ساحة المعركة في عصر شحن السيارات الكهربائية!

1. التقنية الرئيسية لحل مشكلة الألم هي الشحن الفائق

1.1 شحن السيارة: مصدر الطاقة

كان أداء سوق مركبات الطاقة الجديدة قوياً. وفي الوقت الحاضر، تسارع معدل نمو مركبات الطاقة الجديدة بشكل ملحوظ.

تسارع عملية التحول إلى الكهرباء: أدى إلى خلق طلب كبير على الشحن. إن الاتجاه العالمي نحو الكهربة واضح، والذي من شأنه أن يولد طلبًا كبيرًا على الشحن.

الشحن على متن الطائرة: مصدر الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة. تختلف المركبات الكهربائية عن مركبات الوقود، حيث تعتمد بشكل أساسي على بطارية الطاقة الموجودة على متنها لتوفير الطاقة. تستهلك السيارات الكهربائية الكهرباء بشكل مستمر أثناء القيادة. عند نفاد الكهرباء، يجب تجديد طاقة البطارية. وشكلها المكمل للطاقة هو تحويل طاقة الشبكة أو غيرها من أجهزة تخزين الطاقة إلى طاقة البطارية، وتسمى هذه العملية بالشحن. في الوقت نفسه، أصبح OBC (الشاحن الموجود على اللوحة) مكونًا رئيسيًا في عملية الشحن، وهو المسؤول بشكل أساسي عن شحن البطارية من خلال توصيل جهد الشبكة من خلال كومة الشحن أو واجهة التيار المتردد.

تصنيف الشحن: شحن بطيء بالتيار المتردد: أي طريقة شحن البطارية التقليدية، والمعروفة أيضًا بالشحن التقليدي. لا تحتوي معدات الشحن بالتيار المتردد على محول طاقة، وتقوم بإخراج طاقة التيار المتردد مباشرة وتوصيلها بالسيارة. يقوم الشاحن الموجود على اللوحة بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر للشحن. ولذلك، يمكن شحن حل الشحن البطيء بالتيار المتردد عن طريق الاتصال بمصدر طاقة منزلي أو كومة شحن مخصصة من خلال الشاحن المحمول الذي يأتي مع السيارة.

تعتمد قوة الشحن بالتيار المتردد على قوة الشاحن الموجود على اللوحة. في الوقت الحاضر، تنقسم أجهزة الشحن الموجودة على متن الطائرة للنماذج السائدة إلى 2Kw، 3.3Kw، 6.6Kw ونماذج أخرى. يبلغ تيار شحن التيار المتردد بشكل عام حوالي 16-32 أمبير، ويمكن أن يكون التيار تيارًا مستمرًا أو تيارًا مترددًا على مرحلتين وتيارًا مترددًا ثلاثي الطور. في الوقت الحاضر، يستغرق الشحن البطيء للمركبات الهجينة بالتيار المتردد من 4 إلى 8 ساعات ليتم شحنها بالكامل، ويكون معدل شحن الشحن بالتيار المتردد أقل من 0.5 درجة مئوية بشكل أساسي.

تتمثل ميزة الشحن البطيء للتيار المتردد في أن تكلفة الشحن منخفضة، ويمكن إكمال الشحن دون الاعتماد على أكوام الشحن أو شبكات الشحن المشتركة. ومع ذلك، فإن عيوب الشحن التقليدي واضحة جدًا أيضًا. المشكلة الأكبر هي أن وقت الشحن طويل. في الوقت الحاضر، يتجاوز نطاق التنقل لمعظم الترام 400 كيلومتر، ويبلغ وقت الشحن المطابق للشحن التقليدي حوالي 8 ساعات. بالنسبة لأصحاب السيارات الذين يحتاجون إلى القيادة لمسافات طويلة، فإن القلق على الطريق أكبر بكثير من العوامل الأخرى. ثانيًا، وضع الشحن التقليدي هو الشحن منخفض التيار، ووضع الشحن الخاص به هو الشحن الخطي، ولا يمكنه الاستفادة من خصائص بطاريات الليثيوم.

