مع انتشار المركبات الكهربائية، أصبحت تقنية الشحن أحد العناصر الأساسية لتعزيز تطوير النقل الكهربائي. ومن بينها معيار الشحن CCS (نظام الشحن المشترك)، باعتباره معيار شحن عالمي، والذي يستخدم على نطاق واسع في نظام الشحن السريع للمركبات الكهربائية في الأسواق الأوروبية والأمريكية. ومع دخول الشركات الصينية تدريجيًا إلى الأسواق الأوروبية والأمريكية، اجتذب معيار الشحن CCS تدريجيًا انتباه المزيد من المهندسين.
ستناقش هذه المقالة المبادئ الأساسية والخصائص ومعايير اختبار الاتساق ذات الصلة بمعيار شحن CCS بطريقة سهلة الفهم.
تاريخ تطوير وتصميم واجهة معيار الشحن CCS:
يعود تاريخ معيار شحن CCS إلى عام 2011. في ذلك الوقت، ظهرت معايير شحن مختلفة في أسواق المركبات الكهربائية في أوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا، مما جلب مشاكل التوافق وسهولة الشحن إلى تطوير المركبات الكهربائية في جميع أنحاء العالم. لحل هذه المشكلة، اقترحت جمعية مصنعي السيارات الأوروبية (ACEA) اقتراح معيار شحن CCS، والذي يهدف إلى دمج الشحن بالتيار المتردد والتيار المستمر في نظام موحد. تم تصميم الواجهة المادية للموصل كمقبس مشترك مع واجهات تيار متردد وتيار مستمر متكاملة، والتي يمكن أن تكون متوافقة مع 3 أوضاع شحن: شحن تيار متردد أحادي الطور، وشحن تيار متردد ثلاثي الطور وشحن تيار مستمر. يمكن أن يوفر خيارات شحن أكثر مرونة للمركبات الكهربائية. تم إصدار معيار CCS Combo 1.0 رسميًا في عام 2012.
في عام 2014، تم إصدار CCS Combo 2.0، وهو ترقية مهمة للإصدار السابق، مما أدى إلى تحسين قوة الشحن بشكل أكبر ودعم الشحن السريع للتيار المستمر. كما تم اعتماد هذا الإصدار من معيار CCS على نطاق واسع في الأسواق الأوروبية والأمريكية الشمالية. ومنذ ذلك الحين، تم تكرار معيار CCS مرتين (CCS Combo 2.0.1 وCCS Combo 2.0.2) في عامي 2017 و2020، مما أدى إلى تحسين قوة الشحن بشكل أكبر وتحسين السلامة.
لأسباب تاريخية، يتضمن CCS تصميمين للمقابس المادية. الجانب الأيسر من الصورة أعلاه هو قابس CCS من النوع 2 (CCS2 للاختصار)، والذي يستخدم بشكل أساسي في السوق الأوروبية. الجانب الأيمن هو قابس CCS من النوع 1 (CCS1 للاختصار)، والذي يستخدم بشكل أساسي في السوق الأمريكية الشمالية، بما في ذلك الولايات المتحدة وكندا. الحرف الأول C في CCS يرمز إلى Combined (مُدمج). يُطلق عليه "مُدمج" لأن منفذ الشحن يدمج جزء التيار المتردد (الجزء العلوي) وجزء التيار المستمر (الجزء السفلي). يتم استخدام الجزء العلوي فقط من الواجهة أثناء شحن التيار المتردد، ويتم استخدام واجهة التيار المستمر السفلية لنقل الطاقة أثناء شحن التيار المستمر، ويتم استخدام بعض دبابيس القابس العلوي للاتصال. تجدر الإشارة إلى أنه على عكس اتصال CAN المستخدم في شحن التيار المستمر القياسي الوطني، يتم تحقيق الاتصال بين السيارة الكهربائية (EV) وعمود الشحن (EVSE) في شحن التيار المتردد والتيار المستمر CCS من خلال واجهة Control Pilot (CP). الدبابيس المتعلقة بالتحكم في الشحن هي:
CP - طيار التحكم:
ينقل إشارات PWM للتحكم في شحن التيار المتردد وإشارات التعديل استنادًا إلى اتصالات خطوط الطاقة (PLC) لإنشاء اتصال عالي المستوى في شحن التيار المتردد أو المستمر.
PP - طيار القرب:
يوجد مقاومة محددة مسبقًا بين هذا الدبوس وPE، مما يسمح لـ EV بالتعرف على أن رأس مسدس الشحن متصل والقدرة القصوى لحمل التيار للكابل.
PE - حماية الأرض:
يتم استخدامه لحماية تأريض المركبات الكهربائية ويعمل أيضًا كأرضية مرجعية لـ CP و PP.
