي تمت تصفيته أصبح الآن نظيفاً بما يكفي لمرحلة التنظيم النهائية، مما يضمن أن الشاحن يوفر مصدر طاقة ثابتاً لنظام الشحن الداخلي للجهاز. هذه الطاقة المستقرة ضرورية للشحن الآمن والفعال.

الخطوة 4: التنظيم

يكون التيار المستمر المصفى سلسًا، ولكنه ليس مثاليًا بعد. تعمل المرحلة النهائية، وهي مرحلة التنظيم، كنقطة فحص نهائية لمراقبة الجودة. تضمن هذه الخطوة أن الطاقة التي يتم توصيلها إلى جهازك ليست مستقرة فحسب، بل تضمن أيضًا أن يكون الجهد الكهربائي صحيحًا تمامًا، بغض النظر عما يحدث في مقبس الحائط.

وظيفة دائرة التنظيم

دائرة المنظم هي العقل المدبر لمحول الطاقة. وتتمثل مهمتها في أخذ التيار المستمر الذي تمت تصفيته وتثبيته في مستوى جهد ثابت محدد مسبقًا، مثل 5.0 فولت أو 9.0 فولت. تستخدم المحولات الحديثة حلقة تغذية راجعة متطورة لتحقيق ذلك.

• تقوم الدائرة المتكاملة (IC) باختبار جهد الخرج باستمرار.
• يقارن هذه العينة بمرجع جهد داخلي مستقر.
• إذا كان جهد الخرج مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، يضبط IC تشغيله على الفور لتصحيحه.

تحدث هذه العملية آلاف المرات في الثانية الواحدة، مما يضمن الحصول على ناتج قوي للغاية. هذه الدقة ضرورية للمرحلة التالية من عملية الشحن.

ضمان جهد كهربائي ثابت وآمن

تعمل منظمات الجهد كشبكة أمان مهمة للإلكترونيات الخاصة بك. لا تكون الطاقة من الشبكة مستقرة دائمًا؛ حيث يمكن أن تحدث تقلبات مثل الطفرات (الجهد الزائد) أو التباطؤ (الجهد المنخفض) بسبب الطقس أو التغيرات في الطلب على الكهرباء. يمكن أن تؤدي مستويات الجهد غير الصحيحة إلى تلف المعدات الحساسة بشدة.

يضمن مثبت الجهد الكهربائي جهداً كهربائياً ثابتاً ومتسقاً ويعمل كدرع واقٍ للأجهزة. يمكن أن يسبب الجهد الزائد حرارة زائدة وفشلًا مبكرًا، بينما يؤدي انخفاض الجهد إلى مشاكل تشغيلية وأعطال.

تحمي دائرة المنظم جهازك من عدم الاستقرار هذا. فهو يراقب الجهد الوارد باستمرار ويقوم بإجراء تعديلات في الوقت الفعلي لتثبيته. على سبيل المثال، قد يؤدي الارتفاع المفاجئ في الجهد الكهربائي إلى تلف لا يمكن إصلاحه وفقدان البيانات في الكمبيوتر. يمنع المنظم ذلك عن طريق تثبيت الخرج، مما يضمن أن الجهاز لا يتلقى سوى الكمية الصحيحة من الكهرباء. هذا الإجراء الوقائي هو ما يسمح لدائرة الشاحن الداخلية بإدارة شحن البطارية بأمان. إن مصدر الطاقة المستقر هو أساس الشحن الموثوق والفعال. هذه الخطوة الأخيرة هي ما يجعل شاحن التيار المتردد الحائطي الحديث شريكًا جديرًا بالثقة للشاحن الداخلي لجهازك، مما يحمي استثمارك ويطيل عمره الافتراضي.

إذن، أين دائرة الشحن الفعلية؟

يوفر محول الحائط الطاقة الخام، ولكنه لا يتحكم في عملية الشحن. فالذكاء الحقيقي، وهو المكون الذي “يشحن” البطارية بالفعل، موجود في أعماق جهازك الإلكتروني. يدير هذا النظام الداخلي المتطور كل جانب من جوانب إعادة شحن البطارية، مما يضمن القيام بذلك بأمان وكفاءة.

