مقارنة بين أنظمة النوع 1 J1772 وأنظمة النوع 2 IEC 62196-2

الدليل التقني الشامل لمعايير شحن المركبات الكهربائية العالمية: مقارنة شاملة بين أنظمة النوع الأول J1772 وأنظمة النوع الثاني IEC 62196-2، وبنية الشبكة، وبروتوكولات الاتصال، والبنية التحتية الذكية

1. مقدمة: التحول العالمي نحو الكهرباء ودور الشحن الموحد

يشهد قطاع السيارات العالمي تحولاً جذرياً، إذ ينتقل من محركات الاحتراق الداخلي إلى الدفع الكهربائي. ويُعدّ توفير البنية التحتية اللازمة لهذا التحول أمراً بالغ الأهمية، لا سيما معدات تزويد المركبات الكهربائية بالطاقة، والمعروفة باسم شواحن المركبات الكهربائية. ومع تسارع وتيرة انتشار المركبات الكهربائية، بات فهم الجوانب التقنية الدقيقة لمعايير الشحن أمراً بالغ الأهمية للمهندسين وصناع السياسات والمستهلكين على حد سواء.

لطالما اتسم تطوير معايير شحن المركبات الكهربائية بالتشتت، متأثرًا ببنية شبكات الكهرباء الإقليمية، والبيئات التنظيمية، والمصالح الاستراتيجية لشركات تصنيع السيارات. واليوم، يهيمن معياران رئيسيان على سوق شحن التيار المتردد: النوع الأول (SAE J1772) والنوع الثاني (IEC 62196-2). ورغم أن كلا المعيارين يخدمان الغرض الأساسي نفسه - نقل الطاقة الكهربائية من الشبكة إلى الشاحن المدمج في المركبة - إلا أن تطبيقاتهما التقنية، وتصاميمهما المادية، وبروتوكولات الاتصال الخاصة بهما تختلف اختلافًا كبيرًا.

تقدم هذه المقالة تحليلاً تقنياً معمقاً لأنظمة الشحن من النوع الأول والنوع الثاني. سنستكشف الاختلافات المعمارية بينهما، ومدى قابليتهما للتكيف مع مختلف بنى الشبكات الكهربائية العالمية، وفيزياء إشارات الاتصال الخاصة بهما، وآليات السلامة التي تحمي كلاً من المستخدم والمركبة. علاوة على ذلك، سندرس كيف تؤثر قيود الطاقة المنزلية في مختلف الدول على سرعات الشحن، والاتجاهات الناشئة التي تُشكل مستقبل الربط البيني الذكي والموحد في منظومة المركبات الكهربائية.

2. بنية النوع 1 (SAE J1772): التاريخ، وتكوين الدبابيس، وهيمنة أمريكا الشمالية

يُعدّ موصل النوع الأول، المعروف رسميًا باسم معيار SAE J1772، واجهة الشحن الرئيسية للتيار المتردد المستخدمة في أمريكا الشمالية واليابان. وقد طُوّر هذا الموصل من قِبل جمعية مهندسي السيارات (SAE)، وصُمّم خصيصًا لتلبية الاحتياجات المحددة لشبكات الكهرباء أحادية الطور الموجودة في هذه المناطق.

2.1 السياق التاريخي وفلسفة التصميم

طُرح معيار J1772 لأول مرة عام 2001، وخضع لعدة تنقيحات ليصل إلى شكله الحالي. كان الهدف الأساسي من التصميم هو إنشاء واجهة آمنة ومتينة وسهلة الاستخدام لشحن المستوى الأول (120 فولت) والمستوى الثاني (240 فولت). على عكس متطلبات الشبكات الأوروبية متعددة الأطوار، فإن شبكة الكهرباء السكنية في أمريكا الشمالية أحادية الطور في الغالب، حيث توفر مسارين بجهد 120 فولت يمكن دمجهما لتوفير خدمة 240 فولت. ونتيجة لذلك، تم تحسين موصل النوع 1 لتوصيل تيار أحادي الطور عالي.

2.2 تكوين الدبابيس المادية

يتميز الموصل من النوع 1 بتصميم ذي خمسة دبابيس:

1. L1 (السطر 1):الموصل الرئيسي للطاقة.
2. L2/N (الخط 2 أو المحايد):في الشحن بجهد 120 فولت من المستوى 1، يعمل هذا كخط محايد. في الشحن بجهد 240 فولت من المستوى 2، يعمل هذا كطور 120 فولت الثاني (L2).
3. PE (الأرضية/الترابية الواقية):وصلة التأريض الآمنة، التي تضمن ربط هيكل السيارة بأرضية الشبكة.
4. CP (طيار التحكم):خط الاتصال المستخدم للتفاوض على معايير الشحن بين جهاز شحن المركبات الكهربائية والمركبة.
5. CS (إدارة التحكم) / الطيار التقاربي (PP):حلقة تغذية راجعة تكتشف ما إذا كان القابس قد تم إدخاله بالكامل وتسمح للسيارة بمنع الحركة أثناء الشحن.

2.3 الخصائص والحدود الكهربائية

يدعم معيار النوع 1 الشحن بالتيار المتردد حتى 80 أمبير، وهو ما يعادل طاقة قصوى تبلغ 19.2 كيلوواط عند جهد 240 فولت. مع ذلك، تعمل معظم شواحن النوع 1 المنزلية بين 16 أمبير (3.8 كيلوواط) و48 أمبير (11.5 كيلوواط)، ما يتوافق مع قدرات الشواحن المدمجة الشائعة في السيارات. يتميز تصميم الدبابيس بالمتانة، حيث صُممت لتحمل الأحمال الحرارية العالية لآلاف دورات الشحن والتفريغ. ومن أبرز خصائص قابس النوع 1 آلية الإغلاق اليدوي، التي تتطلب من المستخدم الضغط على زر لتحرير القابس من منفذ السيارة.

3. بنية النوع 2 (IEC 62196-2): معيار مينيكس، والتصميم المعياري، والتنوع الأوروبي

بينما سعى السوق الأوروبي إلى توحيد معايير شحن السيارات الكهربائية، واجه تحديًا آخر: انتشار أنظمة الكهرباء ثلاثية الأطوار في المباني السكنية والتجارية. وكان الحل هو موصل النوع الثاني، والذي يُعرف غالبًا باسم قابس "مينيكس" نسبةً إلى الشركة الألمانية التي صممته.

3.1 الانتقال نحو معيار IEC 62196-2

اعتمدت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) تصميم النوع الثاني كجزء من معيار IEC 62196. وعلى عكس موصل النوع الأول، الذي يقتصر بطبيعته على التشغيل أحادي الطور، صُمم موصل النوع الثاني منذ البداية ليكون معياريًا وقابلًا للتطوير مستقبلًا. فهو يدعم توصيل الطاقة الكهربائية أحادية الطور، ومتعددة الأطوار، وثلاثية الأطوار.

