الاتجاهات في قدرات شحن السيارات الكهربائية

قد يبدو نمو سوق السيارات الكهربائية أمرًا حتميًا: فالتركيز على خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، والمناخ السياسي الراهن، والاستثمارات الحكومية وقطاع صناعة السيارات، والسعي المستمر نحو مجتمع يعتمد كليًا على الكهرباء، كلها عوامل تشير إلى ازدهار سوق السيارات الكهربائية. إلا أن طول فترات الشحن ونقص البنية التحتية للشحن حالا دون انتشارها على نطاق واسع بين المستهلكين. وتعالج التطورات في تكنولوجيا شحن السيارات الكهربائية هذه التحديات، مما يتيح شحنًا آمنًا وسريعًا في المنزل وعلى الطريق. وتتزايد مكونات الشحن والبنية التحتية لتلبية احتياجات سوق السيارات الكهربائية سريع النمو، مما يمهد الطريق لنمو هائل في قطاع النقل الكهربائي.

القوى الدافعة وراء سوق السيارات الكهربائية

يشهد الاستثمار في المركبات الكهربائية نموًا مستمرًا منذ عدة سنوات، إلا أن قطاعات مختلفة من المجتمع أكدت على تزايد الاهتمام والطلب عليها. وقد أبرز التركيز المتزايد على حلول المناخ أهمية المركبات الكهربائية، إذ أصبحت قدرتها على خفض انبعاثات الكربون من محركات الاحتراق الداخلي والاستثمار في وسائل النقل التي تعمل بالطاقة النظيفة هدفًا واسع الانتشار للحكومات والقطاع الصناعي على حد سواء. كما أن هذا التركيز على النمو المستدام والحفاظ على الموارد الطبيعية يدفع التكنولوجيا نحو مجتمع كهربائي بالكامل، عالم يتمتع بطاقة غير محدودة تعتمد على موارد متجددة دون انبعاثات ضارة.
تنعكس هذه العوامل البيئية والتكنولوجية في أولويات التنظيم والاستثمار الفيدراليين، لا سيما في ضوء قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف لعام 2021، الذي خصص 7.5 مليار دولار للبنية التحتية للسيارات الكهربائية على المستوى الفيدرالي، و2.5 مليار دولار لمنح البنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية وإعادة تزويدها بالوقود، و5 مليارات دولار للبرنامج الوطني لشحن السيارات الكهربائية. كما تسعى إدارة بايدن إلى تحقيق هدف بناء وتركيب 500 ألف محطة شحن بالتيار المستمر في جميع أنحاء البلاد.

يمكن ملاحظة هذا التوجه أيضًا على مستوى الولايات. تسعى ولايات، بما في ذلك كاليفورنيا وماساتشوستس ونيوجيرسي، إلى سنّ تشريعات لتبني المركبات الكهربائية بالكامل. كما تُؤثّر الإعفاءات الضريبية، وحركة "كهربة أمريكا"، والحوافز، واللوائح التنظيمية، على المستهلكين والمصنعين على حد سواء لتبني حركة المركبات الكهربائية.

انضمت شركات صناعة السيارات إلى التوجه نحو السيارات الكهربائية. وتُطلق شركات صناعة السيارات العريقة، مثل جنرال موتورز وفورد وفولكس فاجن وبي إم دبليو وأودي، باستمرار طرازات جديدة من السيارات الكهربائية. وبحلول نهاية عام 2022، من المتوقع أن يتوفر في السوق أكثر من 80 طرازًا من السيارات الكهربائية والهجينة القابلة للشحن. كما يشهد السوق عددًا متزايدًا من شركات تصنيع السيارات الكهربائية الجديدة، بما في ذلك تسلا ولوسيد ونيكولا وريفيان.

تستعد شركات المرافق أيضًا لمجتمع يعتمد كليًا على الكهرباء. من الضروري أن تكون هذه الشركات سباقة في مجال الكهرباء لتلبية الطلب المتزايد، وستكون هناك حاجة إلى بنية تحتية أساسية، بما في ذلك شبكات الكهرباء الصغيرة، على طول الطرق السريعة لاستيعاب محطات شحن الطاقة. كما تكتسب تقنية الاتصال بين المركبات والشبكة زخمًا متزايدًا على الطرق السريعة.