إنه داخل جهازك

يحتوي هاتفك أو جهازك اللوحي أو الكمبيوتر المحمول على لوحة دارة مخصصة مسؤولة عن جميع الوظائف المتعلقة بالبطارية. هذا النظام الداخلي هو حارس البوابة الحقيقي للطاقة، ويتخذ القرارات الحاسمة التي لا يستطيع محول الحائط البسيط اتخاذها.

نظام إدارة البطارية (BMS)

يوجد في قلب هذه الدائرة الداخلية نظام إدارة البطارية أو BMS. إن نظام إدارة البطارية هو عبارة عن كمبيوتر صغير ولكنه قوي مخصص لمهمة واحدة: حماية البطارية. فهو يعمل كمشرف يقظ، ويراقب باستمرار مجموعة واسعة من المعلمات للحفاظ على صحة البطارية وسلامتها. هذا النظام هو ميزة قياسية في كل شيء بدءًا من الهواتف الذكية إلى سيارة كهربائية (EV). تشمل المقاييس الرئيسية التي يتتبعها نظام إدارة المباني ما يلي:

• مستويات الجهد والتيار
• درجة حرارة خلايا البطارية الفردية
• حالة الشحن (SOC)، وهي النسبة المئوية الحالية للبطارية
• الحالة الصحية (SOH)، والتي تقيّم تدهور البطارية على المدى الطويل

دائرة داخلية مخصصة

يعد نظام إدارة المباني جزءًا من دائرة داخلية أكبر ومخصصة تتصل مباشرةً بمحول الطاقة. هذا الاتصال ضروري للشحن السريع الحديث. تستخدم الدائرة بروتوكولات مثل USB-PD للتفاوض على مستويات الطاقة. تحدث هذه “المصافحة الرقمية” في أجزاء من الثانية:

1. يعلن محول الطاقة عن قدراته (على سبيل المثال, 5 فولت عند 3 أمبير، 9 فولت عند 3 أمبير).
2. تقوم الدائرة الداخلية للجهاز بتحليل هذه المعلومات.
3. يطلب الجهاز ملف الطاقة الأمثل لاحتياجاته الحالية.
4. يقوم المحول والجهاز بإنشاء عقد طاقة لجلسة الشحن.

يضمن هذا التفاوض الذكي ألا يتلقى الجهاز سوى الطاقة التي يمكنه التعامل معها بأمان.

أدمغة العملية

دائرة الشحن الداخلية أكثر بكثير من مجرد مفتاح تشغيل/إيقاف تشغيل بسيط. فهي العقل المدبر لعملية الشحن بأكملها، حيث تقوم بإجراء حسابات وتعديلات معقدة لزيادة السرعة وعمر البطارية إلى أقصى حد.

مراقبة حالة البطارية ودرجة حرارتها

المراقبة المستمرة هي الوظيفة الأكثر أهمية لنظام إدارة البطارية. فهو يراقب درجة حرارة البطارية عن كثب، حيث أن الحرارة الزائدة هي السبب الرئيسي لتدهور البطارية وخطر كبير على السلامة. يتتبع نظام إدارة البطارية أيضًا توازن الشحن الكهربائي عبر الخلايا المختلفة داخل حزمة البطارية، مما يضمن شحنها وتفريغها بالتساوي. وهذا يمنع تآكل خلية واحدة بشكل أسرع من الخلايا الأخرى، مما يطيل عمر البطارية القابلة للاستخدام بالكامل.

تعمل الدائرة الداخلية كطبيب لبطاريتك. فهي تتحقق باستمرار من العلامات الحيوية مثل الجهد الكهربائي وتدفق التيار ودرجة الحرارة لتشخيص المشاكل المحتملة قبل أن تتسبب في تلف دائم.

إدارة الجهد والتيار

تدير الدائرة الداخلية بدقة تدفق الطاقة إلى البطارية باستخدام عملية شحن متعددة المراحل. والمرحلتان الأساسيتان هما التيار الثابت (CC) والجهد الثابت (CV).

• مرحلة التيار المستمر (CC): في البداية، تسحب الدائرة تياراً عالياً وثابتاً من المحول. وهذا يسمح للبطارية بامتصاص الطاقة بسرعة كبيرة، وهو المسؤول عن الشحن السريع من 0% إلى حوالي 80%.
• مرحلة الجهد الثابت (CV): بمجرد وصول جهد البطارية إلى عتبة محددة، تتحول الدائرة إلى مرحلة CV. فهي تحافظ على ثبات الجهد مع تقليل التيار تدريجيًا. يمنع هذا الشحن البطيء “الأعلى” من الضغط على خلايا البطارية.