الشحن السريع بالتيار المستمر: كانت مشكلة شحن السيارات الكهربائية بشحن التيار المتردد البطيء دائمًا نقطة ألم رئيسية. مع تزايد الطلب على حلول الشحن ذات الكفاءة العالية لمركبات الطاقة الجديدة، ظهرت حلول الشحن السريع حسب ما يتطلبه العصر. الشحن السريع هو شحن سريع، أو شحن أرضي. تحتوي كومة الشحن بالتيار المستمر على وحدة تحويل طاقة مدمجة، والتي يمكنها تحويل طاقة التيار المتردد للشبكة أو معدات تخزين الطاقة إلى طاقة التيار المستمر وإدخالها مباشرة في البطارية في السيارة دون المرور عبر الشاحن الموجود على متن السيارة للتحويل. تعتمد قوة الشحن بالتيار المستمر على نظام إدارة البطارية وطاقة الخرج لكومة الشحن، ويتم أخذ القيمة الأصغر للاثنين كطاقة إدخال.

ممثل وضع الشحن السريع هو محطة الشحن الفائقة Tesla. يكون التيار والجهد في وضع الشحن السريع بشكل عام 150-400 أمبير و200-750 فولت، وقوة الشحن أكبر من 50 كيلو واط. هذه الطريقة هي في الغالب طريقة إمداد الطاقة بالتيار المستمر. قوة الشاحن على الأرض كبيرة، ونطاق الإخراج والجهد واسع. في الوقت الحاضر، تصل قوة الشحن السريع لشركة Tesla في السوق إلى 120 كيلو وات، والتي يمكنها شحن 80% من الكهرباء في نصف ساعة، ويقترب معدل الشحن من 2 درجة مئوية. يمكن أن تصل طاقة بايك EV200 إلى 37 كيلو واط، ويبلغ معدل الشحن حوالي 1.3 درجة مئوية.

نظام التحكم: تحتاج عملية تحويل معدات الشحن BMS أيضًا إلى التعاون مع نظام الإدارة BMS (نظام إدارة البطارية) لبطارية الطاقة في السيارة الكهربائية. أكبر ميزة لـ BMS هي أنه أثناء عملية الشحن، فإنه سيغير نظام شحن البطارية وفقًا لحالة البطارية في الوقت الفعلي، ويحقق وضع الشحن غير الخطي الخاص بها شحنًا سريعًا في ظل الشرطين الأساسيين للسلامة وعمر البطارية .

تشمل وظائف BMS بشكل أساسي الفئات التالية:

مراقبة حالة الطاقة: إن المحتوى الأساسي لمراقبة حالة الطاقة هو مراقبة حالة الشحن (SOC) لبطارية الطاقة. يشير SOC إلى النسبة المئوية لطاقة البطارية المتبقية وسعة البطارية، وهو المعلمة الرئيسية لأصحاب السيارات لتقييم مدى إبحار السيارات الكهربائية. يراقب نظام إدارة المباني معلومات معلمات البطارية (الجهد والتيار ودرجة الحرارة وما إلى ذلك) في الوقت الفعلي عن طريق استدعاء بيانات أجهزة الاستشعار المتعددة عالية الدقة الموجودة على حزمة البطارية، ويمكن أن تصل دقة المراقبة إلى 1 مللي فولت. تضمن المراقبة الدقيقة للمعلومات بالإضافة إلى المعالجة الخوارزمية الممتازة دقة تقييم الطاقة المتبقية في البطارية. أثناء القيادة اليومية، يمكن لأصحاب السيارات تحديد القيمة المستهدفة لـ SOC لتحقيق التحسين الديناميكي لاستهلاك طاقة السيارة.

مراقبة درجة حرارة البطارية: بطاريات الليثيوم حساسة للغاية لدرجة الحرارة. سواء كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا، فإنها ستؤثر بشكل مباشر على أداء خلية البطارية، وفي الحالات القصوى، ستتسبب في تلف لا يمكن إصلاحه لأداء البطارية. يمكن مراقبة BMS بواسطة أجهزة الاستشعار لضمان بيئة آمنة لتشغيل البطارية. في فصل الشتاء عندما تكون درجة الحرارة منخفضة، سيستدعي BMS نظام التدفئة لتسخين خلايا البطارية للوصول إلى درجة حرارة شحن مناسبة لتجنب انخفاض كفاءة شحن البطارية؛ بينما في الصيف عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة أو تكون درجة حرارة البطارية مرتفعة جدًا، فإن نظام إدارة المباني (BMS) سوف يمرر عملية التبريد على الفور. يقوم النظام بخفض درجة حرارة البطارية لضمان سلامة القيادة.

