شهدت بداية هذا العام نموًا ملحوظًا في سوق المركبات الكهربائية الجديدة العالمي. وباعتبارها بنية تحتية جديدة حاسمة، يتم نشر محطات الشحن بوتيرة متسارعة، مع توسع نطاقها باستمرار. وفقًا لأحدث البيانات، مع أخذ الصين كمثال، بحلول يناير 2025، بلغ العدد التراكمي للبنية التحتية للشحن في الصين 13.213 مليون، بزيادة 49.1٪ على أساس سنوي. من بينها، أصبح الشحن عالي الطاقة نقطة مضيئة جديدة في صناعة محطات الشحن الصينية.

محطة الشحن عالية الطاقة، كما يوحي اسمها، هي جهاز شحن بقدرة خرج عالية. مقارنة بمحطة الشحن التقليدية، تكمن ميزتها الأكثر بروزًا في تقليل وقت الشحن بشكل كبير.

الشحن عالي الطاقة يمثل تقنية شحن ذات خرج طاقة عالٍ، وتستخدم بشكل أساسي للشحن السريع. بشكل عام، كلما زادت طاقة الشحن، قل وقت الشحن، وتعتمد طاقة الشحن على الشاحن الموجود على متن السيارة (OBC) للشحن بالتيار المتردد أو نظام إدارة البطارية (BMS) للشحن بالتيار المستمر. قبل بدء الشحن، يتم التحقق من الاتصال بين السيارة ومعدات الشحن وتأكيده، مع كون أحد الجوانب الرئيسية هو طاقة الشحن التي يمكن للسيارة قبولها.

في الوقت الحالي، تهدف الشحن عالي الطاقة بشكل أساسي إلى زيادة تيار الشحن دون رفع منصة الجهد الإجمالية للمركبة. ومع ذلك، عندما يرتفع تيار الشحن، ترتفع القيمة الحرارية للأطراف والكابلات بسرعة، مما يؤدي إلى زيادة حادة في درجة الحرارة، وقد يؤدي ذلك إلى إتلاف المكونات الإلكترونية لجهاز الشحن وحتى التسبب في حادث سلامة خطير يتعلق بالحريق.

خرج عالي الجهد أو عالي التيار: عن طريق زيادة جهد الشحن أو تيار الشحن، أو كليهما، يتم زيادة كمية الكهرباء التي يتم توصيلها إلى البطارية لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال، قد يستخدم الشحن التقليدي جهدًا وتيارًا أقل، مثل 5 فولت/2 أمبير؛ وقد يستخدم الشحن عالي الطاقة جهدًا أعلى، مثل 800 فولت أو حتى 1000 فولت، أو تيارًا أكبر، مثل 800 أمبير و 1500 أمبير، وما إلى ذلك.

2.2 تحسين تصميم دائرة الشحن: يتم اعتماد شرائح إدارة الطاقة المتقدمة وطوبولوجيا الدوائر، مثل بنية PFC + LLC. يمكنها تحسين كفاءة الشحن، وتقليل فقد الطاقة، وضمان أن معدات الشحن لا تزال قادرة على الحفاظ على كفاءة تحويل عالية واستقرار في ظل ظروف الخرج عالي الطاقة.

2.3 إدارة الشحن الذكية: بمساعدة الرقائق والخوارزميات الذكية، يتم مراقبة حالة البطارية في الوقت الفعلي، مثل الطاقة والجهد ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك. بناءً على الحالة الفعلية للبطارية، يتم تعديل معلمات الشحن تلقائيًا لتنفيذ أوضاع الشحن مثل التيار الثابت، والجهد الثابت مع تحديد التيار، والشحن العائم بالجهد الثابت. هذا يضمن سلامة وكفاءة عملية الشحن.

1 وقت شحن أقصر: هذه هي الميزة الأكثر أهمية للشحن عالي الطاقة. على سبيل المثال، في قطاع المركبات الكهربائية الجديدة (NEV)، يمكنه تجديد طاقة الشاحنات الثقيلة الكهربائية بنسبة تزيد عن 60% في غضون 15 دقيقة. بالنسبة للمركبات الكهربائية العادية، يستغرق الشحن من 20% إلى 80% 15 دقيقة فقط.

