يثير القلق المتزايد بشأن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتأثيرات الاحتباس الحراري والاستنفاد السريع للوقود الأحفوري ضرورة إنتاج واعتماد بدائل مستدامة جديدة وصديقة للبيئة للمركبات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي (ICE). لهذا السبب ، في العقد الماضي ، أصبحت المركبات الكهربائية منتشرة بطريقة ما ، ويرجع ذلك أساسًا إلى انبعاثات غاز الوقود التي لا تذكر ، والاعتماد الأقل على النفط.
بالحديث عن النمو، تقدمت السيارات الكهربائية بشكل هائل خلال العشرين عامًا الماضية، سواء من حيث تقدم البطارية التكنلوجيا وخفض تكاليف البطارية. حتى وقت قريب، كانت المركبات الكهربائية عادة أكثر تكلفة من المركبات التي تعمل بالبنزين. لتسهيل النجاح التجاري للمركبات الكهربائية، يجب تطوير وتركيب بطاريات وبنية تحتية متطورة لدعم شحن البطاريات، مما سيجعل المركبات الكهربائية ميسورة التكلفة، ويسهل الوصول إليها، وأسهل في الاستخدام. يعد شحن السيارات الكهربائية نوعًا من الريادة فيما يتعلق بالابتكارات.
هناك ثلاث طرق أساسية لشحن بطارية EV. يتم الشحن إما عن طريق الشحن التوصيلي أو الاستقرائي وثالثًا عن طريق استبدال البطاريات. يتكون نظام شحن المركبات الكهربائية من وحدة تحكم في الشاحن وكابل شحن ووحدة تحكم في السيارة. يمكن تصنيف أجهزة الشحن إلى مجموعتين رئيسيتين ، حثي وموصل. الشاحن الحثي ليس له سطح ملامس ويستخدم مغناطيس لنقل الطاقة. على الرغم من أن هذا الاقتران يجلب الراحة للسائقين ، إلا أنه لم يحقق مستوى عالي الكفاءة حتى الآن. الشاحن الموصل هو جهاز تقليدي يولد الطاقة من خلال التلامس.
نظام الشحن الموصل الآلي للمركبة الكهربائية
يستخدم الشحن الموصل اتصالًا مباشرًا بين موصل EV ومدخل الشحن. يمكن تغذية الكابل من مأخذ كهربائي قياسي أو محطة شحن. يتميز الشاحن الموصل للمركبات الكهربائية بمزايا النضج والبساطة والتكلفة المنخفضة لأنه يستخدم ببساطة المقابس والمآخذ لتوصيل الطاقة الكهربائية عبر ملامسات معدنية فيزيائية. هناك طريقتان مستخدمتان في محطات شحن المركبات الكهربائية باستخدام الطريقة الموصلة. شواحن التيار المتردد أو الشواحن على متن الطائرة وشواحن التيار المستمر أو الشواحن خارج اللوحة.
يستخدم نقل الطاقة الموصلة موصلًا لتوصيل جهازين إلكترونيين من أجل نقل الطاقة. هناك ثلاثة مكونات أساسية عندما يتعلق الأمر بشحن كابلات وموصلات وبطاريات السيارة الكهربائية ، وعلى أساس نفس الشحن الموصل يتم تقسيمه إلى خارج متن الطائرة و الشحن على متن الطائرة.
نظام الشحن DC موصل السيارة الكهربائية
يتم شحن التيار المباشر خارج اللوحة باستخدام شاحن تيار مستمر. تستخدم معدات إمداد DC EV مخصصة لتوفير الطاقة من أجهزة الشحن المناسبة خارج اللوحة إلى EV في الأماكن العامة. يُعرف باسم الشحن السريع للتيار المستمر. هناك مرونة في مستوى الطاقة ، على عكس أجهزة الشحن المدمجة. يمكن استخدامه حتى 50 كيلو وات ، أي يمكن شحن البطارية خلال 20 دقيقة من فارغة إلى 80٪ ممتلئة. لكن في بعض الأحيان يختلف هذا الرقم حسب حالة البطارية وجودة السيارة.