إدارة طاقة البطارية: أخطاء عملية التصنيع أو عدم الاتساق في درجة حرارة البطاريات في الوقت الفعلي ستؤدي إلى اختلاف الفولتية الخاصة بها. ولذلك، أثناء عملية الشحن، قد تكون بعض الخلايا في البطارية مشحونة بالكامل، بينما قد لا يكون الجزء الآخر من الخلايا مشحونًا بالكامل. يراقب نظام BMS فرق الجهد لخلايا البطارية في الوقت الفعلي، ويضبط ويقلل فرق الجهد بين كل خلية بطارية على حدة، ويضمن توازن شحن كل خلية بطارية، ويحسن كفاءة الشحن، ويقلل من استهلاك الطاقة.

1.2 من المتوقع أن يصبح 4C اتجاهًا صناعيًا

أصبحت مشكلة الشحن نقطة ألم بالنسبة للمستهلكين. لقد تم دائمًا استخدام سرعة الشحن طوال فترة استخدام السيارات الكهربائية. وقد أدى الاختراق والتوسع السريع الحالي للسيارات الكهربائية في العالم إلى تضخيم تأثير سرعة الشحن على كفاءة القيادة لأصحاب السيارات وتجربة المستخدم. التثبيت النفسي: يتم تجديد الطاقة في مركبات الوقود التقليدية بسرعة كبيرة. في السيناريوهات العامة، لا تستغرق مركبات الوقود أكثر من 10 دقائق للتزود بالوقود من دخول محطة الوقود إلى الخروج من محطة الوقود. كل توقف على الطريق السريع. إذا أخذنا السيارة الكهربائية التقليدية التي تبلغ سرعتها 400 كيلومتر في الساعة كمثال، فإن سرعة شحن السيارات الكهربائية تزيد بشكل عام عن 30 دقيقة، كما أن العدد الضيق من أكوام الشحن يطيل وقت انتظار الشحن المسبق. ليس لتقنية الشحن الحالية أي ميزة على طريقة التزود بالوقود في مركبات الوقود. إن وقت التثبيت النفسي الذي يبلغ 10 دقائق لمركبات الوقود هو دائمًا المعيار الأول للعملاء لقياس سرعة شحن السيارات الكهربائية.

تم وضع معيار الشحن الفائق. تعريف C: عادة نستخدم C للتعبير عن معدل شحن وتفريغ البطارية. بالنسبة للتفريغ، يمثل التفريغ 4C القوة الحالية التي يتم عندها تفريغ البطارية بالكامل خلال 4 ساعات. بالنسبة للشحن، تعني 4C أنه عند شدة تيار معينة، يستغرق شحن البطارية بالكامل إلى 400% من سعتها ساعة واحدة، أي أنه عند شدة تيار معينة، يمكن شحن البطارية بالكامل خلال 15 دقيقة. ما هو 4C: 4C ليس مؤشرًا جديدًا، ولكنه امتداد لمؤشرات الشحن والتفريغ التقليدية مثل 1C و2C. التأثير الهامشي للدفعة أضعف. عندما يتجاوز معدل شحن البطارية 4C، تزداد الصعوبة التقنية ويكون ضغط التيار على البطارية أكبر، لكن التأثير الإيجابي الناتج عن التحسين التقني يصبح أقل. ولذلك، نعتقد أن 4C هو الحل الأمثل حاليًا الذي يجمع بين تحسين الأداء والقدرة على تحمل تكاليف تكنولوجيا البطاريات.

العملية التكرارية لمعدل شحن بطارية الطاقة: في الأيام الأولى، محدودًا بالمستوى التكنولوجي في ذلك الوقت، لم تسمح تكنولوجيا الشحن ولا تكنولوجيا البطارية بشحن البطارية بمعدل أعلى. المعدل هو 0.1C فقط، وزيادة معدل الشحن سيكون لها تأثير كبير على عمر البطارية. مع الاختراق المستمر لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم والتحسين المستمر لنظام إدارة المباني، تم تحسين معدل شحن وتفريغ البطارية بشكل ملحوظ. معدل الشحن لأقدم نظام شحن بطيء للتيار المتردد أقل من 0.5 درجة مئوية. مع الاختراق المتسارع للسيارات الكهربائية حول العالم في السنوات الأخيرة، حققت تكنولوجيا شحن بطاريات الطاقة اختراقات كبيرة، وتطورت السيارات الكهربائية من 1C بسرعة إلى 2C. وفي عام 2022، ستدخل السوق السيارات المحلية المجهزة ببطاريات 3C. في 23 يونيو 2022، أصدرت CATL بطارية Kirin جديدة وقالت إنه من المتوقع أن يصل الشحن 4C في العام المقبل.