2 راحة مستخدم معززة: يقلل الشحن عالي الطاقة من وقت انتظار المستخدمين أثناء عملية الشحن. هذا يجعل استخدام المركبات الكهربائية والأجهزة الأخرى أكثر ملاءمة، ويحسن كفاءة السفر، ويخفف من "قلق المدى".

3 تحسين الكفاءة التشغيلية: في مجالات اللوجستيات والنقل، يمكن إعادة شحن المركبات الكهربائية بسرعة ووضعها في مهمة النقل التالية، مما يحسن الكفاءة التشغيلية لأسطول الخدمات اللوجستية ويقلل من تكلفة التشغيل.

1 محطات الشحن العامة: في الأماكن العامة مثل مناطق خدمة الطرق السريعة ومواقف السيارات الكبيرة، تتيح أكوام الشحن عالية الطاقة الشحن السريع للمركبات الكهربائية، مما يقلل وقت الانتظار إلى الحد الأدنى.

2 النقل اللوجستي: في النقل لمسافات طويلة، يقلل الشحن عالي الطاقة بشكل كبير من وقت الشحن ويحسن كفاءة النقل.

1 تقنية الشحن بالتبريد السائل: تستخدم تقنية الشحن بالتبريد السائل سائل تبريد لتبريد معدات التسخين أثناء الشحن، مثل مسدسات الشحن والكابلات. يمكن لهذه الطريقة التحكم بفعالية في درجة الحرارة أثناء الشحن، مما يسمح باستخدام كابلات أرق، ويضمن سلامة معدات الشحن والمركبات. يستخدم شاحن Tesla V3 فائق السرعة تقنية التبريد السائل هذه.

2 بنية 800 فولت عالية الجهد: تتميز العديد من السيارات الكهربائية المطورة حديثًا، مثل بورشه تايكان، بنظام كهربائي عالي الجهد بقوة 800 فولت. يمكن لهذا النظام عالي الجهد تقليل وقت الشحن بشكل كبير. تحت نفس الطاقة، يؤدي الجهد الأعلى إلى تيار أقل، مما يقلل من فقدان الطاقة وتوليد الحرارة أثناء الشحن.

3 محطات شحن عالية الطاقة: يمكن لمحطات الشحن عالية الطاقة توفير طاقة شحن عالية بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، يمكن لمحطة شحن بقدرة 350 كيلوواط شحن 80٪ من البطارية في غضون 15 دقيقة. تدعم محطات الشحن هذه عادةً معايير متعددة، مثل CHAdeMO و CCS و GB/T، وما إلى ذلك، لضمان التوافق مع المركبات المختلفة.

4 نظام إدارة البطارية (BMS): يلعب نظام إدارة البطارية دورًا رئيسيًا في الشحن عالي الطاقة. يمكنه مراقبة حالة البطارية، مثل درجة الحرارة والجهد ومستوى الشحن، وضمان عملية شحن آمنة وفعالة. يمكن لنظام إدارة البطارية تحسين استراتيجية الشحن لتجنب ارتفاع درجة حرارة البطارية أو الشحن الزائد، وبالتالي إطالة عمر البطارية.

تبديد الحرارة

مع زيادة قدرة الشحن، تصبح متطلبات تبديد الحرارة للمعدات أكثر صرامة. على سبيل المثال، عندما تعمل محطة شحن بقدرة 480 كيلوواط بكامل طاقتها، تتجاوز احتياجات تبديد الحرارة لديها 20 كيلوواط. في مناطق شحن الشاحنات الثقيلة، التي تتطلب تشغيلًا عالي الطاقة وطويل الأمد، يصبح تبديد الحرارة الأكثر فعالية وموثوقية المعدات الأعلى أمرًا ضروريًا. في مجال تبديد الحرارة، تشمل التقنيات الرئيسية الثلاث طريقة التهوية المباشرة التقليدية، والمجاري الهوائية المستقلة، والتبريد السائل. من بين هذه، توفر المجاري الهوائية المستقلة والتبريد السائل مستويات حماية عالية نسبيًا.