أجهزة الشحن المستخدمة حتى الآن لتوصيل السيارة بمحطة الطاقة الخارجية هي:
- CCS الولايات المتحدة
- CCS أوروبا
- CHAdeMO
- تسلا الولايات المتحدة / الاتحاد الأوروبي
- معيار GB / T الصيني
كل هذه لها أعداد مختلفة من المسامير والمراحل وقوة الجهد ويتم استخدامها وفقًا لمدخلات الطاقة في السيارة. على الرغم من كونه الوضع الأسرع وعدم وجود قيود على مصدر الطاقة ، إلا أن نظام الشحن بالتيار المستمر لا يزال يعاني من بعض القيود.
القيود مذكورة أدناه: -
- خسائر أعلى في الشاحن والبطارية
- البطارية: - عمر بطارية أقصر ، يمكن شحن 70-80٪ فقط من SOC بشحن سريع
- الكابل: أقصى تيار محدود للكابل الذي يمكن رفعه بسهولة
- استثمار مرتفع
- التأثير السلبي على الشبكة
- متوفر فقط في محطات الشحن العامة
- الإدارة الحرارية
نظام شحن التيار المتردد الموصل للمركبة الكهربائية
شحن التيار المتردد هو ما تستخدمه منافذ الطاقة الأكثر شيوعًا لعملية الشحن الخاصة بهم. للشحن ، يجب توصيل السيارة ببساطة بمقبس كهربائي عادي أو بمأخذ طاقة أعلى مصمم خصيصًا للسيارات الكهربائية. كما ترون ، المساحة والمواد اللازمة لهذا النوع من محطات الشحن صغيرة جدًا. ومع ذلك ، يستغرق الشحن وقتًا أطول ، ولهذه العملية ، يجب أن تكون السيارة مجهزة بوحدة شحن داخلية ، مما يزيد من وزن السيارة. يوجد هذا الاستثناء في أجهزة الشحن الموجودة على متن الطائرة حيث أنها مقيدة بمصدر الطاقة. على الرغم من أن مرونة الطاقة هي الشعار الرئيسي لشحن السيارة الكهربائية.
تختلف عملية الشحن بأكملها في نظام شحن التيار المتردد قليلاً. هناك طيارون في حالة القرب (الذين يواصلون التحقق من إنشاء الاتصال بين EV و Infrastructure Plug) ، وطياري التحكم (يتحكم في الحد الأقصى للتيار الذي يمكن سحبه) حيث يتم تثبيت مدخل الشحن داخل السيارة. لذلك ، فإن التحقق من الحد الأقصى للتيار الموفر يصبح أمرًا ضروريًا في مثل هذه الحالات. الأنواع الثلاثة الرئيسية للمعدات المستخدمة هي شبكة السيارة وكابل الشحن وقابس البنية التحتية.
أنواع أجهزة الشحن المستخدمة في نظام شحن التيار المتردد هي
- الولايات المتحدة / اليابان SAE
- أوروبا مانكيس / تسلا
- تحالف التوصيل EV
- تسلا الولايات المتحدة
يتمتع نظام شحن التيار المتردد بفائدة كبيرة تتمثل في أنه يمكنك الشحن في أي مكان باستخدام مأخذ التيار الكهربائي القياسي ولديه نظام مراقبة البطارية (BMS) مع سهولة الاتصال. على الرغم من أنه يأتي ببعض العيوب الرئيسية مثل خرج الطاقة ، ووقت الشحن الأطول نسبيًا ، وزيادة وزن السيارة بسبب وحدة الإدخال المثبتة.
الشحن اللاسلكي للمركبات الكهربائية (EVs)
في عالم يُعد فيه شحن السيارات الكهربائية نقطة أساسية في تعزيز انتقال الطاقة ، يمكن أن تأتي الحلول الأخرى جنبًا إلى جنب مع محطات الشحن الكهربائية. أحد هذه الحلول هو الشحن اللاسلكي. شحن السيارة اللاسلكي هو نسخة محسّنة من شحن الهاتف الذكي مع عدة اختلافات. "يسمح الشحن الاستقرائي اللاسلكي للمركبة الكهربائية بالشحن تلقائيًا دون الحاجة إلى الكابلات.