3.2 تصميم ووظائف الموصل ذي السبعة دبابيس

يستخدم الموصل من النوع 2 تكوينًا بسبعة دبابيس:

1. L1، L2، L3:ثلاثة موصلات طور منفصلة، ​​مما يسمح بتوصيل الطاقة ثلاثية الأطوار.
2. N (محايد):موصل محايد مخصص، وهو ضروري لأنظمة التيار ثلاثي الأطوار حيث قد يكون الحمل غير متوازن.
3. PE (الأرض الواقية):أرض الأمان.
4. CP (طيار التحكم):خط الإشارة (مماثل في وظيفته لـ J1772).
5. PP (الطيار التقاربي):يستخدم للكشف عن وجود القابس، وفي معيار النوع 2، لنقل قدرة الكابل نفسه على حمل التيار من خلال نظام مشفر بالمقاومة.

3.3 تعدد الاستخدامات وحدود الطاقة

يُعدّ موصل النوع 2 أقوى بكثير من النوع 1. في نظام ثلاثي الأطوار، يدعم ما يصل إلى 63 أمبير لكل طور، مما يوفر نظريًا طاقة تيار متردد تصل إلى 43 كيلوواط (مع أن 22 كيلوواط هي الحد العملي لمعظم أنظمة التيار المتردد ثلاثية الأطوار العامة والسكنية). حتى في وضع أحادي الطور، يُضاهي أداء النوع 1. علاوة على ذلك، صُمم مدخل النوع 2 في السيارة ليكون متوافقًا مع نظام الشحن المُدمج (CCS2) للشحن السريع بالتيار المستمر، وذلك بإضافة دبوسين كبيرين للتيار المستمر أسفل واجهة التيار المتردد.

4. ديناميكيات طور الطاقة: مقارنة كفاءة الطور الواحد وكفاءة توصيل الطاقة ثلاثية الأطوار

يكمن الاختلاف التقني الأساسي بين أنظمة النوع الأول والنوع الثاني في كيفية تعاملها مع المراحل الكهربائية. وهذا لا يقتصر على اختيار الموصل فحسب، بل يعكس بنية الشبكة الكهربائية الأساسية.

4.1 القيود أحادية الطور في النوع 1

في نظام الشحن من النوع الأول، صُمم الشاحن المدمج في السيارة لاستقبال الطاقة من مصدر تيار متردد واحد. ولزيادة سرعة الشحن، فإن المتغيرين الوحيدين القابلين للتعديل هما الجهد (من 120 إلى 240 فولت) والتيار (أمبير). ونظرًا لأن لوحات التوزيع الكهربائية المنزلية في الولايات المتحدة عادةً ما تقتصر على 200 أمبير كحد أقصى، فإن دوائر الشحن المخصصة للسيارات الكهربائية التي تتجاوز 50 أمبير تتطلب ترقيات كبيرة في البنية التحتية. كما أن الشحن أحادي الطور عالي التيار يُحمّل الأسلاك ودبابيس التوصيل بحمل حراري كبير.

4.2 مزايا المرحلة الثلاثية في النوع 2

تستفيد أنظمة النوع الثاني من شبكات التيار الكهربائي ثلاثية الأطوار الشائعة في أوروبا وأجزاء من آسيا وأوقيانوسيا. ومن خلال توزيع الطاقة على ثلاثة أطوار، يمكن للنظام توفير قدرة إجمالية أعلى بكثير بتيار أقل لكل طور. على سبيل المثال، يستهلك شاحن بقدرة 11 كيلوواط تيارًا مقداره 16 أمبير موزعًا على ثلاثة أطوار (3 × 230 فولت × 16 أمبير ≈ 11 كيلوواط). ولتحقيق نفس القدرة البالغة 11 كيلوواط في نظام أحادي الطور من النوع الأول، سيحتاج التيار إلى أن يكون حوالي 46 أمبير (240 فولت × 46 أمبير ≈ 11 كيلوواط).

يؤدي انخفاض شدة التيار لكل طور في أنظمة النوع 2 إلى ما يلي:

• انخفاض توليد الحرارة:انخفاض التسخين المقاوم في الكابلات والموصلات.
• مقاطع عرضية أصغر للكابلات:كابلات أخف وزناً وأكثر مرونة لنفس القدرة الناتجة.
• استقرار الشبكة:يوفر الشحن ثلاثي الأطوار حملاً أكثر توازناً للشبكة، مما يقلل من خطر عدم توازن الطور ومشاكل التيار المحايد في محول التوزيع المحلي.

4.3 الكفاءة والتحويل

من الناحية التقنية، تتأثر كفاءة الشاحن المدمج أيضًا. يتم تقويم التيار المتردد ثلاثي الأطوار إلى تيار مستمر بسلاسة أكبر من التيار المتردد أحادي الطور، مما يتطلب ترشيحًا سعويًا أقل لتحقيق جهد تيار مستمر مستقر للبطارية. قد يؤدي هذا إلى كفاءات تحويل أعلى قليلاً في الشاحن المدمج ثلاثي الأطوار مقارنةً بنظيراتها أحادية الطور.

(نهاية الجزء الأول. الاستمرار في الجزء التالي للوصول إلى الطول والعمق المطلوبين.)

5. سلامة الإشارة والاتصال: تحليل مفصل لوظائف CP (الطيار المتحكم) وPP (الطيار التقاربي)

تتم عملية الاتصال بين وحدة شحن المركبات الكهربائية والمركبة الكهربائية عبر خطي إشارة مخصصين منخفضي الجهد: خط التحكم التجريبي (CP) وخط التقارب التجريبي (PP). وعلى الرغم من اختلاف الموصلات المادية، فإن بروتوكول الإشارة الأساسي لشحن التيار المتردد موحد وفقًا لمعياري IEC 61851-1 وSAE J1772.

5.1 نظام التحكم التجريبي (CP) وتعديل عرض النبضة (PWM)

إشارة CP هي موجة مربعة بتردد 1 كيلوهرتز وجهد ±12 فولت، يتم توليدها بواسطة وحدة شحن المركبات الكهربائية (EVSE). تُستخدم هذه الإشارة كإشارة أساسية للتوافق ومؤشر للحالة. يتم تحديد تسلسل الاتصال من خلال مستويات جهد محددة ودورة تشغيل إشارة تعديل عرض النبضة (PWM).

• الحالة أ (الاستعداد):يُخرج جهاز شحن المركبات الكهربائية تيارًا مستمرًا ثابتًا بقيمة +12 فولت. وهذا يشير إلى أن الشاحن يعمل ولكن لا توجد مركبة متصلة به.
• الحالة ب (متصل بالمركبة):عند إدخال القابس، تقوم السيارة بتوصيل مقاومة وثنائي بين خطي CP وPE. يؤدي ذلك إلى انخفاض الجهد من +12 فولت إلى +9 فولت. يكتشف جهاز شحن السيارة الكهربائية هذا الانخفاض ويبدأ في توليد إشارة PWM بتردد 1 كيلو هرتز.
• الحالة ج (طلب فرض رسوم):تُشير المركبة إلى استعدادها لتلقي الطاقة عن طريق إغلاق مفتاح يُقلل المقاومة في الدائرة، مما يُخفض جهد CP إلى +6 فولت. عند هذه النقطة، يُغلق جهاز EVSE موصلاته الداخلية لتوفير طاقة التيار المتردد.
• الحالة د (التهوية مطلوبة):إذا كانت المركبة تتطلب تهوية (وهو أمر نادر في السيارات الكهربائية الحديثة ولكنه جزء من المعيار)، فإن الجهد ينخفض ​​إلى +3 فولت.
• الحالة E/F (الأخطاء):تشير إشارة 0 فولت أو -12 فولت إلى وجود عطل، مثل عطل أرضي أو فقدان كامل للاتصال.