عوائق النمو

في حين يتزايد الزخم لاعتماد المركبات الكهربائية على نطاق واسع، من المتوقع أن تُعيق التحديات هذا النمو. وبينما ستشجع الحوافز المستهلكين أو أساطيل النقل على التحول إلى المركبات الكهربائية، إلا أنها قد تأتي بفائدة - فقد يكون هناك توجه نحو تمكين المركبات الكهربائية من التواصل مع البنية التحتية لتتبع المسافات المقطوعة، مما يتطلب ابتكارات تكنولوجية وبنية تحتية للاتصالات الخارجية.

من أكبر العوائق أمام تبني السيارات الكهربائية على مستوى المستهلك وجود بنية تحتية موثوقة وفعالة للشحن. يُقدر أنه بحلول عام 2030، ستكون هناك حاجة إلى 9.6 مليون منفذ شحن لمواكبة النمو المتوقع لسوق السيارات الكهربائية. ستكون حوالي 80% من هذه المنافذ شواحن منزلية، وحوالي 20% شواحن عامة أو شواحن في أماكن العمل. يتردد المستهلكون حاليًا في شراء سيارة كهربائية بسبب قلقهم من مدى السيارة - أي القلق من عدم قدرة سيارتهم على قطع مسافة طويلة دون الحاجة إلى إعادة شحنها، ومن عدم توفر محطات الشحن أو فعاليتها عند الحاجة.

يجب أن تكون محطات الشحن العامة أو المشتركة، على وجه الخصوص، قادرة على توفير شحن سريع شبه مستمر على مدار الساعة. يحتاج السائق الذي يتوقف عند محطة شحن على طريق سريع على الأرجح إلى شحن سريع وعالي الطاقة. ستتمكن أنظمة الشحن عالية الطاقة من تزويد المركبات ببطارية شبه مشحونة بالكامل بعد بضع دقائق فقط من الشحن.

تتطلب الشواحن عالية السرعة اعتبارات تصميمية محددة لضمان موثوقية تشغيلها. وتُعدّ قدرات التبريد السائل ضرورية للحفاظ على درجة حرارة مثالية لأطراف الشحن وإطالة مدة شحن السيارة بتيارات أعلى. في مناطق الشحن المزدحمة بالسيارات، يُسهم الحفاظ على تبريد أطراف التلامس في توفير شحن عالي الطاقة بكفاءة واستمرارية وموثوقية عالية، لتلبية الطلب المتزايد على الشحن من المستهلكين.

اعتبارات تصميم الشاحن عالي الطاقة

تُصنع شواحن السيارات الكهربائية بشكل متزايد مع التركيز على تحسين المتانة وقدرات الشحن عالية الطاقة لتلبية احتياجات سائقي السيارات الكهربائية والتغلب على قلق المسافة المقطوعة. يُتاح شاحن سيارات كهربائية عالي الطاقة بقوة 500 أمبير بفضل نظام التبريد والمراقبة السائل - يتميز حامل التلامس في موصل الشحن بالتوصيل الحراري، ويعمل أيضًا كمشتت حراري حيث يبدد سائل التبريد الحرارة عبر قنوات تبريد مدمجة. تحتوي هذه الشواحن على مجموعة متنوعة من المستشعرات، بما في ذلك مستشعرات تسرب سائل التبريد ومراقبة دقيقة لدرجة الحرارة عند كل نقطة تلامس للطاقة لضمان عدم تجاوز دبابيس التوصيل 90 درجة مئوية. في حال الوصول إلى هذه العتبة، يُقلل جهاز التحكم في الشحن في محطة الشحن من خرج الطاقة للحفاظ على درجة حرارة مقبولة.

يجب أن تكون شواحن السيارات الكهربائية قادرة على تحمل التآكل والتلف، وأن تخضع للصيانة بسهولة. صُممت مقابض شحن السيارات الكهربائية لتحمل التآكل والتلف، لذا فإن الاستخدام الخشن الذي يؤثر على سطح التوصيل أمر لا مفر منه. وبشكل متزايد، تُصمم الشواحن بمكونات معيارية، مما يتيح استبدال سطح التوصيل بسهولة.
يُعدّ تنظيم الكابلات في محطات الشحن عاملاً مهماً أيضاً لضمان طول العمر والموثوقية. تحتوي كابلات الشحن عالية الطاقة على أسلاك نحاسية، وخطوط تبريد سائل، وكابلات أنشطة، ومع ذلك يجب أن تتحمل السحب أو القيادة فوقها. ومن الاعتبارات الأخرى وجود مزاليج قابلة للقفل، مما يسمح للسائق بمغادرة مركبته (تصميم واجهة التوصيل مع رسم توضيحي لتدفق سائل التبريد) وهي تشحن في محطة عامة دون القلق من احتمال فصل الكابل.