ثبت على مر العصور ، كل شيء قابل للتطوير تقنيًا ؛ ومع ذلك ، مع ارتفاع معدلات نقل الطاقة ، يجب أن يزداد تعقيد وحجم إلكترونيات إدارة الطاقة. الأهم من ذلك ، مع ارتفاع الطاقة ، يجب مراعاة عدد من العوامل الإضافية ، مثل الفقد الحراري والإدارة الحرارية. كلما زادت عدم الكفاءة ، وزادت الطاقة ، زاد فقدان الحرارة والمزيد مما يجب القيام به لإدارة هذه الحرارة.
يستخدم الشحن الاستقرائي مجالًا كهرومغناطيسيًا (EM) لنقل الطاقة بين ملفين. يتم إنشاء الرنين المغناطيسي بين ملف محطة الشحن وملف شبكة السيارة. يتم ضبط الملفات على نفس التردد ويتم نقل الطاقة بينها. الأمر بسيط مثل نقل الطاقة من أم إلى طفل جالس على أرجوحة. تنتقل الطاقة من خلال اقتران حثي للأجهزة الكهربائية. تستخدم هذه الطاقة لشحن البطاريات. تستخدم أجهزة الشحن الاستقرائي مع ملف الحث لإنشاء مجال EM بديل من قاعدة الشحن. يستخدم جهاز محمول مثل السيارات أو الشاحنات ملف تحريض ثانٍ لاستقبال الحقل الكهرومغناطيسي. يتم تحويل هذه الحقول الكهرومغناطيسية مرة أخرى إلى تيار كهربائي لشحن بطارية المركبات الكهربائية.
من خلال إدارة جميع العوامل الإضافية والتحديات التقنية ، لدينا شحن استقرائي جعل الشحن سهلاً مثل مجرد إيقاف سيارتك. الحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن الشحن اللاسلكي فعال بنسبة 93 ٪ وهو ما يقرب من النهاية إلى النهاية إذا ما قورنت بأساليب التزود بالوقود التقليدية. كل شيء يأتي مع بعض النعمة والنعمة ، الناس يقبلون هذه التكنولوجيا ولكن في نفس الوقت يخافون من سوء الحظ. لكن الخبراء ناقشوا أمان الشحن اللاسلكي وهم واثقون تمامًا من أنه بسيط مثل الطهي في المطبخ. في المطبخ أيضًا ، علينا أن نضع في اعتبارنا بعض تدابير السلامة وما شابه ذلك مع الشحن اللاسلكي.
حتى العلامات التجارية الكبرى للسيارات مثل BMW تثق في هذه التكنولوجيا. في عام 2018 ، أطلقت BMW طرازها الجديد مع الشحن اللاسلكي وقالت:تجعل BMW الشحن أسهل من إعادة التزود بالوقود.
شحن السيارة الكهربائية الديناميكي: كل ما تحدثنا عنه حتى الآن هو كل شيء عن الشحن اللاسلكي الثابت. أفضل شيء جديد يعمل عليه مبتكرو السيارات الكهربائية هو شحن ديناميكي للمركبة الكهربائية (DEVC) ، والذي يسمح لشحن EV السيارة لاسلكيًا أثناء قيادتها على الطريق. النظام قادر على شحن EV بشكل ديناميكي بسرعة تصل إلى 20 كيلو واط عند سرعات الطرق السريعة (100 كم / ساعة).
التحديات والفرص
في الوقت الحالي ، تتعلق المركبات الكهربائية بالتحديات من حيث البنية التحتية ، وتكلفة السيارة ، ووقت الشحن ، وأنواع المعدات ، وما إلى ذلك. يعتقد Innovator أن ابتكار EV سيكون أفضل ابتكار لخفض انبعاثات الكربون وتمهيد الطريق لإحراز تقدم كبير في المناخ.