تسمح الأنظمة المتقدمة التي تستخدم مزود الطاقة القابل للبرمجة (PPS) للجهاز بطلب تعديلات دقيقة للجهد والتيار. وهذا يقلل من الطاقة المهدرة التي قد تتحول إلى حرارة، مما يؤدي إلى دورة شحن أكثر برودة وكفاءة.

منع الشحن الزائد والتلف

الدور الأساسي للشاحن الداخلي هو الحماية. فهو يستخدم البيانات من مستشعراته لمنع الظروف التي قد تضر بالبطارية أو المستخدم. إذا اكتشف نظام إدارة البطارية BMS أن درجة حرارة البطارية مرتفعة للغاية، فسيقوم بإبطاء عملية الشحن أو إيقافها تمامًا حتى تبرد. وبالمثل، يقوم النظام بقطع الطاقة بمجرد وصول البطارية إلى 100% لمنع الشحن الزائد، وهي حالة يمكن أن تقلل من سعة البطارية بشكل دائم وتخلق مخاطر على السلامة. بالنسبة لتوصيل الطاقة العالية، يتحقق النظام حتى من أن كابل USB-C يحتوي على شريحة e-Marker، مما يؤكد أن الكابل يمكنه التعامل مع التيار المطلوب بأمان. هذا النظام بأكمله، بدءاً من نظام إدارة البطارية في هاتفك إلى شاحن مدمج في سيارة كهربائية, ، هو الحارس الحقيقي لبطاريتك.

موازٍ في شحن السيارات الكهربائية

المبدأ نفسه الذي ينطبق على محول الطاقة الخاص بهاتفك يحكم أيضًا شحن السيارة الكهربائية. إن الوحدة الكبيرة التي تقوم بتركيبها على الحائط أو تراها في نقطة شحن السيارات الكهربائية العامة غالباً ما تحمل تسمية خاطئة. إن فهم هذا التمييز هو المفتاح لفهم كيفية شحن سيارتك الكهربائية بكفاءة.

المفهوم الخاطئ في شحن السيارات الكهربائية

تماماً كما هو الحال مع الإلكترونيات الشخصية، فإن المعدات الخارجية للمركبة الكهربائية هي في المقام الأول نظام توصيل الطاقة، وليس الشاحن نفسه. هذا هو المفهوم الأساسي الذي يسترشد به مقدمو الخدمات المتقدمة تقنياً مثل TPSON في تصميم حلول شحن السيارات الكهربائية.

“الشاحن” هو عبارة عن معدات إمداد السيارات الكهربائية (EVSE)

الجهاز الذي تتفاعل معه، سواء كان صندوق حائط في المنزل أو في نقطة شحن عامة، تسمى تقنياً معدات إمداد السيارة الكهربائية (EVSE). وتتمثل مهمتها الرئيسية في إمداد السيارة الكهربائية بالتيار المتردد بأمان من الشبكة إلى السيارة الكهربائية. تعمل معدات إمداد السيارات الكهربائية كمأخذ كهربائي ذكي ومحمي يتواصل مع السيارة الكهربائية لضمان التوصيل الآمن قبل السماح بتدفق الطاقة.

الشاحن الحقيقي على متن السيارة

الشاحن الفعلي هو مكوّن مدمج في السيارة الكهربائية نفسها. هذا الشاحن المدمج هو قطعة متطورة من الأجهزة المسؤولة عن المهمة الحرجة المتمثلة في تحويل طاقة التيار المتردد الواردة من مصدر الطاقة الكهربائية إلى طاقة تيار مستمر تحتاج البطارية للشحن.

كيف يعمل شحن التيار المتردد للمركبة الكهربائية

تتضمن الطريقة الأكثر شيوعاً لشحن السيارات الكهربائية، خاصةً للشحن المنزلي، عملية تحويل التيار المتردد إلى تيار متردد داخل السيارة الكهربائية.

مزوِّد الطاقة الكهربائية الكهربائية بالتيار المتردد

تقوم محطة الشحن الكهربائية الكهربائية ببساطة بتمرير التيار المتردد من الشبكة عبر الكابل الخاص بها إلى السيارة الكهربائية. فهي لا تقوم بأي تحويل للطاقة. فهي عبارة عن قناة لتوصيل طاقة التيار المتردد، مما يضمن أمان التوصيل وثبات توصيل الطاقة.