المعايير الدولية المتعلقة باحتجاز الكربون وتخزينه:
المعايير المتعلقة بالشحن كبيرة ومعقدة. ونظرًا لقيود المساحة، ستشرح هذه المقالة بإيجاز العديد من المعايير المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بشحن CCS AC وDC.
اللجنة الكهروتقنية الدولية 61851-1
سلسلة معايير IEC 61851 هي أقدم معيار دولي لنظام الشحن تم تطويره بواسطة منظمة IEC، ويمكن اعتبارها حجر الأساس لمعايير الشحن. لها أهمية مرجعية مهمة لصياغة معايير نظام الشحن في البلدان الأخرى أو صياغة معايير الشحن اللاحقة مثل DIN70121 أو ISO15118.
تحدد IEC61851-1 المتطلبات العامة لنظام الشحن، وخاصة مواصفات الشحن بالتيار المتردد. بما في ذلك معيار الشحن بالتيار المتردد GB/T18487.1-2015 في بلدي، كما أنها تعتمد على نفس طريقة التوجيه للتحكم.
بعبارات بسيطة، فإن توجيه التحكم في شحن التيار المتردد هو تحقيق تغيير في جهد نقطة الكشف على خط CP عن طريق توصيل رأس مسدس الشحن والتحكم في فتح وإغلاق مفتاح S2 على نهاية السيارة، وذلك لتحقيق التعرف على حالة الشحن والتبديل بين السيارة والكومة. بالإضافة إلى ذلك، تقوم كومة الشحن بإبلاغ السيارة بالتيار الأقصى الذي يمكن توفيره عن طريق توليد إشارات PWM بدورات عمل مختلفة.
نظرًا لأن استراتيجية الشحن الفعلية أثناء شحن التيار المتردد يتم تنفيذها بواسطة الشاحن الموجود على متن السيارة OBC. لذلك، لا يمكن تلبية متطلبات تفاعل المعلومات بين السيارة والكومة إلا من خلال تغيير جهد نقطة الكشف ودورة العمل. عندما يتعلق الأمر بالشحن بالتيار المستمر، نظرًا للزيادة الواضحة في الطلب على تفاعل المعلومات بين السيارة والكومة، لم تعد الإشارات التناظرية البسيطة قادرة على تلبية الاحتياجات. لذلك، يحدد IEC 61851-1 في الوضع 4 أن الاتصال عالي المستوى (HLC) يتم تحقيقه من خلال خط CP لنقل بروتوكول شحن التيار المستمر المحدد في IEC 61851-23.
يعتمد الاتصال الرقمي عالي المستوى في CCS على اتصال خطوط الطاقة (PLC) استنادًا إلى HomePlug GreenPHY كبروتوكول طبقة ارتباط البيانات. وبعبارات بسيطة، يتم توصيل إشارة التردد العالي المعدلة بـ OFDM بخط إشارة CP من خلال مودم مثبت على دائرة إشارة CP لعمود الشحن أو المركبة، ويتم فك تعديلها بواسطة المودم في الطرف الآخر. يتيح هذا معدل اتصال يصل إلى 10 ميجابت في الثانية دون إضافة دبابيس اتصال إضافية، مما يوفر قناة تفاعل معلومات عالية النطاق لتفاعل معلومات شحن التيار المستمر والوظائف المتقدمة مثل الشحن والتشغيل وحتى تفاعل المركبة مع الشبكة.
ستكون تقنية BPT (V2G) محور التطوير المستقبلي لسوق الشحن في أوروبا والولايات المتحدة. نظرًا لخصائص هيكل الطاقة في أوروبا والولايات المتحدة، أصبحت الطاقة الموزعة (DER) اتجاهًا تنمويًا مقبولًا ومعترفًا به على نطاق واسع. وباعتبارها وسيلة تخزين طاقة عالية الجودة بشكل طبيعي، يجب أن تشارك بطاريات المركبات الكهربائية في تنظيم الشبكات الذكية. لقد أزال إصدار المعايير الجديدة الحالية العوائق من الناحية الفنية من السيارة إلى كومة الشحن، ولكن من الكومة إلى منصة التشغيل إلى موزع الطاقة، لا تزال هناك العديد من مشاكل المعايير غير المتسقة.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لخصائص الاتصال الخاصة بـ CCS، استنادًا إلى التكنولوجيا الحالية، لا يمكن تحقيق نقل الطاقة ثنائي الاتجاه للتيار المستمر فحسب، بل يمكن أيضًا تحقيق AC V2G. لذلك، قد يصبح اختبار الاتساق المتعلق بتوصيل شبكة التيار المتردد أيضًا محورًا لأفراد البحث والتطوير في مجال المركبات ذات الطاقة الجديدة في المستقبل.