الدورة التشغيلتُحدد إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) التي يرسلها جهاز شحن المركبات الكهربائية (EVSE) الحد الأقصى للتيار المسموح للمركبة بسحبه. على سبيل المثال:

• دورة تشغيل بنسبة 10% = 6 أمبير
• دورة تشغيل بنسبة 25% = 15 أمبير
• دورة تشغيل بنسبة 50% = 30 أمبير
• دورة التشغيل 80% = 48 أمبير

وهذا يسمح بإدارة الأحمال الديناميكية؛ فإذا زاد استهلاك الطاقة في المنزل، يمكن لجهاز شحن المركبات الكهربائية تقليل دورة التشغيل لمنع فصل قاطع الدائرة الرئيسي.

5.2 نظام التوجيه التقاربي (PP) ونظام التعشيق الميكانيكي

تضمن إشارة PP عدم قدرة السيارة على التحرك أثناء توصيلها بالكهرباء، وتساعد النظام على تحديد قدرة الكابل على حمل التيار.

• في النوع 1 (J1772):يتم توصيل خط PP (الذي يُسمى غالبًا دبوس CS) بمفتاح في مقبض القابس. عند ضغط المستخدم على زر التحرير، تنقطع الدائرة الكهربائية. تستشعر المركبة ذلك فورًا وتتوقف عن سحب التيار قبل فصل دبابيس الطاقة الرئيسية، مما يمنع حدوث شرارة كهربائية.
• في النوع 2 (IEC 62196):يُستخدم خط PP لتحديد نوع الكابل. تُزود الكابلات بمقاومة بين طرفي PP وPE. يختلف مقاومة كابل بقدرة 11 كيلوواط (16 أمبير) عن مقاومة كابل بقدرة 22 كيلوواط (32 أمبير). يستخدم كل من جهاز شحن المركبات الكهربائية والمركبة هذه المقاومة لضمان عدم تجاوز الحدود الحرارية للكابل، حتى لو كانت المركبة قادرة على تحمل طاقة أعلى.

6. التصميم الميكانيكي والسلامة: آليات القفل، وتصنيفات الحماية من دخول الماء والغبار، والمتانة المادية

تُعدّ البيئة المادية لشحن السيارات الكهربائية قاسية، إذ تتعرض للأمطار والثلوج والغبار ودرجات الحرارة القصوى. ولذلك، فإن التصميم الميكانيكي للموصلات من النوع الأول والنوع الثاني يتميز بدقة هندسية عالية.

6.1 آليات القفل: يدوية مقابل إلكترونية

يتمثل أحد الاختلافات المهمة بين المعيارين في كيفية تثبيت القابس في السيارة.

• مزلاج يدوي من النوع 1:يتميز قابس النوع الأول بمشبك ميكانيكي يُفتح بالإبهام. هذا بسيط وموثوق، ولكنه يفتقر إلى الأمان؛ إذ يمكن لأي شخص الاقتراب وفصل السيارة أثناء الشحن ما لم يقم المستخدم بإضافة قفل منفصل إلى المقبض.
• قفل إلكتروني من النوع الثاني:يعتمد معيار النوع الثاني على دبوس قفل آلي داخل مدخل السيارة. عند بدء الشحن، تقوم السيارة تلقائيًا بقفل القابس في مكانه. هذا يمنع سرقة الكابل (في حالة الشواحن اللاسلكية الشائعة في أوروبا) ويضمن عدم إمكانية إزالة القابس أثناء سريان التيار الكهربائي.

6.2 الحماية من دخول الأجسام الغريبة (IP) والعزل البيئي

تم تصميم كلا الموصلين لتلبية تصنيفات IP عالية (عادةً IP54 أو أعلى عند التوصيل).

• قنوات التصريف:تحتوي الموصلات من النوع 2 على فتحات تصريف متخصصة لمنع تجمع المياه حول الدبابيس.
• علم المواد:تم تصنيع الهياكل من بوليمرات مقاومة للصدمات ومثبتة ضد الأشعة فوق البنفسجية مثل PBT (بولي بيوتيلين تيريفثالات) لتحمل السقوط على الخرسانة والتعرض لأشعة الشمس الشديدة.
• الطلاء بالتلامس:عادة ما تكون الدبابيس مطلية بالفضة لضمان مقاومة منخفضة للتلامس ومتانة عالية على مدى آلاف دورات التوصيل.

6.3 الإدارة الحرارية

غالبًا ما تتضمن شواحن التيار المتردد الحديثة عالية الطاقة مقاومات حرارية (مستشعرات NTC) مدمجة داخل القابس. تراقب هذه المستشعرات درجة حرارة الدبابيس في الوقت الفعلي. إذا تجاوزت درجة الحرارة حدًا آمنًا (على سبيل المثال، بسبب وصلة غير محكمة أو وجود شوائب في المدخل)، فإن جهاز شحن المركبات الكهربائية (EVSE) يُرسل إشارة إلى المركبة لتقليل تيار الشحن أو إيقاف التشغيل تمامًا لمنع نشوب حريق.

7. طوبولوجيات الشبكة العالمية: شبكات TN وTT وIT وتأثيرها على تركيب محطات شحن المركبات الكهربائية

يتأثر تصميم وتركيب أجهزة شحن المركبات الكهربائية بشكل كبير بأنظمة التأريض المستخدمة في مختلف المناطق. يجب أن يتأكد جهاز الشحن من وجود تأريض آمن قبل السماح ببدء عملية الشحن.

7.1 أنظمة TN (محايدة للأرض)

يُعدّ نظام TN شائعًا في أمريكا الشمالية (TN-CS) والمملكة المتحدة. في هذا النظام، يتم توصيل السلك المحايد والأرضي عند مدخل الخدمة. ورغم أن هذا يوفر مسارًا موثوقًا لتيارات الأعطال، إلا أنه يُشكّل خطرًا في حالة حدوث عطل "انقطاع سلك التأريض المحايد" (Open PEN). فإذا انقطع السلك المحايد القادم من الشبكة، فقد يتم تزويد هيكل السيارة الكهربائية بالطاقة الكهربائية بجهد الخط. وقد أدّى هذا إلى تطوير أجهزة متخصصة لكشف "انقطاع سلك التأريض المحايد" في أجهزة الشحن المصممة وفقًا لمواصفات المملكة المتحدة.