يقوم الشاحن المدمج بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر

بمجرد أن تدخل طاقة التيار المتردد إلى السيارة الكهربائية، يتولى الشاحن المدمج في السيارة الكهربائية المهمة. فهو يقوم بتصحيح كهرباء التيار المتردد وترشيحها وتحويلها إلى طاقة تيار مستمر مستقرة مطلوبة لتجديد حزمة البطارية. يدير هذا الشاحن الداخلي أيضاً سرعة الشحن ويراقب درجة حرارة البطارية لضمان جلسة شحن آمنة ومحسّنة.

الشاحن المدمج هو العقل الحقيقي لشحن التيار المتردد. فهو تحويل مصدر التيار المتردد إلى تيار مستمر وتنظيم التدفق الكهربائي لحماية البطارية، مما يجعل الشحن في المنزل عملية آمنة وموثوقة.

كيفية شحن سيارتك الكهربائية بشكل صحيح

يساعد فهم المستويات المختلفة لشحن السيارات الكهربائية مالك السيارة الكهربائية على اتخاذ قرارات مستنيرة. الأنواع الرئيسية هي شحن التيار المتردد من المستوى 1 والمستوى 2، وشحن التيار المستمر الأسرع بكثير.

فهم شحن التيار المتردد من المستوى 1 والمستوى 2

يستخدم كل من المستوى 1 والمستوى 2 الشاحن المدمج في السيارة لتحويل طاقة التيار المتردد. يتمثل الفرق الأساسي في خرج الطاقة وسرعة الشحن. توفر صناديق التيار المتردد الحائطية المخصصة للشحن من المستوى 2، وهو أسرع بكثير من استخدام مقبس حائط قياسي.

يمكن أن يوفر شاحن المستوى 2 النموذجي 7.6 كيلوواط, مما يسمح لمعظم السيارات الكهربائية بشحنها بالكامل طوال الليل.

دور “شواحن” التيار المستمر السريع”

يعمل شحن التيار المستمر، الذي يُطلق عليه غالباً “الشحن السريع”، بشكل مختلف. هذه الوحدات القوية هي الاستثناء الوحيد حيث تكون المعدات الخارجية هي الشاحن الفعلي. تحتوي محطة شحن التيار المستمر على محول تيار متردد إلى تيار مستمر ضخم. وهو يتجاوز تماماً الشاحن المدمج في السيارة الكهربائية ويوفر طاقة تيار مستمر عالية الجهد مباشرة إلى البطارية. يتيح هذا الاتصال المباشر إمكانية الشحن السريع للغاية، مما يجعله مثالياً للسفر لمسافات طويلة.

سبب أهمية هذا التمييز التقني

من الضروري فهم أن محول الطاقة ودائرة الشحن الداخلية هما نظامان منفصلان. هذه المعرفة تزيل الغموض عن التقنيات الحديثة مثل الشحن السريع وتسلط الضوء على أهمية السلامة والتوافق لجميع أجهزتك، من الهواتف إلى سيارة كهربائية.

إزالة الغموض عن “الشحن السريع”

لا يتعلق الشحن السريع بفرض المزيد من الطاقة على الجهاز. إنها عملية ذكية يتم التفاوض عليها بين محول الطاقة ودائرة الشحن الداخلية للجهاز. تتيح هذه الشراكة سرعات شحن أعلى بأمان.

أ الاتصال بين المحول والجهاز

يعتمد الشحن السريع الحديث على المصافحة الرقمية. تستخدم بروتوكولات مثل USB-PD (USB-PD) بروتوكولات مثل توصيل الطاقة USB (USB-PD) خط قناة التكوين (CC) لإنشاء اتصال. يسمح ذلك للمهايئ والجهاز بتبادل المعلومات، وهي خطوة أولى مهمة لأي جلسة شحن متقدمة.

كيف يطلب الجهاز المزيد من الطاقة

الدائرة الداخلية للجهاز هي التي تتحكم في الجهاز. فهي تبدأ التفاوض لتحديد مستوى الطاقة الأمثل.

