الشحن السريع أمر بالغ الأهمية لاعتماد المركبات الكهربائية

تستحوذ السيارات الكهربائية اليوم على صناعة السيارات ببطء ومن المقرر أن تحل محل مركبات الوقود التقليدية. العامل الدافع لهذا التغيير هو الحاجة المتزايدة للحفاظ على الوقود الأحفوري وحماية البيئة. مركبات الوقود التقليدية اليوم مسؤولة عن ما يصل إلى 17٪ من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. لا تساهم المركبات الكهربائية في الحد من الوقود الأحفوري من خلال استخدام مصادر الطاقة المتجددة فحسب ، بل تساعد أيضًا في الحفاظ على البيئة ، حيث إن انبعاثاتها قليلة أو معدومة. إنها توفر كفاءة عالية في استخدام الطاقة وطاقة نظيفة ، مما يمهد الطريق للصناعة المتنامية للمركبات الكهربائية.

على الرغم من أن المركبات الكهربائية تعد بديلاً رائعًا ، إلا أنه من المهم مراعاة العقبات المحتملة التي تواجهها ، مثل النطاق المحدود ووقت الشحن الأطول. يشير النطاق الأدنى إلى الحد من المسافة المقطوعة ، مقارنة بالمركبات التقليدية. يمثل هذا مشكلة كبيرة لعدد المستخدمين المتزايد ، حيث أن البنية التحتية الحالية وشبكة الطاقة ليست كافية لمواكبة هذه الزيادة.

حتى إذا تم استبدال جميع محطات الوقود بمحطات شحن EV ، فسيتم حل المشكلة جزئيًا. بينما تستغرق عملية إعادة التزود بالوقود بالبنزين بضع دقائق تقريبًا ، يمكن أن يتراوح وقت الانتظار لإعادة شحن السيارة الكهربائية من 15 دقيقة إلى عدة ساعات ، اعتمادًا على التكنولوجيا ومستوى طاقة الشاحن. كحل ، يجب تقليل أوقات الشحن بشكل كبير.

تحسين البطارية للشحن السريع

نظرًا لأن البطاريات هي المكون الرئيسي لأنظمة الشحن السريع ، فمن المهم فهم أداء البطاريات في ظل الشحن السريع لتحسين الكفاءة. قدم المختبر الوطني للطاقة المتجددة بعض النماذج الكهروكيميائية لبطاريات الليثيوم أيون لتحسين تصميم الأقطاب الكهربائية والخلية. تعمل هذه النماذج الكهروكيميائية المتقدمة على تعزيز سرعة التطوير للجيل القادم من البطاريات التي ستكون قادرة على توفير الشحن السريع والطاقة العالية والتكلفة المنخفضة والعمر الطويل.

• تختبر النماذج المتجانسة الكبيرة حركة الليثيوم عبر البطارية وتحلل معدلات تفاعلها عبر سماكة الأقطاب الكهربائية. تُستخدم هذه النماذج لالتقاط قيود المعدل وتحديد طرق جديدة لتحقيق الشحن السريع.
• تعتمد نماذج البنية المجهرية على الهندسة ثلاثية الأبعاد لجزيئات المواد النشطة. أنها توفر معلومات حول كيفية تجميع الجسيمات في القطب. تصف نماذج البنية المجهرية المسافة التي يجب أن تقطعها الأيونات والعوائق التي تواجهها تتحرك حول القطب.
• تُستخدم نماذج التدهور لقياس كيفية تأثير طرق التدهور مثل طلاء الليثيوم أو تكسير الكاثود على الأداء العام للبطارية. يقارنون التفاعلات المختلفة في البطارية لتقييم مواد البطارية الجديدة لتحسين الأداء.

دارة لزيادة كثافة الطاقة

تصف الدائرة بنية الجسر الكامل المتحرك طور المشبك GaN ، وهو محول DC / DC قادر على نقل الطاقة من بطارية جر مركبة 400 فولت في EV لتشغيل النظام الكهربائي 12 فولت. يعمل التبديل الناعم مع ترانزستورات GaN على تعزيز تردد التبديل بشكل كبير حتى 500 كيلو هرتز. وهذا بدوره يساعد في زيادة كثافة الطاقة.

في هذه الدائرة ، يتم تحقيق توصيل منخفض وطاقات تحويل منخفضة باستخدام ترانزستورات SiC أو GaN التي تفوق بكثير أجهزة السيليكون. الدائرة قادرة أيضًا على توفير مستويات كثافة طاقة متزايدة بشكل كبير مع الحفاظ على الكفاءات العالية الحالية. حقق نموذجها الأولي كفاءة أكبر من 95٪ بالإضافة إلى كثافة طاقة تبلغ 12.5 كيلو واط / لتر.

آلية لتعزيز الشحن السريع

بينما تتمتع أجهزة الشحن السريع بالتيار المستمر بالقدرة على تقليل وقت الشحن بشكل كبير ، فإن محطات الشحن بالتيار المستمر لها تكاليف تركيب عالية جدًا. أيضًا ، نظرًا لارتفاع الطلب على الطاقة ، فقد وضعوا ضغطًا على شبكة الطاقة.

يتمثل أحد الحلول المحتملة في دمج شواحن التيار المستمر مع نظام تخزين طاقة البطارية (BESS). الغرض من دمج BESS مع أجهزة الشحن DC هو أن تكون قادرًا على توفير الطاقة من الشبكة وكذلك نظام تخزين البطارية. عندما لا يتم توصيل EV ، يتم شحن BESS من شبكة الطاقة وتخزين الطاقة. ثم بمجرد توصيل EV ، يتم توفير الطاقة من كل من الشبكة وأنظمة البطارية لتحمل الشحن السريع مع تقليل الحمل على شبكة الطاقة.

بالنظر إلى إحدى المشكلات الرئيسية في الشحن السريع للتيار المستمر هي المدى القصير ، فهناك حاجة فورية لتقليل وقت الشحن وزيادة البنى التحتية المتوافقة. وبالتالي ، فإن تكامل BESS مع شواحن التيار المستمر يقلل بشكل كبير من تكاليف البنية التحتية للشبكة. كما أن التطورات في التقنيات الجديدة للبطاريات والإنتاج الضخم (خاصة بطاريات Li-ion) وخفض تكاليف البطاريات تجعل تنفيذ BESS الثابت أكثر جدوى.

اعتماد واسع النطاق لشحن سريع

مع تزايد شعبية المركبات الكهربائية ، هناك العديد من الشركات التي تتبنى هذه الطريقة ، بما في ذلك EVgo و Tesla.

توفر شركة EVgo شبكات شحن كهربائية مريحة وبأسعار معقولة. أجرت الشركة بحثًا مكثفًا في مقالة بعنوان “تكاليف البنية التحتية للشحن السريع والمزايا الاقتصادية للتوسع السريع” ، والتي تُظهر دعمها لنشر آليات الشحن السريع للتيار المستمر لشواحن المركبات الكهربائية الخاصة بها.

أصدرت Tesla ، إحدى الشركات العالمية الرائدة في تصنيع السيارات الكهربائية ، ورقة حول الخطة الرئيسية الجزء 3. تناقش الورقة خطط طراز الشركة الجديد من السيارات وكيف يساعد في الحفاظ على البيئة ويوضح “المسار الموصى به إلى عالم مستدام اقتصاد الطاقة عن طريق كهربة الاستخدام النهائي بالإضافة إلى توليد الطاقة وتخزينها بشكل مستدام “. كما أنه يركز على الافتراضات والمصادر والحسابات التي تدعم الاقتراح.

مراجع