يتسارع معدل اعتماد السيارات الكهربائية (EVs). أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل المستهلكين يختارون السيارات الكهربائية هو التقدم المستمر في تكنولوجيا البطاريات، مما يعزز بشكل كبير من مدى السيارة وأدائها. ومع ذلك، فإن ما يغيّر تجربة قيادة السيارات الكهربائية حقًا هو تحسين البنية التحتية للشحن ومختلف أنواع شواحن السيارات الكهربائية متوفرة.
ضمن نظام الشحن هذا، فإن محطة الشحن من المستوى 3 مغيّر حقيقي لقواعد اللعبة.
إن محطة الشحن من المستوى 3, ، ويُشار إليه تقنيًا باسم شاحن خارجي بموجب معايير مثل SAE J1772 (أمريكا الشمالية) و IEC 61851 (عالمي)، مصمم لتجاوز قيود الأجهزة الموجودة على متن السيارة. على عكس شواحن التيار المتردد من المستوى 1 أو 2 التي تعتمد على المحول الداخلي للسيارة، تعمل محطات المستوى 3 على تصحيح طاقة التيار المتردد من الشبكة إلى تيار مستمر عالي الجهد (تيار مباشر) بشكل صريح من أجل إعادة تزويد الطاقة بسرعة.
تختلف محطة الشحن من المستوى 3 اختلافاً جوهرياً عن أجهزة الشحن المنزلية الشائعة التي نراها. يكمن هذا الاختلاف في نوع التيار ومخرجات الطاقة.
إن محطة الشحن من المستوى 3 هو نوع من معدات الشحن المتقدمة. وهي مصممة خصيصاً للسيارات الكهربائية (EVs) لتوفير طاقة شحن عالية للغاية. ويتمثل هدفها في تمكين السيارات الكهربائية من استعادة معظم شحنتها في أقصر وقت ممكن.
“DC” في الشحن السريع للتيار المستمر تعني التيار المباشر. تستخدم أجهزة الشحن المنزلية وأجهزة الشحن من المستوى 1/المستوى 2 التيار المتردد (AC).
تقوم جميع بطاريات السيارات الكهربائية بتخزين الطاقة في شكل تيار مباشر (DC).
عند استخدام الشحن بالتيار المتردد (AC) من المستوى 1 أو المستوى 2، تدخل الطاقة الكهربائية أولاً إلى سيارتك.
يوجد داخل السيارة شاحن على متن الطائرة. وهي مسؤولة عن تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر حتى يمكن تغذيتها في البطارية.
هذا الشاحن المدمج صغير الحجم ومحدود الطاقة، مما يؤدي إلى سرعات شحن أبطأ. إنه يعمل كأنبوب ضيق.
يكمن جوهر محطة المستوى 3 في وحدات الطاقة الخاصة بها. على سبيل المثال، في محطتنا الخاصة لينك باور أنظمة تكديس معيارية بقدرة 540 كيلوواط, ، تعمل عدة وحدات طاقة بقدرة 20 كيلوواط إلى 40 كيلوواط بالتوازي لتصحيح طاقة التيار المتردد للشبكة إلى تيار مستمر. تسمح هذه الطاقة بإنتاجية تيار كهربائي تتجاوز غالبًا 500A. والأهم من ذلك أن هذا التيار يتجاوز شاحن مدمج (OBC)—والذي عادة ما يكون عنق الزجاجة المحدود بـ 7 كيلوواط أو 11 كيلوواط—ويتصل مباشرة بنظام إدارة البطارية (BMS). طريقة “الحقن المباشر” هذه هي السبب في ارتفاع الكفاءة بشكل كبير، مما يقلل من فقدان تحويل الطاقة مقارنة بشحن التيار المتردد.
