تلبي السيارات الكهربائية المتطلبات الأساسية لمصادر النقل الصديقة للبيئة، لأنها تعمل على تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود وانخفاض الانبعاثات، وتتأثر فعالية وتكلفة هذه المركبات التي تعمل بالبطاريات بشكل كبير بتقنيات الشحن المختلفة، ولمواصلة معدلات نموها، تستثمر الشركات بشكل أكبر في أبحاثها حول الأنظمة والتقنيات المبتكرة في شحن السيارات الكهربائية بالبطارية.
تكنولوجيا شحن السيارات الكهربائية
اكتسبت السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية المزيد من الاهتمام كل يوم بسبب إنجازاتها الواسعة، وعند تطوير أنظمة الشحن يجب الأخذ بعين الاعتبار العديد من الاعتبارات، بما في ذلك التصميم الهيكلي الأمثل بمكونات أقل، واحتياطات السلامة، والكفاءة العالية، والشحن السريع، وما إلى ذلك. وهناك نوعين من تقنيات شحن السيارات الكهربائية المستخدمة في الشحن، وهما: الشحن السلكي والشحن اللاسلكي.
- تقنيات الشحن السلكية
تتطلب طرق الشحن السلكية، والتي يمكن تقسيمها إلى تقنيات شحن بالتيار المتردد والتيار المستمر، اتصال كابل مباشر بين السيارة الكهربائية ومعدات الشحن.
- شحن التيار المتردد
باستخدام تقنيات الشحن بالتيار المتردد، لا يتم شحن بطاريات المركبات الكهربائية مباشرة ولكن يتم شحن البطارية بواسطة المحول الموجود في السيارة الذي يزود البطارية، والذي يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر.
هذا النوع من الشحن غالبًا ما يكون بطيئًا مقارنة بالشحن بالتيار المستمر السريع، وعادةً ما يستخدم للشحن الليلي أو عندما تكون السيارة متوقفة لفترات طويلة. تعتمد سرعة الشحن بالتيار المتردد على قوة الشاحن وسعة بطارية السيارة، ويتم عادة في المنازل أو في الأماكن العامة باستخدام محطات شحن معينة.
- شحن التيار المستمر
يشير الشحن بالتيار المستمر في السيارات الكهربائية إلى عملية استخدام التيار المباشر (DC) لشحن بطارية السيارة. على عكس الشحن بالتيار المتردد، الذي يتطلب التحويل إلى التيار المستمر داخل السيارة، فإن الشحن بالتيار المستمر يوصل الطاقة مباشرة إلى البطارية، مما يسمح بسرعات شحن أسرع.
عادةً ما توجد محطات الشحن بالتيار المستمر، في الأماكن العامة مثل الطرق السريعة ومناطق الاستراحة والمراكز التجارية، حيث يمكن لهذه الشواحن توفير طاقة تيار مستمر عالية الجهد مباشرة إلى بطارية السيارة، مما يقلل بشكل كبير من أوقات الشحن مقارنة بالشحن بالتيار المتردد.
يعد الشحن بالتيار المستمر مفيدًا بشكل خاص للسفر لمسافات طويلة أو المواقف التي يحتاج فيها السائقون إلى شحن سريع لتوسيع نطاقهم. اعتمادًا على ناتج طاقة الشاحن وسعة بطارية السيارة، يمكن للشحن بالتيار المستمر تجديد جزء كبير من شحن البطارية في فترة زمنية قصيرة نسبيًا، تتراوح عادةً من 30 دقيقة إلى ساعة للشحن الكامل، حسب طراز السيارة وحجم البطارية.
من المهم ملاحظة أنه ليست كل السيارات الكهربائية تدعم الشحن السريع بالتيار المستمر، وقد يختلف التوافق مع معايير الشحن السريع المختلفة (مثل CHAdeMO أو CCS)، وبالرغم من ذلك مع استمرار تقدم تكنولوجيا السيارات الكهربائية، تتوسع البنية التحتية للشحن بالتيار المستمر، مما يسهل على مالكي السيارات الكهربائية الوصول إلى إمكانات الشحن السريع وتقليل أوقات الشحن أثناء التنقل.
- تقنيات الشحن اللاسلكي
أدت المشاكل المتعلقة بتقنيات الشحن السلكي، مثل الحاجة إلى كابلات الشحن والصيانة والمخاوف المتعلقة بالسلامة، إلى البحث في تقنيات الشحن اللاسلكي. في هذه الأنواع من التقنيات، يتعين على السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية أن تتوقف فوق نظام الشحن للحصول على تيار الشحن عالي التردد. يمكن تقسيم تقنيات الشحن اللاسلكي إلى ثلاث فئات: المجال القريب، المتوسط، والمجال البعيد.
- شحن المجال القريب وشحن المجال المتوسط
- الشحن اللاسلكي الاستقرائي: تعتمد هذه التقنية على مبدأ توليد حقل مغناطيسي لنقل الطاقة الكهربائية من جهاز الشحن إلى المستقبل في السيارة، ويتم وضع ملفات للشحن في السيارة وفي القاعدة اللاسلكية في المكان الذي يتم وقوف السيارة فوقه للشحن.
- الشحن اللاسلكي بالمغناطيسية المتغيرة: وهي تقنية تشبه الشحن اللاسلكي الاستقرائي، ولكنها تستخدم التذبذب المغناطيسي لزيادة كفاءة نقل الطاقة الكهربائية.
- الشحن اللاسلكي بتقنية الليزر: تعتمد هذه التقنية على استخدام أشعة الليزر لنقل الطاقة الكهربائية بين جهاز الشحن والسيارة، وتعتبر هذه التقنية جديدة وما زالت تحت التطوير.
- شحن المجال البعيد
- الشحن اللاسلكي بالأشعة اللاسلكية: تقوم هذه التقنية على استخدام الأشعة اللاسلكية لنقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات بعيدة، ويتم توليدها من محطة الشحن وتوجيهها نحو السيارة باستخدام أنظمة توجيه دقيقة، وتتطلب محطات شحن متقدمة وتوجيه دقيق للأشعة اللاسلكية.
- الشحن اللاسلكي بالأشعة تحت الحمراء: تستخدم هذه التقنية الأشعة تحت الحمراء لنقل الطاقة الكهربائية بين محطة الشحن والسيارة، وتتطلب مستوى عالٍ من دقة التوجيه لتحقيق أداء مرضٍ وكفاءة في نقل الطاقة.
- الشحن بالليزر.
تعتبر طرق الشحن بعيدة المدى الخيار الأفضل لشحن السيارات الكهربائية في المستقبل، ولكن في حالة فقدان الاتصال بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال، فإن إحدى أكبر مشكلات تقنيات الشحن اللاسلكي هي أنها يمكن أن تخرج عن نطاق السيطرة بسرعة.
لا تحتاج بطاريات السيارات الكهربائية إلى توصيلها مباشرة بطرق الشحن اللاسلكي، وهي أقل تكلفة من تقنيات الشحن بالكابل، وتوفر راحة للمستخدمين وتسهل عملية الشحن، وقد تلقت اهتمامًا متزايدًا في الصناعة مع توسع استخدام السيارات الكهربائية وتطور التقنيات المتعلقة بالشحن والطاقة.