1. عند الاتصال، يقوم الجهاز والمهايئ بتوصيل إمكانياتهما.
2. تحلل الدائرة الداخلية للجهاز حالة البطارية وتطلب جهداً وتياراً محددين.
3. يؤكد المحول أن بإمكانه توفير الطاقة المطلوبة، مما ينشئ عقداً لجلسة الشحن.

يضمن هذا الحوار حصول الجهاز على المقدار الصحيح من الطاقة دون تجاوز حدوده.

دور المحول في إمداد الطاقة

دور محول الطاقة هو الاستماع والطاعة. فهو يعلن عن ملفات تعريف الطاقة المتوفرة لديه ويقدم فقط ما يطلبه الجهاز. يمكن أن يوفر محول USB-PD مستويات مختلفة من الطاقة، مما يتيح كل شيء بدءًا من الشحن القياسي إلى الشحن فائق السرعة لأجهزة الكمبيوتر المحمول.

تسمح هذه المرونة لمهايئ واحد قوي بدعم أجهزة متعددة من خلال ضبط إخراجه لكل جهاز.

السلامة والتوافق

إن الفصل بين تحويل الطاقة وإدارة الشحن هو أساس سلامة الأجهزة الحديثة. ولهذا السبب يمكنك في كثير من الأحيان استخدام محولات مختلفة دون مشكلة.

لماذا يمكنك في كثير من الأحيان المزج بين المحولات ومطابقتها

نظرًا لأن الدائرة الداخلية للجهاز تدير عملية الشحن، يمكنك عادةً استخدام محول عالي القوة الكهربائية مع جهاز منخفض الطاقة. على سبيل المثال، يمكن لمحول كمبيوتر محمول بقوة 100 واط شحن هاتف ذكي بقوة 15 واط بأمان. ستطلب الدائرة الداخلية للهاتف ببساطة الـ 15 واط التي يحتاجها، وسيلتزم المحول القوي بذلك.

جهازك يسحب الطاقة التي يحتاجها فقط

الجهاز الداخلي للجهاز نظام إدارة البطارية (BMS) هو حارس البوابة النهائي. فهو يمنع الجهاز بنشاط من سحب تيار زائد.

بروتوكولات الشحن الذكي و تعد دوائر حماية التيار الزائد من المتطلبات القانونية في العديد من الأنظمة، بما في ذلك سيارة كهربائية. تستخدم السيارة الكهربائية أنظمتها المدمجة لمراقبة التيار الكهربائي وستقوم بقطع الشحن إذا تجاوز الحد الآمن، مما يحمي بطارية السيارة الكهربائية ومعداتها.

هذا المبدأ نفسه يحمي هاتفك. لن تسحب الدائرة الداخلية طاقة أكبر من الطاقة المصممة للتعامل معها، بغض النظر عن السعة القصوى للمحول. هذه ميزة أمان رئيسية لجميع عمليات الشحن الحديثة.

أهمية استخدام محولات عالية الجودة

في حين أن خلط المحولات المعتمدة آمن بشكل عام، إلا أن استخدام محولات منخفضة الجودة أو مقلدة أمر في غاية الخطورة. وغالباً ما تفتقر هذه المنتجات إلى مكونات السلامة الحرجة.

• السخونة الزائدة والحريق: يمكن أن يتسبب العزل الرديء والأجزاء غير المطابقة للمواصفات في حدوث دوائر كهربائية قصيرة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة واحتمال نشوب حرائق في كل من المحول وجهازك.
• تلف الجهاز: من دون تنظيم مناسب للجهد الكهربائي، يمكن لمحول رخيص أن يرسل طفرات كهربائية رخيصة الثمن تتلف دائرة الشحن الداخلية الحساسة في الهاتف أو السيارة الكهربائية.
• الصدمة الكهربائية: العديد من المحولات المقلدة تفشل في اختبارات السلامة الأساسية للعزل الداخلي، مما يعرض المستخدمين إلى خطر التعرض لصدمة كهربائية خطيرة.

استخدم دائماً محوّلات من علامات تجارية مرموقة تستوفي شهادات السلامة. يعد المحول عالي الجودة استثماراً صغيراً يحمي أجهزتك الإلكترونية باهظة الثمن ويضمن لك الشحن الآمن والموثوق. ينطبق المنطق نفسه على السيارة الكهربائية؛ فاستخدام معدات معتمدة أمر بالغ الأهمية لسلامة السيارة ومالكها.