وهذا يشبه استخدام خرطوم الإطفاء للري بدلاً من خرطوم الحديقة. فهو يقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة ويعزز سرعة الشحن بأكثر من 10 مرات.
| مستوى الشحن | الاسم المستعار/نوع الطاقة | الجهد النموذجي | الطاقة النموذجية (كيلوواط) | النطاق المضاف في الساعة (تقريبًا) | السيناريو القابل للتطبيق |
|---|---|---|---|---|---|
| المستوى 1 | الشحن البطيء بالتيار المتردد | 120 فولت (أمريكا الشمالية) / 230V |
1.8 - 2.4 كيلوواط | 5 - 10 كم | الشحن المنزلي الليلي والاستخدام في حالات الطوارئ |
| المستوى 2 | الشحن بالتيار المتردد متوسط السرعة | 240 فولت / 230 – 400 فولت |
3.6 - 22 كيلوواط | 40 - 120 كم | الشحن اليومي للمنزل، ومكان العمل، والمراكز التجارية |
| المستوى 3 | الشحن السريع بالتيار المستمر | 400 فولت – 900 فولت+ |
25 - 350 كيلوواط | 200+ كم (30-60 دقيقة) |
مناطق خدمة الطرق السريعة، التجديد السريع في المناطق الحضرية |
| الميزة | تركيب ثلاثي الأطوار قياسي | قوة التوصيل 28 كيلوواط (أحادي الطور) |
|---|---|---|
| جهد الدخل | 480 فولت تيار متردد (يتطلب محول) | 208 فولت – 240 فولت تيار متردد (قياسي) |
| تكلفة ترقية الشبكة | متوسط $45,000+ | $0 – $2,000 |
| الوقت المسموح به | 3 – 6 أشهر | < أسبوعان |
| طريقة النشر | حفر الخنادق وتركيب خدمات جديدة | توصيل وتشغيل في NEMA 14-50 |
| اسم الموصل | الاسم الكامل/الميزات | المناطق الرئيسية ونماذج المركبات المستخدمة | حالة التوافق |
|---|---|---|---|
| نظام الشحن المدمج (CCS) | نظام الشحن المشترك، يجمع بين منافذ التيار المتردد والتيار المستمر | أوروبا وأمريكا الشمالية. معظم الطرازات غير تسلا مثل فورد وجنرال موتورز وفولكس فاجن وهيونداي. | المعيار المفتوح الأكثر اعتماداً على مستوى العالم. |
| NACS (معيار الشحن في أمريكا الشمالية) | معيار الشحن في أمريكا الشمالية، الخاص بشركة تسلا | أمريكا الشمالية. تُستخدم حالياً حصرياً من قِبل شركة Tesla، ولكن تم الإعلان عن فتحها لجميع شركات صناعة السيارات. | اتجاه تقوده شركة تسلا نحو التوحيد؛ ستعتمده العديد من شركات صناعة السيارات الكبرى بدءاً من عام 2025. |
| شادمو | منشأها في اليابان، منفصلة عن منفذ التيار المتردد | آسيا. تستخدمها بعض الموديلات القديمة مثل نيسان ليف وميتسوبيشي. | تتراجع حصتها في السوق تدريجياً، ولكنها لا تزال تستخدم بعض السيارات القديمة. |
غالبًا ما يسأل المستخدمون: هل المستوى 3، كونه سريعًا جدًا، مكلف أيضًا بشكل خاص؟ الإجابة نعم، ولكننا بحاجة إلى فهم الأسباب الكامنة وراء ذلك.
عادةً ما تكون تكلفة محطات الشحن من المستوى 3 أعلى من محطات الشحن من المستوى 1 أو المستوى 2.
لماذا ترتفع أسعار الشحن السريع العامة؟
تعمق: تحدي “رسوم الطلب” الدافع الرئيسي لتكلفة المستوى 3 ليس فقط الكهرباء المستهلكة (كيلوواط ساعة)، ولكن رسوم الطلب. تراقب شركات المرافق الاستهلاك كل 15 دقيقة. إذا عمل شاحن بقدرة 350 كيلوواط بكامل طاقته لمدة دقيقة واحدة فقط في الشهر، فإن شركة المرافق تحدد السعر لذلك الشهر بأكمله بناءً على تلك الذروة الوحيدة.
رؤى الخبراء: هذا هو السبب في أن المشغلين التجاريين غالبًا ما يقومون بتركيب أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) أو استخدم موازنة التحميل الديناميكي. من خلال تخفيض هذه الذروات (Peak Shaving)، يمكن للمشغلين خفض تكاليف التشغيل بشكل كبير — وهي استراتيجية نطبقها في حلولنا القابلة للتطوير على مستوى الميغاواط.