المدرجة أدناه هي التحديات القليلة التي تأتي مع البنية التحتية الحالية-
الشحن الوقت: هناك ثلاثة "مستويات" رئيسية من أجهزة الشحن متاحة للسيارات الكهربائية. يتم شحن القابس القياسي 120 فولت ، والذي يستخدم غالبًا للأجهزة المنزلية ، ببطء ولكن يمكن أن يملأ البطارية إلى ما يقرب من السعة الكاملة مع عدة ليالٍ من الشحن ، أو حوالي 20 إلى 40 ساعة. توفر أجهزة الشحن "المستوى الثاني" التي تبلغ قوتها 240 فولت بشكل عام 20 إلى 25 ميلاً من الشحن في الساعة ، مما يقلل وقت الشحن إلى ثماني ساعات أو أقل. أخيرًا ، يمكن لأجهزة الشحن السريعة ذات التيار المباشر "المستوى 3" شحن بطارية تصل إلى 80 بالمائة في 30 دقيقة. حاليًا ، أجهزة الشحن من المستوى الثاني هي الأكثر توفرًا على نطاق واسع - تسرد وزارة الطاقة 22,816،XNUMX محطة عامة في الولايات المتحدة.
توافر البنية التحتية للشحن: بدلاً من إعادة التزود بالوقود في محطة وقود نموذجية ، يجب شحن المركبات الكهربائية (EVs) عند المنافذ الكهربائية من أجل التشغيل. يشحن العديد من مالكي المركبات الكهربائية سياراتهم في المنزل في مرآبهم باستخدام شاحن خاص مثبت على الحائط. يعمل هذا الترتيب مع معظم الأشخاص لأن الشخص العادي يقود 29 ميلاً في اليوم. تقع هذه المسافة ضمن نطاق السيارات الكهربائية اليوم ، والتي يمكن أن يسافر معظمها بين 150 و 250 ميلًا على شحنة ، اعتمادًا على الطراز. ومع ذلك ، تنشأ اثنين من الصعوبات الرئيسية. أولاً ، بالنسبة للسائقين الذين يعيشون في شقق ، نادراً ما تكون مرائب وقوف السيارات مجهزة ببنية تحتية للشحن ، وقد يكون تركيب هذه البنية التحتية باهظ التكلفة لمديري المباني.
التسعير: على عكس محطات الوقود ، حيث يتم تحديد سعر الوقود لكل جالون ، يمكن لشحن المركبات الكهربائية حاليًا اتباع عدد من مخططات التسعير المختلفة ، مما قد يؤدي إلى تسعير غير متسق وأحيانًا تكاليف شحن عالية. أسعار شحن المنزل هي معدلات ثابتة لكل كيلو واط / ساعة (kWh) يحددها منظمو المرافق. استخدمت أسعار محطات الشحن العامة مخططات بما في ذلك الرسوم لكل جلسة ورسوم لكل دقيقة وأسعار متدرجة بناءً على سرعة الشحن القصوى للمركبة. غالبًا لا يتم عرض رسوم الشحن في محطات الشحن. يمثل هذا التناقض والافتقار إلى الشفافية حواجز تحول دون اعتماد المركبات الكهربائية لأنها قد تؤدي إلى الإحباط وتجارب العملاء السلبية.
الفرصة
- فرصة التصنيع: ظهرت روايات متعددة أثناء الحديث عن الفرص ؛ حتى أكبر الشركات في الهند مثل NTPC و Bharat Heavy Electricals Ltd (Bhel) و Power Grid Corp. of India Ltd أرادت جميعها أن تكون جزءًا من هذه الفطيرة. يمكن للجميع رؤية أن هذا سيكون مستقبل صناعة السيارات. من الواضح أن صعود صناعة السيارات الكهربائية يوفر الكثير من الفرص للصناعة التحويلية. حتى عمالقة التجارة الإلكترونية الكبار مثل فليبكارت وأمازون يقومون أيضًا بتحويل أساطيل سياراتهم الحالية إلى السيارات الكهربائية. قالت أمازون بقيادة جيف بيزوس إنها ستدخل 10,000 وحدة من المركبات الكهربائية في أسطول تسليم البضائع في الهند بحلول عام 2025. وتخطط فليبكارت المملوكة لشركة وول مارت لإدخال 25,000 وحدة من المركبات الكهربائية في أسطولها لتقليل انبعاثات المركبات. كل هذا سيخلق بالتأكيد مجموعة هائلة من فرص التصنيع لتلبية هذا الطلب الهائل.