تطور محول الطاقة

شهد محول الطاقة تحولاً ملحوظاً. كانت التصميمات القديمة ضخمة وغير فعالة، في حين أن الإصدارات الحديثة مدمجة وقوية وذكية. ويعكس هذا التطور التطورات في الإلكترونيات التي تشغلها، بما في ذلك أنظمة الشحن المتطورة في السيارات الكهربائية.

من المحولات الخطية إلى تبديل الإمدادات

كانت القفزة الأكثر أهمية في تكنولوجيا المحولات هي التحول من إمدادات الطاقة الخطية إلى إمدادات الطاقة ذات الوضع التبديلي (SMPS). وقد جعل هذا التغيير الإلكترونيات المحمولة الحديثة ممكنة.

“ثآليل الحائط” القديمة الثقيلة”

كانت الأجهزة الإلكترونية القديمة تستخدم محولات الطاقة الخطية، التي غالباً ما يطلق عليها اسم “ثآليل الحائط” بسبب مظهرها الضخم. وكان لهذه المحولات العديد من القيود التقنية الرئيسية:

• كانت تحتوي على محول كبير ذو قلب حديدي ثقيل.
• كان تصميمها غير فعال للغاية، حيث كانت الطاقة الزائدة المبددة في صورة حرارة.
• جعلهم عدم الكفاءة هذا غير مناسبة للتطبيقات عالية الطاقة.

لقد كان هذا التصميم بسيطاً ولكنه مهدر للطاقة، وهو ما يتناقض بشكل صارخ مع التكنولوجيا المستخدمة في السيارات الكهربائية الحديثة. إن مبادئ تحويل الطاقة الفعال أمر بالغ الأهمية بالنسبة للسيارات الكهربائية.

المحول الحديث والمضغوط والفعال

تستخدم المحولات الحديثة مصدر طاقة ذو وضع تبديلي. هذا التصميم أكثر تعقيداً بكثير ولكنه يوفر مزايا هائلة من حيث الحجم والكفاءة. تعمل محولات الطاقة ذات الوضع التبديلي بتردد عالٍ، مما يسمح لها باستخدام محول أصغر وأخف وزناً بكثير. وهذه الكفاءة ضرورية لأنظمة الشحن في السيارات الكهربائية.

الفرق في كفاءة الطاقة كبير. فالكفاءة المحسنة تقلل من الحرارة المهدرة، مما يسمح باستخدام محول أصغر حجماً وأكثر قوة. وهذا هو المبدأ نفسه الذي يسترشد به تصميم نظام شحن السيارات الكهربائية.

ظهور معايير الشحن العالمية

إلى جانب تحسينات الأجهزة، أحدثت بروتوكولات الشحن الموحدة ثورة في كيفية حصول الأجهزة على الطاقة. هذا التوحيد القياسي هو أيضاً هدف رئيسي لصناعة السيارات الكهربائية.

عصر USB-A

كان منفذ USB-A الأصلي يوفر حلاً أساسيًا للشحن بمقاس واحد يناسب الجميع. فهو يوفر طاقة قياسية 5 فولت ولكن بطاقة محدودة للغاية، مما يؤدي إلى سرعات شحن بطيئة. وغالباً ما كان لكل مصنع طريقة شحن سريع خاصة به، مما أدى إلى إرباك المستهلكين. هذا النهج المجزأ هو ما تعمل صناعة السيارات الكهربائية على تجنبه.

توصيل الطاقة عبر USB (USB-PD)

ابتكر USB Power Delivery، الذي تم تقديمه مع موصل USB-C، معيار شحن عالمي وقوي. يسمح USB-PD للمهايئ والجهاز بالتفاوض على مستويات طاقة أعلى، مما يتيح لمهايئ واحد التعامل مع احتياجات شحن الهواتف والأجهزة اللوحية وحتى أجهزة الكمبيوتر المحمولة. وتعد قابلية التشغيل البيني هذه نموذجاً لقطاع السيارات الكهربائية.

مصدر الطاقة القابل للبرمجة (PPS)

مزود الطاقة القابل للبرمجة هو معيار أكثر تقدماً يعمل مع USB-PD. وهو يسمح بإجراء تعديلات ديناميكية وفي الوقت الحقيقي على الجهد والتيار أثناء عملية الشحن. وهذا يوفر العديد من المزايا الرئيسية:

• يتيح إمكانية إجراء تعديلات دقيقة للجهد الكهربائي في الجهد الصغير, خطوات 20 مللي فولت.
• هذا الشحن التكيفي تقلل من فقدان تحويل الطاقة.
• إنه تقلل توليد الحرارة إلى الحد الأدنى, مما يساعد على إطالة عمر البطارية على المدى الطويل.