سيصبح الشحن الفائق هو الطريقة الوحيدة لترقية تقنية الشحن. مثل مركبات الطاقة الجديدة، تتمتع الهواتف المحمولة أيضًا بطلب قوي على سرعة الشحن، كما تتحسن تقنية الشحن باستمرار في عملية تطوير الهاتف المحمول: منذ عام 1983، حققت Motorola DynaTAC8000X الشحن لمدة 10 ساعات والتحدث لمدة 20 دقيقة، وفي عام 2014 ، قام OPPO Find 7 بالترويج للشحن والتحدث لمدة 5 دقائق لمدة ساعتين، والآن يمكن للعديد من الطرز شحن بطارية 4500 مللي أمبير بالكامل في 15 دقيقة. تمت أيضًا ترقية بروتوكول شحن الهواتف الذكية من 5V 1.5A من USC BC 1.2 في عام 2010 إلى USB PD 3.1 في عام 2021، ويمكن أن يدعم الحد الأقصى للجهد 48 فولت. نحن نؤمن أنه سواء كان هاتفًا ذكيًا أو سيارة تعمل بالطاقة الجديدة، فإن تحقيق الشحن السريع سيحسن تجربة المنتج بشكل كبير، وهو أيضًا الطريقة الوحيدة لترقية التكنولوجيا. وفي المستقبل، سيصبح شحن السيارات الكهربائية بتقنية 4C أيضًا اتجاهًا صناعيًا.

1.3 نشر الشحن الفائق في مؤسسات متعددة

في الوقت الحاضر، أصدرت العديد من الشركات خططها الخاصة لتخطيط الشحن السريع، وتم إصدار النماذج ذات الصلة منذ عام 2021: أطلقت بورش أول سيارة كهربائية بمنصة شحن سريع بقوة 800 فولت؛ تم إصدار منصة BYD e 3.0، المتوافقة مع النموذج المفاهيمي Ocean-X؛ تم تجهيز جيلي جيكريبتون 001 بمنصة شحن سريع بقوة 800 فولت. وفي الوقت نفسه، أصدرت هواوي منصة الشحن السريع ذات الجهد العالي المزودة بتقنية الذكاء الاصطناعي، والتي من المتوقع أن تحقق شحنًا سريعًا لمدة 5 دقائق بحلول عام 2025.

1.3.1 Huawei: منصة شحن فلاش AI كاملة الجهد العالي ستحقق شحنًا سريعًا لمدة 5 دقائق

تتواجد مسارات "التيار العالي" و"الجهد العالي" معًا، ويعتبر الأخير أكثر فعالية من حيث التكلفة. من أجل تحقيق قوة شحن أعلى لتحقيق غرض الشحن السريع، من الضروري زيادة التيار أو الجهد. في الوقت الحاضر، هناك عدد أكبر من الشركات في السوق التي تتبنى مسارات تقنية "الجهد العالي" أكثر من "التيار العالي". وقالت هواوي: عند استخدام مسار تقنية "الجهد العالي"، فإن تكلفة نظام إدارة المباني ووحدات البطارية في السيارة هي نفس مسار "التيار العالي"، ولكن نظرًا لأنها لا تحتاج إلى مراعاة تأثير التيار العالي، فإن تكلفة إن تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي ونظام الإدارة الحرارية منخفض نسبيًا. قد يصبح 800V هو الاتجاه السائد. لا تزال النماذج السائدة اليوم تستخدم بنية جهد 200 فولت ~ 400 فولت. ومن أجل تحقيق طاقة أعلى لتلبية متطلبات الشحن السريع، قد يتضاعف التيار، مما سيؤثر على تبديد الحرارة وأداء السيارة. في الوقت الحاضر، نضجت المكونات بما في ذلك أجهزة الطاقة مثل SiC والموصلات عالية الجهد ومسدسات الشحن عالية الجهد. إنه خيار أفضل لاختيار جهد أعلى مع التأكد من أن التيار في نطاق آمن نسبيًا.