7.2 أنظمة تي تي (تيرا-تيرا)

يستخدم نظام TT، الشائع في أجزاء من أوروبا القارية (مثل فرنسا وإيطاليا) واليابان، قضيب تأريض محلي غير متصل بالخط المحايد للشبكة. يجب أن تكون أجهزة شحن المركبات الكهربائية المثبتة على شبكات TT حساسة للغاية لمقاومة التأريض. إذا لم يكن قضيب التأريض عميقًا بما يكفي أو كانت التربة جافة جدًا، فقد يرفض الشاحن بدء التشغيل لعدم قدرته على التحقق من وجود مسار منخفض المقاومة إلى الأرض.

7.3 أنظمة تكنولوجيا المعلومات (إيزوليه-تيرا)

يوجد نظام تكنولوجيا المعلومات في النرويج وبعض البيئات الصناعية، وهو لا يحتوي على اتصال مباشر بين السلك المحايد/الأطوار والأرض. يُمثل هذا تحديًا فريدًا للسيارات الكهربائية، حيث أن العديد من أجهزة الشحن المدمجة مصممة لتتطلب وجود سلك محايد مؤرض. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى محولات عزل متخصصة لشحن السيارات الكهربائية على شبكات تكنولوجيا المعلومات بأمان.

7.4 تغيرات تردد الشبكة والجهد

بينما يتم التمييز بين النوعين الأول والثاني بشكل أساسي من خلال دعم الطور، فإن تردد الشبكة الأساسي (60 هرتز في الولايات المتحدة واليابان مقابل 50 هرتز في معظم أنحاء العالم) يؤثر أيضًا على تصميم المحاثات والمكثفات في الشاحن المدمج بالمركبة. ومع ذلك، فإن معظم الشواحن المدمجة الحديثة واسعة النطاق، وقادرة على التعامل مع جهد يتراوح بين 100 و250 فولت وتردد 50/60 هرتز.

8. قيود الطاقة السكنية: كيف تحد لوائح الشبكة الوطنية ولوحات توزيع الطاقة المنزلية من سرعات شحن السيارات الكهربائية

نادراً ما يتم تحقيق سرعات الشحن النظرية (مثل 22 كيلوواط للنوع 2 أو 19.2 كيلوواط للنوع 1) في البيئات السكنية بسبب قيود الشبكة المحلية ولوحة الكهرباء المنزلية.

8.1 أمريكا الشمالية: حد لوحة 200 أمبير

في الولايات المتحدة، يحتوي المنزل الحديث النموذجي على لوحة توزيع كهربائية بقدرة 200 أمبير. ويتطلب شاحن من المستوى الثاني يسحب 48 أمبير قاطع دائرة كهربائية بقدرة 60 أمبير. ووفقًا لقانون الكهرباء الوطني (NEC)، يجب ألا يتجاوز الحمل المستمر (مثل شحن السيارات الكهربائية) 80% من قدرة قاطع الدائرة الكهربائية. بالنسبة للمنازل ذات لوحات التوزيع القديمة بقدرة 100 أمبير، يُعد تركيب جهاز شحن عالي الطاقة للسيارات الكهربائية أمرًا مستحيلاً دون ترقية نظام التوزيع، وهو ما قد يكلف آلاف الدولارات. وقد أدى ذلك إلى انتشار شواحن بقدرة 32 أمبير (7.7 كيلوواط)، التي تُوازن بين سرعة الشحن وسعة لوحة التوزيع.

8.2 المملكة المتحدة: الهيمنة أحادية المرحلة ونظام PEN المفتوح

على الرغم من أن شبكة الكهرباء في المملكة المتحدة ثلاثية الأطوار على مستوى التوزيع، إلا أن معظم المنازل تُزود بطور واحد بجهد 230 فولت وتيار 60 أمبير أو 100 أمبير. هذا يحد من قدرة الشحن المنزلي إلى 7.4 كيلوواط. وبسبب نظام التأريض TN-CS المذكور سابقًا، تشترط اللوائح البريطانية أن تتمتع أجهزة الشحن بحماية مكلفة ضد انقطاع السلك المحايد، مما يجعل أجهزة شحن السيارات الكهربائية المصممة خصيصًا للمملكة المتحدة أكثر تعقيدًا من الناحية التقنية من نظيراتها الأوروبية.

8.3 ألمانيا وشمال أوروبا: معيار 11 كيلوواط

في ألمانيا، يُعدّ التيار الكهربائي ثلاثي الأطوار معيارًا أساسيًا في معظم المباني السكنية. وهذا يُتيح تركيبًا واسع النطاق لصناديق الحائط بقدرة 11 كيلوواط (3 × 16 أمبير). على عكس الولايات المتحدة، حيث تتطلب قدرة 11 كيلوواط دائرة أحادية الطور ذات تيار عالٍ (60 أمبير)، فإنها في ألمانيا لا تتطلب سوى دائرة ثلاثية الأطوار (16 أمبير)، والتي تستخدم أسلاكًا أرق بكثير، ويمكن استيعابها بسهولة بواسطة لوحات التوزيع الحالية. تشترط العديد من شركات الكهرباء الألمانية إخطارًا أو موافقةً لأجهزة الشحن التي تزيد قدرتها عن 11 كيلوواط (مثل وحدات 22 كيلوواط) لضمان استقرار الشبكة المحلية.

8.4 أستراليا ونيوزيلندا: جهد عالٍ، أحادي الطور

تستخدم أستراليا نظامًا كهربائيًا بجهد 230/240 فولت، مشابهًا للنظام البريطاني. معظم التركيبات المنزلية أحادية الطور بقدرة 7.4 كيلوواط. مع ذلك، ونظرًا لطول المسافات وطبيعة الشبكة الريفية، فإن تقلبات الجهد شائعة. لذا، يجب أن تتمتع أجهزة شحن المركبات الكهربائية في هذه المناطق بحماية قوية ضد زيادة وانخفاض الجهد للتعامل مع انخفاضات الجهد المفاجئة أو ارتفاعاته دون إلحاق الضرر بالمركبة.

(نهاية الجزء الثاني. الاستمرار في الجزء التالي للوصول إلى الطول والعمق المطلوبين.)

9. حماية شاملة للدائرة: تطبيق قواطع التيار المتبقي من النوع A/B، وكشف تسرب التيار المستمر، والحماية من التيار الزائد في شحن التيار المتردد

تُعدّ السلامة حجر الزاوية في تصميم أجهزة شحن المركبات الكهربائية. يتطلب شحن المركبة الكهربائية توفير كميات كبيرة من الطاقة لفترات طويلة، غالباً في ظروف رطبة. لذا، يجب أن تكون دوائر الحماية أكثر تطوراً بكثير من تلك الموجودة في الأجهزة المنزلية العادية.