الكفاءة الإجمالية

نظرًا للطاقة العالية، ستصبح مشكلة الكفاءة أكثر وضوحًا، مما سيؤثر على تبديد الحرارة والفوائد الاقتصادية للمحطة بأكملها. في مجال تغيير الطاقة، بالإضافة إلى تحسين الطوبولوجيا ومستوى النظام، فإن تطبيق أشباه الموصلات الجديدة، مثل أجهزة كربيد السيليكون، أمر بالغ الأهمية أيضًا. ومع ذلك، في الوقت الحالي، لا يزال تطبيق أجهزة كربيد السيليكون يواجه بعض التحديات، بما في ذلك التكلفة، والحاجة إلى القيادة عالية التردد، وتصميم الأجهزة المغناطيسية الداعمة، وتبديد الحرارة، والحماية من الدائرة القصيرة.

الضوضاء

ستؤثر الضوضاء على تجربة المستخدمين للشحن وموقع المحطة. خاصة في بعض المشاهد التي تتطلب متطلبات ضوضاء عالية، لا يمكن استخدام المعدات الصاخبة، أو يكون الاستخدام والتركيب مقيدين، على سبيل المثال، يلزم تجهيز تدابير مقابلة لتقليل تأثير الضوضاء. في التحكم في الضوضاء، يعد تخطيط المروحة وتصميم مجاري الهواء واستخدام مواد العزل الصوتي وامتصاص الصوت عوامل رئيسية، تؤثر مجتمعة على مستوى الضوضاء.

شبكات الطاقة

سيؤثر التطبيق الواسع للشحن عالي الطاقة بالتيار المستمر على شبكة الطاقة. يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة في حمل شبكة الطاقة. خاصة في مراكز التسوق والمناطق السكنية وغيرها من المواقع، تكون سعة شبكة الطاقة محدودة، ويتطلب الوصول إلى معدات الشحن عالية الطاقة عادةً توسيعًا إضافيًا للسعة. إن توسيع سعة شبكة الطاقة في هذه المناطق ليس صعبًا فحسب، بل مكلف أيضًا. يؤدي الارتفاع والانخفاض السريع للطاقة في الشحن عالي الطاقة إلى تفاقم تقلبات شبكة الطاقة، مما يشكل تحديًا لاستقرار شبكة الطاقة. قد يؤثر هذا التغيير السريع في الطاقة على خصائص الذروة والوادي لشبكة الطاقة، ويزيد من فرق الذروة والوادي، وقد يؤدي أيضًا إلى تغيير وقت الذروة والوادي، وبالتالي يؤثر على الفوائد الاقتصادية لتشغيل المحطة.

توزيع الطاقة

فيما يتعلق بسعة توزيع الطاقة، ومد الكابلات، وتطبيقات الهندسة الأخرى، قد يكون جهاز بقدرة 360 كيلوواط/480 كيلوواط أكثر من 3/4 مرات من جهاز شحن بقدرة 120 كيلوواط، لذلك اختار العديد من أجهزة 360 كيلوواط/480 كيلوواط "محطة داخل محطة" أو محطة تجريبية، مثل Tesla V3.

أولاً، أصبحت تقنية تبديد الحرارة بالتبريد السائل التكوين القياسي لمعدات الشحن عالية الطاقة لتحسين كفاءة تبديد الحرارة وعمر المعدات.

ثانياً، تقنيات الذكاء والربط البيني تنضج تدريجياً. من خلال إنترنت الأشياء (IoT) والبيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي، يمكن لمشغلي أكوام الشحن تحقيق المراقبة عن بعد وتشخيص الأعطال والتسعير الديناميكي للمعدات وتحسين الكفاءة التشغيلية.

ثالثاً، ستركز أكوام الشحن عالية الطاقة بشكل أكبر على التوافق والتنوع. يمكنها التكيف مع المركبات الجديدة للطاقة من مختلف العلامات التجارية والموديلات والمواصفات، مما يكسر الحواجز بين المركبات وأكوام الشحن ويوفر للمستخدمين تجربة شحن أكثر ملاءمة.

رابعًا، سيشهد الشحن عالي الطاقة تكاملًا أوثق مع مصادر الطاقة المتجددة. يتيح استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتشغيل أكوام الشحن شحنًا أخضر حقيقيًا، مما يقلل من انبعاثات الكربون ويعزز تطوير الطاقة المستدامة.