- طفرة هائلة في فرص B2B: لا يقتصر اهتمام الشركات فحسب ، بل يُظهر المستهلكون اهتمامًا متزايدًا بالتنقل الكهربائي ، فقد أتاح الاهتمام الإعلامي المتزايد حتى على مستوى العالم مساحة واسعة لفرص وافرة في سوق الأعمال التجارية. يعمل اللاعبون الرئيسيون بالفعل على إحداث ضجة في مرافق التصنيع لتحقيق ازدهار مستدام لقطاع السيارات الكهربائية. في حدث مؤتمر في برلين ، أعلن الرئيس التنفيذي لشركة فولكس فاجن ماتياس مولر أنهم قد حصلوا على شركاء توريد البطاريات في أوروبا والصين.
- تقنية البطارية: تعد تقنية البطارية جزءًا لا يتجزأ من النظام البيئي للمركبة الكهربائية في الهند. شهدت التقنيات في سوق بطاريات السيارات الكهربائية تغييرات كبيرة في السنوات الأخيرة ، مع تطور تكنولوجيا البطاريات من كثافة الطاقة المنخفضة إلى كثافة الطاقة العالية. أشارت الكثير من أبحاث السوق إلى أنه من المتوقع أن تنمو تقنية بطاريات السيارات الكهربائية بمعدل 38٪ من معدل النمو السنوي المركب من 2020 إلى 2025 مما يخلق مساحة كبيرة لفرص العمل في مجال تقنية البطاريات. لدفع السوق إلى الأمام ، أنشأت حكومة الهند البعثة الوطنية للتنقل التحولي وتخزين البطارية تحت رئاسة Niti Aayog. مع التركيز بشكل كبير على التوطين ، يتم اتخاذ تدابير لتقليل الاعتماد على استيراد وتصنيع البطاريات والمكونات الأخرى محليًا.
- كشط الجليد: مع تزايد الاهتمام بالتنقل الكهربائي ، فمن الواضح أن الاهتمام المتضائل بـ ICE سيكون ضحية تلقائية. وكما الداخلية إحراق أصبحت المركبات ذات المحركات عتيقة ، وستنمو فرص العمل لإلغاءها أكثر في المستقبل. سيتم حظر الكثير من هذه المركبات الملوثة على الطريق وستنتهي في مراكز التخريد والمعادن والمواد التي سيتم إعادة تدويرها لصنع وابتكار منتجات متوافقة بيئيًا.
شيبا شوهان | محرر فرعي | ELE تايمز
شيبا شوهان
-
شيبا شوهانhttps://www.eletimes.com/author/sheeba"على الرغم من النمو المذهل الذي حققته إلكتروني "الإنتاج في الهند، صافي القيمة المضافة من قبل وحدات الإنتاج منخفض لأن معظم المكونات لا تزال مستوردة وليست من مصادر محلية" - إس راماكريشنان
-
شيبا شوهانhttps://www.eletimes.com/author/sheebaالاتجاهات الناشئة في تكنولوجيا أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة (SiC و GaN) لتطبيقات السيارات وتوفير الطاقة
-
شيبا شوهانhttps://www.eletimes.com/author/sheebaتتضمن خطة التطوير الخاصة بنا المنتجات الصناعية والسيارات لتوسيع عرض SiC الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة والثنائيات ، STMicroelectronics: FRANCESCO MUGGERI
-
شيبا شوهانhttps://www.eletimes.com/author/sheebaشكل المصنع: التصنيع في عصر ما بعد الجائحة