9.1 أجهزة التيار المتبقي (RCDs): النوع أ مقابل النوع ب

صُمم قاطع التيار المتبقي (RCD) للكشف عن عدم التوازن بين التيار المتدفق عبر الخط والأسلاك المحايدة، مما يشير إلى وجود تسرب إلى الأرض (عطل أرضي). وفي شحن المركبات الكهربائية، يوجد خطر محدد:التيار المتبقي المستمر.

• قواطع التيار المتبقي من النوع أ:تُستخدم هذه الأجهزة عادةً في لوحات التوزيع الكهربائية المنزلية، وهي قادرة على كشف التيارات المتبقية المترددة والتيارات المستمرة النابضة. مع ذلك، قد تتعطل هذه الأجهزة بسبب تسرب التيار المستمر المنتظم. فإذا تسبب عطل في شاحن السيارة الكهربائية في تسرب أكثر من 6 مللي أمبير من التيار المستمر المنتظم إلى جانب التيار المتردد، فقد يتشبع قلب المحول الداخلي لقاطع التيار المتبقي من النوع A، مما يمنعه من الفصل حتى في حالة حدوث عطل خطير في التيار المتردد.
• قواطع التيار المتبقي من النوع B:صُممت هذه الأجهزة للكشف عن التيار المتردد، والتيار المستمر النابض، والتيارات المتبقية المستمرة غير المتذبذبة. ورغم أنها توفر حماية فائقة، إلا أنها أغلى ثمناً بكثير.
• جهاز الكشف عن التيار المستمر المتبقي (RDC-DD):لخفض التكاليف مع الحفاظ على السلامة، تتضمن العديد من أجهزة شحن المركبات الكهربائية الحديثة وحدة RDC-DD (متوافقة مع معيار IEC 62955). تكشف هذه الوحدة عن أي تسرب تيار مستمر سلس يزيد عن 6 مللي أمبير، فتفصل الشاحن. عند وجود وحدة RDC-DD، يمكن استخدام قاطع تيار متبقي من النوع A قياسي (وأرخص) في لوحة التوزيع الرئيسية.

9.2 الحماية من التيار الزائد وقصر الدائرة

يجب حماية كل دائرة شحن المركبات الكهربائية بقاطع دائرة مصغر (MCB). ولأن شحن المركبات الكهربائية حمل مستمر، يجب تخفيض قدرة قاطع الدائرة المصغر. في الولايات المتحدة (وفقًا لمعايير NEC)، يتطلب حمل شحن 40 أمبير قاطع دائرة 50 أمبير. أما في أوروبا، فيعتمد اختيار قاطع الدائرة المصغر (من النوع B أو C أو D) على تيار البدء المتوقع لشاحن المركبة. ويُفضل عمومًا استخدام قاطع دائرة من النوع C لتجنب الفصل غير المرغوب فيه أثناء مرحلة التوصيل الأولية.

9.3 الحماية من زيادة التيار (SPD)

غالبًا ما تُركّب أجهزة شحن السيارات الكهربائية في الهواء الطلق وتُوصّل بجسم معدني كبير (السيارة)، مما يجعلها عرضةً للصواعق غير المباشرة وارتفاعات التيار الكهربائي المفاجئة. يُنصح بشدة (بل هو إلزامي في بعض المناطق، مثل ألمانيا) بتركيب جهاز حماية من ارتفاع التيار من النوع الثاني (SPD) لحماية الإلكترونيات الحساسة لكل من الشاحن والسيارة.

9.4 الموصلات والعزل الجلفاني

يُعد جوهر عملية توصيل الطاقة في محطة شحن المركبات الكهربائية هوموصلهذا مرحل عالي التحمل يقوم بتوصيل أو فصل دبابيس الطاقة المترددة. ولأغراض السلامة، يجب أن يكون الموصل في وضع "مفتوح عادةً"، أي أن الطاقة لا تُزوَّد إلا عندما تشير إشارة CP إلى "الحالة C" (جاهز للشحن). تستخدم أجهزة شحن المركبات الكهربائية عالية الجودة موصلات رباعية الأقطاب لأنظمة ثلاثية الطور لضمان عزل جميع الأطوار والحيادي عند عدم الاستخدام. تتضمن بعض الوحدات المتقدمة أيضًا "خاصية كشف التلامس الملحوم"، التي تراقب حالة الموصل؛ فإذا انصهرت التلامسات معًا (مما يمنع قطع الطاقة)، ​​فسيُطلق جهاز شحن المركبة الكهربائية إنذارًا ويبقى في حالة عطل.

10. الشحن الذكي ومعيار ISO 15118: الانتقال من تعديل عرض النبضة إلى الاتصال الرقمي والتوصيل والشحن

على الرغم من أن إشارات CP/PP الأساسية كافية للشحن البسيط بالتيار المتردد، إلا أن مستقبل منظومة السيارات الكهربائية يعتمد على تبادل البيانات الرقمية الغنية. وهنا تبرز أهمية معيار ISO 15118.

10.1 قيود تقنية تعديل عرض النبضة

لا تُبلغ إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) القياسية إلا عن الحد الأقصى للتيار المتاح، ولا تُخبر جهاز شحن المركبات الكهربائية (EVSE) بحالة شحن المركبة، أو سعة بطاريتها، أو مُعرّفها الفريد. وبدون هذه المعلومات، يصعب تطبيق ميزات مثل الفوترة الآلية، والشحن المُتوافق مع الشبكة، ونقل الطاقة ثنائي الاتجاه.

10.2 اتصال HomePlug Green PHY وPLC

يقدم معيار ISO 15118الاتصال عبر خطوط الطاقة (PLC)عبر سلك التحكم التجريبي (CP). من خلال دمج إشارة رقمية عالية التردد (HomePlug Green PHY) مع إشارة التحكم التجريبي بتردد 1 كيلوهرتز، يمكن للمركبة وجهاز شحن المركبات الكهربائية إنشاء اتصال TCP/IP. وهذا يتيح ما يلي:

• قم بالتوصيل والشحن:تُعرّف المركبة نفسها للشاحن تلقائيًا. ويتواصل الشاحن مع خادم مركزي لتأكيد الجلسة ومعالجة الدفع دون الحاجة إلى بطاقة RFID أو تطبيق جوال.
• التكامل مع الشبكة الذكية:تستطيع السيارة الكهربائية إرسال معلومات حول وقت مغادرتها المخطط له واحتياجاتها من الطاقة. وبذلك، تستطيع الشبكة الكهربائية (أو نظام إدارة الطاقة المنزلية) جدولة عملية الشحن في أوقات انخفاض أسعار الكهرباء أو ارتفاع إنتاج الطاقة المتجددة.

10.3 مستقبل الشحن ثنائي الاتجاه (V2G، V2H، V2X)

من أبرز مزايا معيار ISO 15118 (وتحديدًا الإصدار -20) دعمه للشحن ثنائي الاتجاه بالتيار المتردد. فبينما تستخدم معظم تطبيقات نقل الطاقة من المركبة إلى الشبكة (V2G) حاليًا التيار المستمر (عبر CHAdeMO أو CCS)، يتيح الشحن ثنائي الاتجاه بالتيار المتردد للمركبة استخدام شاحنها الداخلي كمحول لإعادة الطاقة إلى المنزل أو الشبكة. ويتطلب ذلك من جهاز شحن المركبة الكهربائية (EVSE) أن يعمل كبوابة تحكم متطورة، لضمان تطابق الطاقة المُعادة إلى الشبكة تمامًا مع طور وتردد الشبكة.