تشبه طريقة الشحن الذكية هذه طريقة الشحن الذكي هذه الإدارة المتقدمة للبطارية الموجودة في السيارات الكهربائية، مما يضمن السلامة والكفاءة على حد سواء. ويكمن مستقبل الشحن لجميع الأجهزة، بما في ذلك السيارة الكهربائية، في هذه الأنظمة الذكية والمتكيفة.

يقوم شاحن التيار المتردد الحائطي بتحويل طاقة التيار المتردد عالية الجهد لشحن التيار المستمر. الشاحن الحقيقي هو الدائرة الذكية داخل الجهاز، مثل السيارة الكهربائية، التي تدير عملية الشحن. هذه الشراكة حيوية لكل من الشحن بالتيار المتردد و شحن السيارة الكهربائية, حيث تقوم السيارة الكهربائية بتحويل طاقة التيار المتردد لبطاريتها. وتساعد هذه المعرفة مالك السيارة الكهربائية على اتخاذ خيارات ذكية لسيارته الكهربائية وأي شاحن خاص به، مما يضمن الشحن الآمن بالتيار المستمر وحماية السيارة الكهربائية من طاقة التيار المتردد غير المستقرة أثناء الشحن. هذا هو جوهر الشحن بالتيار المستمر للمركبة الكهربائية.

الأسئلة الشائعة

هل يمكنني استخدام محول الكمبيوتر المحمول لشحن هاتفي؟

نعم، يمكنك ذلك. تسحب الدائرة الداخلية للهاتف الطاقة التي يحتاجها فقط. سيوفر محول الكمبيوتر المحمول القوي ببساطة مستوى الطاقة الأقل الذي يطلبه الهاتف. هذا التفاوض الذكي يجعل الشحن الحديث آمنًا ومتعدد الاستخدامات.

هل من الآمن استخدام أي شاحن جداري يعمل بالتيار المتردد؟

إن استخدام محولات معتمدة من علامات تجارية مرموقة هو دائماً الخيار الأكثر أماناً. فالمنتجات الرخيصة غير المعتمدة غالباً ما تفتقر إلى ميزات السلامة الأساسية مثل تنظيم الجهد الكهربائي والعزل المناسب. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تلف جهازك أو التسبب في خطر نشوب حريق.

كم من الوقت يستغرق شحن السيارة الكهربائية؟

الإجابة على كم من الوقت يستغرق شحن سيارة كهربائية؟ يعتمد على مستوى الشحن. يمكن لشاحن المستوى 2 المستخدم للشحن المنزلي شحن السيارة الكهربائية بالكامل طوال الليل. يمكن للشحن السريع بالتيار المستمر أن يضيف نطاقاً كبيراً في أقل من 30 دقيقة.

ما هي تكلفة تركيب شاحن سيارة كهربائية؟

إن تكلفة تركيب شاحن سيارة كهربائية يختلف السعر حسب النظام الكهربائي في منزلك وأسعار العمالة المحلية. تتراوح تكلفة تركيب شاحن من المستوى الثاني للمركبة الكهربائية عادةً من بضع مئات إلى أكثر من ألف دولار.

كيف تجد نقاط شحن السيارات الكهربائية؟

يمكن لمالك السيارة الكهربائية استخدام تطبيقات مخصصة أو نظام الملاحة في السيارة الكهربائية للرد على كيفية العثور على نقاط شحن السيارات الكهربائية. تُظهر هذه الأدوات موقع كل نقطة شحن وتوافرها ومستوى الطاقة لكل نقطة شحن، مما يجعل تخطيط الرحلات بسيطاً.

ما الفرق الرئيسي بين محول الطاقة والشاحن؟

يقوم محول الطاقة بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر. الشاحن الفعلي هو الدائرة الداخلية داخل الجهاز، مثل الهاتف أو السيارة الكهربائية، التي تدير عملية شحن البطارية. يوفر المهايئ الطاقة، بينما توفر الدائرة الداخلية الذكاء.