الشحن السريع بالتيار المستمر (DCFC) هي التقنية التي تتيح لك شحن مركبة كهربائية (EV) في 20-40 دقيقة بدلاً من ساعات. إنها تختلف جوهريًا عن الشحن بالتيار المتردد الذي تقوم به في المنزل.

إليك تفصيل لكيفية عملها، من الشبكة إلى بطارية سيارتك.

الفكرة الأساسية: تجاوز الشاحن المدمج

الفرق الرئيسي بين الشحن بالتيار المتردد والتيار المستمر هو مكان تحويل التيار المتردد (AC) إلى تيار مستمر (DC).

الشحن بالتيار المتردد (المستوى 1/2): منزلك والشبكة العامة توفران طاقة التيار المتردد. تحتوي سيارتك الكهربائية على شاحن مدمج يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر لتغذية البطارية. هذا الشاحن المدمج محدود في الحجم والطاقة (عادةً 7-11 كيلوواط، وحتى 22 كيلوواط لبعض الموديلات الفاخرة).

الشحن السريع بالتيار المستمر: يحدث التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر خارج السيارة، في محطة الشحن نفسها. المحطة هي في الأساس شاحن خارجي ضخم وقوي يغذي التيار المستمر مباشرة إلى البطارية، متجاوزًا الشاحن المدمج الأصغر والأبطأ في السيارة.

عملية الشحن السريع بالتيار المستمر خطوة بخطوة

1. الاتصال بالشبكة وتحويل الطاقة:

محطة الشحن السريع بالتيار المستمر متصلة بشبكة كهربائية متوسطة أو عالية الجهد (غالبًا 480 فولت تيار متردد ثلاثي الطور للاستخدام الصناعي).

داخل الخزانة الكبيرة لمحطة الشحن، تقوم المقومات والمحولات بتحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة تيار مستمر عالية الجهد. هذه هي الوظيفة الأساسية للمحطة.

2. الاتصال والمصافحة الرقمية (المحادثة الرقمية):

عند توصيل السيارة، وقبل تدفق أي تيار عالي الجهد، تقوم سيارتك والشاحن بإجراء محادثة رقمية حرجة باستخدام بروتوكول يسمى CCS (نظام الشحن المشترك)، أو CHAdeMO، أو NACS الخاص بتيسلا.

يتم التحقق من أن الاتصال آمن.

يتم الاتفاق على أقصى جهد وتيار يمكن أن تتحمله بطارية السيارة.

تقوم السيارة بإبلاغ حالتها الحالية من الشحن (SOC)، ودرجة حرارة البطارية، وإحصائيات حيوية أخرى.

3. توصيل الطاقة وزيادتها:

بعد اكتمال المصافحة، يبدأ الشاحن في توفير طاقة التيار المستمر بالمستويات المتفق عليها.

تتم إدارة عملية الشحن بواسطة نظام إدارة البطارية (BMS) في السيارة. يعتبر BMS هو العقل المدبر لحزمة البطارية — فهو يراقب باستمرار صحة ودرجة حرارة وحالة كل خلية.

يخبر BMS محطة الشحن باستمرار بالجهد والتيار المطلوب توفيرهما.

4. منحنى الشحن (ليس خطًا مستويًا):

هذا هو المفهوم الأكثر أهمية. الشحن بالتيار المستمر ليس "ملءً" ثابتًا. إنه يتبع منحنى شحن مثالي لحماية البطارية وتعظيم السرعة.

مرحلة التيار الثابت (0% إلى ~50-80% SOC): يوفر الشاحن أقصى تيار (مثل 350 أمبير أو 500 أمبير)، ويرتفع الجهد بثبات مع امتلاء البطارية. هذه هي أسرع جزء في الشحن، حيث تكتسب أميالًا في الدقيقة بأسرع معدل.

مرحلة الجهد الثابت (~80% إلى 100% SOC): لمنع التلف مع اقتراب البطارية من السعة الكاملة، يوجه BMS الشاحن للحفاظ على جهد ثابت وتقليل التيار بشكل كبير. هذا هو السبب في أن الشحن من 80% إلى 100% قد يستغرق وقتًا تقريبًا مثل الشحن من 10% إلى 80%. يُنصح بالشحن بعد 80% فقط عند الحاجة في الرحلات الطويلة.

5. المراقبة والسلامة:

طوال الجلسة، يكون BMS والشاحن في اتصال مستمر.

يتم تعديل معدل الشحن بناءً على درجة حرارة البطارية. إذا أصبحت البطارية شديدة السخونة أو البرودة، فسوف يتباطأ الشحن أو يتوقف. (هذا هو السبب في أن العديد من السيارات الكهربائية لديها أنظمة إدارة حرارية نشطة للبطارية).

توجد أنظمة أمان متعددة تراقب الأعطال أو مشاكل التأريض أو أخطاء الاتصال وسوف تقوم بإيقاف الطاقة على الفور إذا تم اكتشاف مشكلة.

6. الانتهاء:

بمجرد امتلاء البطارية (أو إيقاف الجلسة عبر شاشة المحطة أو التطبيق)، يقوم الشاحن بقطع إمداد التيار المستمر.

يتم تأكيد اكتمال الجلسة عبر اتصال نهائي، ويتم الفوترة بناءً على الطاقة المقدمة (كيلوواط ساعة) أو وقت الاتصال.

المكونات الرئيسية المشاركة

محطة الشحن ("الموزع"): تحتوي على إلكترونيات الطاقة الثقيلة (المقومات، المحولات، أنظمة التبريد) وواجهة المستخدم.

حزمة بطارية EV: بطارية التيار المستمر عالية الجهد، عادةً ما تكون بتصميم 400 فولت أو 800 فولت في السيارات الكهربائية الحديثة.

نظام إدارة البطارية (BMS): الكمبيوتر المدمج الحرج الذي يحكم العملية بأكملها لضمان السلامة والعمر الطويل.

منفذ الشحن بالتيار المستمر والكابلات: هذه الكابلات أكثر سمكًا وثقلًا من كابلات التيار المتردد لأنها تحمل تيارًا مستمرًا عالي الجهد. تحتوي على تبريد سائل داخلي لإدارة الحرارة المتولدة.

الجهد مهم: 400 فولت مقابل 800 فولت

أنظمة 400 فولت: المعيار الحالي لمعظم السيارات الكهربائية. يتطلب شاحن 350 كيلوواط لتوصيل أقصى طاقة لبطارية 400 فولت تيارًا عاليًا جدًا (أمبير)، مما يولد المزيد من الحرارة ويتطلب كابلات أثقل مع تبريد سائل.

أنظمة 800 فولت: تستخدمها مركبات مثل هيونداي آيونيك 5/6، كيا EV6، بورش تايكان، ولوسيد إير. لنفس الطاقة (كيلوواط)، يحتاج نظام 800 فولت إلى نصف التيار فقط. هذا يعني:

توليد حرارة أقل.

كابلات أخف وزنًا وأسهل في التعامل.

شحن أسرع محتمل، خاصة في مرحلة التيار الثابت.