11. تحليل المعايير الإقليمية: GB/T (الصين) مقابل النوع 2

بينما يغطي النوع الأول والنوع الثاني معظم أنحاء العالم، تستخدم الصين - أكبر سوق للسيارات الكهربائية في العالم - معيارها الخاص:GB/T 20234.

11.1 أوجه التشابه الجسدي مع النوع 2

من الناحية الشكلية، يشبه موصل التيار المتردد GB/T موصل النوع 2 إلى حد كبير. فهو يتميز بتصميم سباعي الأطراف. إلا أن ترتيب الأطراف معكوس: فالقابس يحتوي على الأطراف (ذكر)، بينما تحتوي السيارة على المقابس (أنثى)، وهو عكس معيار النوع 2.

11.2 اختلافات التواصل

تعتمد آلية الإشارة في نظام GB/T AC على نفس مبدأ تعديل عرض النبضة (PWM) المستخدم في النوعين 1 و2. مع ذلك، تختلف قيم المقاومات الدقيقة لوصلتي PP وCP اختلافًا طفيفًا. هذا يعني أن سيارة أوروبية من النوع 2 لا يمكنها استخدام شاحن GB/T صيني (أو العكس) دون محول خاص لا يقتصر دوره على تغيير الأطراف المادية فحسب، بل يتضمن أيضًا دائرة لتحويل الإشارة.

11.3 تأثير السوق

يُبرز اختلاف معيار GB/T العوامل الجيوسياسية والاقتصادية التي تؤثر على التقييس التقني. فمن خلال وضع معيارها الخاص، ضمنت الصين وجود بيئة محمية لمصنعيها المحليين، مع الاستفادة في الوقت نفسه من الدروس التقنية المستفادة من معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC).

12. الاختبار والشهادات وضمان الجودة: UL وCE وما بعدهما

قبل بيع جهاز شحن المركبات الكهربائية، يجب أن يخضع لاختبارات صارمة للتأكد من أنه لن يصعق المستخدم بالكهرباء أو يتسبب في نشوب حريق.

12.1 UL 2594 و UL 2231 (أمريكا الشمالية)

في أمريكا الشمالية، تحدد مختبرات أندررايترز (UL) معايير أجهزة شحن المركبات الكهربائية. يغطي معيار UL 2594 البنية الأساسية وسلامة محطة الشحن، بينما يركز معيار UL 2231 على أنظمة حماية الأفراد (وظائف قاطع التيار المتبقي/قاطع التيار الأرضي). ومن المتطلبات الأساسية للحصول على شهادة UL "مقاومة الصدمات"، حيث يجب أن يكون الشاحن قادرًا على تحمل الصدمات الثقيلة دون تعريض أجزائه الموصلة للتيار الكهربائي للخطر.

12.2 CE و IEC 61851 (أوروبا/العالمي)

في أوروبا، تشير علامة CE إلى الامتثال لتوجيه الجهد المنخفض وتوجيه التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). المعيار التقني الأساسي هوIEC 61851يشمل الاختبار ما يلي:

• قوة العزل الكهربائي:ضمان قدرة العزل على تحمل ارتفاعات الجهد العالية.
• ارتفاع درجة الحرارة:تشغيل الشاحن بأقصى تيار لعدة ساعات لضمان عدم ارتفاع درجة حرارته.
• المرونة البيئية:اختبارات رش الملح للمناطق الساحلية واختبارات دخول الغبار للمناطق القاحلة.

12.3 أهمية اختبار قابلية التشغيل البيني

وبعيدًا عن السلامة، هناك تحدي يتمثل فيقابلية التشغيل البينيلا تعمل كل سيارة بشكل مثالي مع كل شاحن. تقوم مجموعات مثل CharIN (مبادرة واجهة الشحن) بإجراء "اختبارات" حيث يحضر المصنّعون سياراتهم وشواحنهم للتحقق من أن بروتوكولات المصافحة والاتصال تعمل بسلاسة عبر مختلف العلامات التجارية.

(نهاية الجزء الثالث. مواصلة توسيع التفاصيل التقنية حول المقابس الذكية والتوحيد القياسي المستقبلي.)

13. تحليل المكونات المتقدمة: الهندسة الداخلية لجهاز استقبال صوتي حديث مثبت على الحائط

لفهم الفرق بين أنظمة النوع الأول والنوع الثاني بدقة، يجب النظر داخل "صندوق الحائط" نفسه. فجهاز شحن المركبات الكهربائية ليس مجرد سلك تمديد كهربائي متطور، بل هو جهاز كمبيوتر متطور لإدارة الطاقة.

13.1 وحدة التحكم الرئيسية (MCU)

عادةً ما يكون المعالج الدقيق 32 بت (مثل معالجات ARM Cortex-M) هو بمثابة العقل المدبر لجهاز شحن المركبات الكهربائية. تتولى هذه الشريحة توليد إشارة CP بتردد 1 كيلوهرتز، ومراقبة مقاومة PP، وتشغيل منطق الأمان. في أجهزة الشحن الذكية، يدير هذا المعالج الدقيق أيضًا بروتوكولات Wi-Fi أو Ethernet، ويتواصل مع تطبيق المستخدم على الهاتف المحمول عبر بروتوكولات MQTT أو HTTP.

13.2 استشعار التيار: تأثير هول مقابل التوصيل الجانبي

يستخدم جهاز شحن المركبات الكهربائية (EVSE) مستشعرات التيار لمراقبة الطاقة المُوَصَّلة والكشف عن حالات التيار الزائد.

• مستشعرات تأثير هول:تقيس هذه الأجهزة المجال المغناطيسي الناتج عن التيار. وهي توفر عزلاً كهربائياً وتُعد مثالية لتطبيقات التيار العالي.
• المقاومات التحويلية:تقيس هذه الأجهزة انخفاض الجهد عبر مقاومة معلومة. ورغم دقتها العالية، إلا أنها تتطلب دوائر عزل أكثر تعقيداً.

في أجهزة الشحن ثلاثية الطور من النوع 2، يجب على وحدة التحكم الدقيقة مراقبة ثلاثة مسارات تيار منفصلة في وقت واحد لضمان توازن الطور واكتشاف ما إذا كان أحد الأطوار قد فشل.

13.3 مصدر الطاقة المساعد

تتطلب الإلكترونيات الداخلية (وحدة التحكم الدقيقة، ووحدة الواي فاي، والشاشة، وملفات التوصيل) مصدر طاقة تيار مستمر منخفض الجهد (عادةً 12 فولت أو 5 فولت). في نظام ثلاثي الأطوار من النوع الثاني، غالبًا ما يُصمم مصدر الطاقة الاحتياطي ليعمل حتى في حال وجود طور واحد فقط، مما يسمح للشاحن بالبقاء متصلًا بالشبكة وإبلاغ المستخدم بخطأ فقدان الطور.