تكاليف البنية التحتية والصيانة: تكاليف الشراء والتركيب لمعدات المستوى الثالث مرتفعة، والصيانة معقدة. ويحتاج المشغلون إلى استرداد هذا الاستثمار من خلال أسعار أعلى.
الاختلاف في نماذج الفوترة:
الفوترة بالكيلوواط/ساعة: تستند الرسوم إلى الكهرباء المستهلكة فعليًا، على سبيل المثال، $0.40 - $0.60 لكل كيلووات ساعة. هذا هو النموذج الأكثر عدلاً.
الفوترة حسب الوقت (بالدقائق): تعتمد عمليات الشحن على المدة التي تكون فيها محطة الشحن مشغولة. إذا كانت سرعة شحن سيارتك تتباطأ بسبب حماية البطارية، فإن هذا الطراز ليس في صالحك.
يُعد الاستخدام الفعال لمحطات الشحن من المستوى 3 عاملاً أساسياً للقضاء على القلق بشأن المدى.
استخدام التطبيقات المخصصة: توفر تطبيقات مثل PlugShare وChargePoint وElectrify America خرائط في الوقت الفعلي وأنواع الموصلات وتوافرها ومراجعات المستخدمين.
استخدام نظام الملاحة داخل السيارة: تحتوي معظم السيارات الكهربائية الحديثة على ميزات مدمجة لتخطيط الشحن في أنظمة الملاحة الخاصة بها، والتي توصي تلقائياً بمحطات الشحن بناءً على المدى والمسار.
آداب الشحن: تتباطأ سرعة الشحن بشكل كبير بالنسبة لمعظم الناس السيارات الكهربائية بعد تجاوز حالة الشحن 80%. للحفاظ على الكفاءة وتجنب الرسوم غير الضرورية، يُرجى فصل سيارتك على الفور عند الوصول إلى 80% لترك المحطة خالية للمستخدم التالي الذي يحتاج إلى الشحن السريع.
إن حلم امتلاك محطة شحن من المستوى الثالث في مرآب منزلك هو حلم غير عملي.
قيود البنية التحتية الكهربائية:
تحتوي المساكن العادية عادةً على كهرباء أحادية الطور بجهد 120 فولت أو 240 فولت فقط.
تتطلب محطات الشحن من المستوى 3 جهد 480 فولت أو حتى أعلى من ذلك طاقة صناعية ثلاثية الطور.
التكلفة والتعقيد:
تكلف المعدات نفسها عشرات الآلاف من الدولارات.
تتطلب عملية التركيب إعادة توصيل الأسلاك وإضافة محولات وتحديثات كهربائية احترافية، مع احتمال أن تتجاوز التكاليف الإجمالية 1TP450,000 إلى 1TP4,000,100,000.
متطلبات السلامة وصعوبة الصيانة تتجاوز بكثير متطلبات شاحن المستوى 2 المنزلي.
على الرغم من أن محطات الشحن من المستوى الثالث مريحة، إلا أنها تمثل أيضاً تحديات تقنية وبيئية يجب معالجتها.
ينتشر قلق المستخدمين من أن يؤدي الشحن السريع إلى إتلاف البطاريات.
علم التحلل: طلاء الليثيوم و SEI في حين أن الحرارة تعد عاملاً مهماً، فإن المخاطر التقنية أثناء الشحن بتيار كهربائي عالي هي طلاء الليثيوم. إذا تحركت الأيونات بسرعة أكبر من قدرة الأنود على امتصاصها (وهو أمر شائع في درجات الحرارة الباردة أو الشحن السريع للغاية)، يتشكل الليثيوم المعدني على سطح الأنود، مما يؤدي إلى تدهور السعة بشكل دائم. ومع ذلك، فإن أنظمة إدارة البطاريات (BMS) التخفيف من ذلك بشكل فعال من خلال التحكم الصارم في “منحنى الشحن”. سيقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بخفض السرعة بشكل كبير بمجرد وصول البطارية إلى ~80% SoC أو إذا تجاوزت درجات حرارة الخلايا الداخلية الحدود الآمنة (عادةً 45 درجة مئوية)، مما يحمي الطور البيني للكهرباء الصلبة (SEI) طبقة من الانهيار.