14. المقابس الذكية والربط البيني الموحد: مستقبل الشحن المحمول

في حين أن صناديق الحائط الثابتة هي المعيار الذهبي، يعتمد العديد من مالكي السيارات الكهربائية على أجهزة الشحن المحمولة (والتي تسمى غالبًا "كابلات الجدة" أو "IC-CPD" - أجهزة التحكم والحماية داخل الكابل).

14.1 المخاطر التقنية للمقابس المنزلية

يُعدّ شحن السيارة الكهربائية من مقبس كهربائي منزلي عادي (NEMA 5-15 في الولايات المتحدة أو Schuko في أوروبا) أمرًا صعبًا من الناحية التقنية. فهذه المقابس لم تُصمّم لتوفير تيار كهربائي يتراوح بين 10 و16 أمبير بشكل مستمر لمدة 12 ساعة.

• الهروب الحراري:بمرور الوقت، يمكن أن يضعف التوتر في نقاط التلامس المعدنية للمقبس، مما يؤدي إلى مقاومة عالية وحرارة شديدة.
• المقابس الذكية في خدمة الإنقاذ:تتميز أجهزة الشحن المحمولة عالية الجودة الآن بمستشعرات حرارة مدمجة مباشرة في مقبس الحائط المنزلي. إذا بدأ المقبس في السخونة الزائدة، فإن وحدة التحكم الإلكترونية (IC-CPD) سترسل إشارة إلى السيارة لتقليل سحب التيار، مما يمنع انصهار المقبس.

14.2 الشاحن المحمول "العالمي"

في منظومة النوع الثاني، يبرز اتجاه جديد يتمثل في الشواحن المحمولة المعيارية (مثل Juice Booster أو Tesla Mobile Connector). تستخدم هذه الأجهزة مجموعة من المحولات القابلة للتبديل. يتعرف الجهاز على المحول المتصل (باستخدام نظام مقاومات مشابه لدبوس PP) ويضبط تلقائيًا الحد الأقصى لتيار الشحن. يوفر هذا حلاً "عالميًا" للشحن يعمل في مختلف البلدان وأنواع المقابس مع الحفاظ على أمان صندوق الحائط الثابت.

15. الانتقال في أمريكا الشمالية: من النوع 1 (J1772) إلى NACS (SAE J3400)

يحدث تحول كبير حاليًا في سوق أمريكا الشمالية مما يعقد المقارنة بين النوع 1 والنوع 2: اعتماد معيار الشحن في أمريكا الشمالية (NACS)، الذي ابتكرته شركة تسلا وتم توحيده الآن تحت اسم SAE J3400.

15.1 نظرة عامة فنية على نظام NACS

على عكس النوعين 1 و2 اللذين يحتويان على دبابيس منفصلة للشحن بالتيار المتردد والتيار المستمر، يستخدم موصل NACS نفس الدبوسين الرئيسيين لكليهما. إنه تصميم أنيق وصغير الحجم يدعم كلاً من التيار المتردد أحادي الطور والتيار المستمر عالي السرعة.

15.2 تقارب البروتوكولات

والأهم من ذلك، أنه على الرغم من اختلاف موصل NACS المادي، إلا أنه يستخدمنفس بروتوكولات الاتصالوفقًا للمعايير التي ناقشناها. يستخدم هذا النظام إشارة J1772 PWM للشحن بالتيار المتردد، بينما يستخدم اتصال ISO 15118 PLC للشحن بالتيار المستمر. هذا يعني أنه باستخدام محول بسيط، يمكن لسيارة من النوع 1 الشحن في محطة NACS AC، والعكس صحيح. يُبرز هذا التحول توجهًا نحو تصميم أكثر صغرًا دون التضحية بمنطق الإشارة الموحد الذي يضمن التوافق العالمي.

16. تأثير تصميم الشاحن المدمج (OBC) على أداء الشحن بالتيار المتردد

لا يمثل الموصل وصندوق الحائط سوى نصف القصة. فالشاحن المدمج في السيارة هو الذي يحدد سرعة الشحن في نهاية المطاف.

16.1 مقارنة بين نظام التحكم الإلكتروني أحادي الطور ونظام التحكم الإلكتروني ثلاثي الطور

تحتوي العديد من السيارات الكهربائية الأساسية (والسيارات الهجينة القابلة للشحن) على نظام شحن داخلي أحادي الطور فقط، حتى في أسواق الفئة الثانية. عند توصيل سيارة مزودة بنظام شحن داخلي أحادي الطور بقدرة 7 كيلوواط بشاحن ثلاثي الأطوار بقدرة 22 كيلوواط من الفئة الثانية، فإنها ستسحب 7 كيلوواط فقط من أحد الأطوار الثلاثة المتاحة. وهذا ما يسبب حيرة شائعة لدى المستهلكين.

16.2 تصميمات وحدات التحكم في المركبات المعيارية

تستخدم بعض الشركات المصنعة (مثل تسلا ورينو) وحدات شحن داخلية معيارية. في سوق من النوع الثاني، قد تحتوي السيارة على ثلاث وحدات شحن متطابقة بقدرة 3.7 كيلوواط. عند توصيلها بمصدر طاقة ثلاثي الأطوار، تتولى كل وحدة شحن طورًا واحدًا، بإجمالي 11 كيلوواط. عند توصيلها بشاحن أحادي الطور من النوع الأول (في الولايات المتحدة)، يمكن للسيارة توصيل هذه الوحدات بالتوازي لسحب ما يصل إلى 11 كيلوواط من طور واحد عالي التيار. تُعد هذه المعيارية إنجازًا هندسيًا رائعًا في مجال إلكترونيات الطاقة، إذ تسمح ببيع نفس منصة السيارة عالميًا مع الحد الأدنى من التغييرات في بنيتها عالية الجهد.

17. دور البرمجيات: بروتوكول OCPP وإدارة الأحمال السحابية

مع انتقالنا نحو آلاف أجهزة الشحن المتصلة بنفس الشبكة، يصبح البرمجيات بنفس أهمية النحاس والسيليكون.

17.1 بروتوكول نقطة الشحن المفتوحة (OCPP)

بروتوكول OCPP هو لغة قياسية في هذا المجال تُستخدم بين محطة شحن المركبات الكهربائية ونظام الإدارة المركزي. وهو يتيح ما يلي:

• التشخيص عن بعد:يستطيع الفني إعادة تشغيل الشاحن أو تحديث برمجياته الثابتة من على بعد آلاف الأميال.
• موازنة الأحمال الديناميكية:في مبنى سكني به 20 شاحنًا ولكن بمصدر طاقة 100 أمبير فقط، يمكن لنظام إدارة الشحن (CMS) استخدام بروتوكول OCPP لإخبار كل شاحن بمقدار التيار الذي يمكنه توفيره في الوقت الفعلي، مما يضمن عدم تعطل قاطع الدائرة الرئيسي للمبنى مع زيادة إجمالي الطاقة المقدمة لجميع السيارات إلى أقصى حد.

17.2 تجربة المستخدم (UX) و"اقتصاد التطبيقات"

بالنسبة للمستهلك، غالبًا ما يختفي الفرق بين النوع الأول والنوع الثاني خلف تطبيق الهاتف الذكي. ومع ذلك، تظل المتانة التقنية للاتصال - سرعة إتمام عملية المصافحة، وموثوقية إعادة اتصال شبكة الواي فاي بعد انقطاع التيار الكهربائي - أساسًا لتجربة مستخدم إيجابية.

18. الخلاصة: التعامل مع تعقيدات عالم الشحن الهجين

إن الفرق بين شواحن السيارات الكهربائية من النوع الأول والنوع الثاني يتجاوز مجرد عدد الدبابيس أو شكل البلاستيك، فهو يعكس فلسفتين مختلفتين للبنية التحتية الكهربائية.

• النوع 1 (J1772)يُعدّ هذا الحلّ حلاً قوياً وعالي التيار، مُصمّماً خصيصاً لشبكة الكهرباء أحادية الطور 120 فولت/240 فولت، وهي الشبكة السائدة في أمريكا الشمالية واليابان. يتميّز بتصميمه البسيط ذي الخمسة أطراف - طرفان للطاقة، وطرف أرضي، وطرفان للإشارة - مما يضمن شحناً موثوقاً من المستوى الثاني بقدرة تصل إلى 80 أمبير (19.2 كيلوواط) على دائرة كهربائية بجهد 240 فولت. صُمّم هذا الحلّ خصيصاً لعالمٍ تُجرى فيه معظم عمليات الشحن في المنزل أو العمل، على مدار ساعات، حيث تُعتبر البساطة والتكلفة المنخفضة من أهمّ العوامل المؤثرة في التصميم الهندسي.
• النوع 2 (IEC 62196-2)هي منصة سباعية الأطراف مصممة لشبكة الكهرباء ثلاثية الأطوار 400 فولت في أوروبا ومعظم أنحاء آسيا. تحتوي على طرفي إشارة، بالإضافة إلى أطراف طاقة ثلاثية الأطوار، مما يتيح شحن التيار المتردد بقدرة تصل إلى 43 كيلوواط (أو 22 كيلوواط في معظم التطبيقات العملية)، ويدعم كثافة الطاقة العالية التي تتطلبها البنية التحتية السكنية والتجارية في أوروبا. كما تمتد مرونتها لتشمل التيار المستمر: إذ تدعم عائلة موصلات النوع 2 مدخل CCS2 المدمج، بينما انبثق تصميم CCS1 من تصميم J1772 الخاص بالنوع 1.
• الخلاصة:لا يُعد أيٌّ من المعيارين "أفضل" بشكلٍ مطلق، فكلٌّ منهما يُمثّل استجابةً هندسيةً دقيقةً لشبكة الكهرباء المحلية. يُعدّ النوع الأول الخيار الأمثل من حيث التكلفة والمتانة للمناطق أحادية الطور، بينما يُمثّل النوع الثاني منصةً عالية الطاقة وقابلةً للتكيّف مع المستقبل للمناطق ثلاثية الطور. لا تكمن المشكلة في الموصل، بل في الأجهزة التي ترفض التكيّف: فالشواحن والمركبات الكهربائية التي تدعم معيارًا واحدًا فقط تحرم مالكيها من الوصول إلى شبكة التجوال العالمية المتنامية.

الطريق إلى الأمام

بالنسبة للمصنّعين والمشغلين، يكمن الحل العملي في استخدام أجهزة متعددة المعايير. تتيح شواحن التيار المستمر ثنائية المعيار (CCS1 + CCS2، CCS + CHAdeMO، وبشكل متزايد NACS) لمنتج واحد خدمة جميع المناطق، بينما تعمل أنظمة المحولات على توسيع نطاق المركبات القديمة. أما بالنسبة للمستهلكين، فالأمر أبسط: اختيار المركبات والشواحن التي تدعم معايير الشبكات التي ستستخدمونها فعليًا، وتوقع أن يُسهّل تقارب الصناعة نحو NACS في أمريكا الشمالية وCCS2 في أوروبا عملية التوافق مع مرور كل عام.

ملاحظة حول شهادة السلامة

خلف شكل القابس تكمن طبقة هندسية لا يراها المستهلكون، لكن يجب على كل فني تركيب الالتزام بها: وهي الشهادات. تحمل أجهزة النوع الأول شهادات UL 2594 / UL 2594-1 وCSA في أمريكا الشمالية، بينما يجب أن تستوفي أجهزة النوع الثاني معيار IEC 61851-1، وبالنسبة للتركيبات التجارية، شهادة مكونات IEC 62196-2 في أوروبا. تحدد علامة CE وUKCA، بالإضافة إلى الامتثال المتزايد لقوانين الشبكة المحلية (مثل VDE-AR-N 4100 في ألمانيا)، ما إذا كان من الممكن توصيل الشاحن بالشبكة بشكل قانوني. يجب على مشغلي الشبكات الذين يشترون أجهزة لمناطق متعددة طلب شهادات تتوافق مع كل منطقة تركيب - وهو شرط يصب في مصلحة الشركات المصنعة التي تختبر وتعتمد كل نسخة إقليمية بدلاً من إعادة تسمية تصميم واحد.

أهم النقاط

• يعكس النوع 1 (J1772) البنية التحتية أحادية الطور في أمريكا الشمالية؛ ويعكس النوع 2 (IEC 62196-2) البنية التحتية ثلاثية الطور في أوروبا.
• يعتمد كل من تصميم النوع 1 ذو الخمسة دبابيس والنوع 2 ذو السبعة دبابيس على نفس منطق الإشارة CP/PP، لذلك فإن "اللغة" الكهربائية مشتركة حتى عندما تختلف الهندسة.
• تتيح قدرة النوع 2 على العمل بثلاثة أطوار طاقة تيار متردد أعلى بكثير، بينما تحافظ بساطة النوع 1 على انخفاض التكلفة والتعقيد.
• إن إدارة الشبكة القائمة على بروتوكول OCPP والأجهزة متعددة المعايير تجعل عالم الشحن الهجين قابلاً للإدارة بالنسبة للمشغلين وسلساً بالنسبة للسائقين.

تُصنّع شركة MIDA Power شواحن لعالم هجين: أنظمة التيار المتردد والتيار المستمر، وخيارات موصلات CCS1/CCS2/CHAdeMO/NACS، وبرمجيات شبكة متوافقة مع بروتوكول OCPP لإدارة أي مزيج من المعايير من لوحة تحكم واحدة. تواصل مع فريقنا للحصول على إرشادات التوافق والمواصفات الفنية وعرض أسعار مُصمّم خصيصًا لبنية منطقتك التحتية.