الحلول الحديثة:
حماية BMS: تحتوي السيارات الكهربائية الحديثة على أنظمة متقدمة لإدارة البطارية (BMS). يراقب نظام إدارة البطارية (BMS) درجة الحرارة في الوقت الفعلي ويحد تلقائياً من سرعة الشحن عند الضرورة لضمان عمل البطارية ضمن نطاق آمن.
تقنية التبريد بالسوائل: تم تجهيز معظم السيارات الكهربائية من المستوى الثالث بأنظمة تبريد سائلة متطورة لإدارة الحرارة بفاعلية.
توصية الاستخدام: احتياطي الشحن السريع بالتيار المستمر للسفر لمسافات طويلة وحالات الطوارئ. يجب أن يستخدم الشحن اليومي والشحن المنزلي في المقام الأول الشحن البطيء من المستوى 2 لزيادة عمر البطارية إلى أقصى حد.
تشكل محطات الشحن من المستوى الثالث تحدياً كبيراً لشبكة الطاقة.
تأثير الطاقة العالية: يمكن أن يساوي الطلب على الطاقة لكومة شحن واحدة بقدرة 350 كيلوواط إجمالي استهلاك مئات الأسر المتوسطة. وقد يؤدي النشر على نطاق واسع إلى تذبذب الجهد الكهربائي للشبكة المحلية أو حتى زيادة الحمل.
ضرورة تحديثات الشبكة وتخزين الطاقة: تشمل حلول تخفيف ضغط الشبكة ما يلي:
ترقية المحطات الفرعية وخطوط النقل المحلية.
النشر أنظمة تخزين الطاقة في الموقع في محطات الشحن لتخزين الكهرباء في غير ساعات الذروة وإطلاقها في أوقات ذروة الشحن، وبالتالي تخفيف حمل الشبكة.
بالنسبة للمستثمرين التجاريين، تمثل محطات الشحن من المستوى الثالث مخاطرة عالية ومكافأة عالية.
عتبة الاستثمار المرتفعة: تتراوح تكلفة الوحدة لكومة شحن تجارية من المستوى 3 عادةً من 1 تيرابايت و40000 تيرابايت إلى 1 تيرابايت و4000 تيرابايت و175000 تيرابايت.
الامتثال المعقد: يجب أن يتوافق التركيب مع اللوائح الكهربائية الصارمة، ومعايير السلامة من الحرائق، ومتطلبات إمكانية الوصول، مما يؤدي إلى عمليات تركيب وتصاريح طويلة ومعقدة.
التحديات والعوائد: يتطلب التشغيل الناجح وجود حركة مرور عالية للمركبات وهيكل تسعير معقول للكهرباء؛ وإلا فقد يكون من الصعب تغطية التكاليف التشغيلية (خاصة رسوم الطلب).
تأثير التصنيع والتركيب: إنتاج وتركيب هذه الأجهزة المعقدة شواحن السيارات الكهربائية من المستوى 3 تتطلب طاقة ومواد خام كبيرة، مما يؤدي إلى انبعاثات كربونية.
الاعتماد على مصدر الكهرباء: على الرغم من أن السيارة الكهربائية في حد ذاتها عديمة الانبعاثات، إلا أن الاستدامة الكلية تتعرض للخطر إذا كانت الكهرباء المستخدمة في محطة الشحن تأتي من الوقود الأحفوري مثل توليد الطاقة من الفحم.
تتوسع شبكة الشحن من المستوى الثالث بسرعة، ويهيمن عليها في المقام الأول عدد قليل من اللاعبين الرئيسيين.
| المشغل | المزايا والمميزات الأساسية | معيار الموصل |
| شبكة تسلا سوبرتشارجر تسلا | (شبكة تسلا سوبرتشارجر) موثوقية عالية للغاية وتجربة مستخدم ممتازة، وهي منفتحة حالياً على مستوى العالم على نظام التحكم عن بُعد. | NACS (مفتوح أو في طور الافتتاح) |
| كهربة أمريكا | (EA) بدعم من مجموعة فولكس واجن، وهي شبكة شحن مفتوحة رائدة في الولايات المتحدة، تركز على الاستدامة وتخزين الطاقة. | نظام التحكم في الكربون، CHAdeMO |
| أيونتي | مشروع مشترك بين كبرى شركات صناعة السيارات مثل BMW وفولكس فاجن وفورد، مع التركيز على الشحن فائق السرعة على طول الطرق السريعة الأوروبية الرئيسية. | CCS |
| EVgo و ChargePoint | مزودو حلول الشحن الرائدة، المنتشرة بشكل رئيسي في المراكز الحضرية والمناطق التجارية والأماكن العامة. | نظام التحكم في الكربون، CHAdeMO |
من المقرر أن تشهد تقنية الشحن من المستوى الثالث إنجازين ثوريين كبيرين في السنوات القادمة.
محطات الشحن من المستوى 3 مناسبة بشكل أساسي للسيارات الكهربائية ذات البطاريات (BEVs). تدعم جميع السيارات الكهربائية الحديثة تقريباً الشحن السريع من المستوى 3 DC. لا تدعم السيارات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEV) بشكل عام لأن حزم البطاريات الخاصة بها أصغر حجماً ولا يمكنها تحمل التيار العالي والحرارة المرتفعة المرتبطة بالشحن السريع.
عليك الرجوع إلى دليل مالك سيارتك أو التحقق من الحد الأقصى لطاقة الشحن المعروضة على لوحة عدادات سيارتك. حتى إذا كانت كومة الشحن تظهر 350 كيلوواط، فستتفاوض سيارتك تلقائياً على الحد الأقصى الآمن لطاقة الشحن بناءً على حدود نظام إدارة المحرك ودرجة حرارة البطارية.
نظرًا لمتطلباتها العالية من الطاقة والبنية التحتية, محطات الشحن من المستوى 3 يتم نشرها بشكل أساسي في المناطق التجارية التي تتطلب دورانًا سريعًا. وتشمل المواقع الشائعة مناطق خدمة الطرق السريعة، واستراحات المسافات الطويلة، ومراكز التسوق الكبيرة، وبالقرب من محطات الوقود، ومراكز الشحن المخصصة.
تشير الأبحاث الحديثة إلى أنه بالنسبة للمركبات الكهربائية المزودة بأنظمة متطورة لإدارة المباني وأنظمة التبريد السائل، فإن التدهور الإضافي الناجم عن الاستخدام العرضي للشحن السريع من المستوى 3 لا يكاد يذكر. ما لم يكن أكثر من 80% من الشحن يعتمد على الشحن السريع، فلا داعي للقلق بشكل عام بشكل مفرط. يعد الشحن اليومي L2 وتجنب إبقاء البطارية عند 100% أو بالقرب من 0% لفترات طويلة من أهم عادات صيانة البطارية.
يشمل نموذج الربح لمحطات الشحن من المستوى الثالث في المقام الأول: 1) شحن المستخدمين برسوم مرتفعة على أساس الطاقة المستهلكة (كيلوواط/ساعة) أو الوقت؛ 2) جذب مستخدمي السيارات الكهربائية ذوي القيمة العالية إلى المباني التجارية، مما يزيد من إيرادات البيع بالتجزئة أو الخدمات؛ 3) الإعفاءات الضريبية الحكومية المحتملة والإعانات الحكومية. يتمثل التحدي التشغيلي الأكبر في ارتفاع تكلفة “رسوم الطلب”.”
مصادر موثوقة
الموقع الرسمي لكهربة أمريكا - الموقع الرسمي لشبكة الشحن - معلومات شبكة الشحن
جيوتاب: هل يضر الشحن السريع بالتيار المستمر بالبطارية؟ (تحليل بيانات العالم الحقيقي)
وزارة الطاقة الأمريكية - مركز بيانات الوقود البديل: مستويات الشحن
التوقعات العالمية للمركبات الكهربائية من الوكالة الدولية للطاقة - بيانات نشر البنية التحتية
سنرسل لك المعلومات الفنية التفصيلية وعرض الأسعار!
