مقاومة التلامس لشحن المركبات الكهربائية

قد يبدو صندوق الشحن المنزلي وشاحن السيارات السريع على الطريق السريع متشابهين للوهلة الأولى - مجرد قابس في نهاية كابل أسود. لكن في الواقع، لكل منهما وظيفة مختلفة تمامًا. فموصل صندوق الشحن المنزلي بقدرة 7 كيلوواط تيار متردد يختلف تمامًا عن موصل محطة الشحن بقدرة 300 كيلوواط تيار مستمر. لا يقتصر الفرق بين الشحن بالتيار المتردد والتيار المستمر على الوقت اللازم لشحن البطارية فحسب، بل يحدد أيضًا موقع إلكترونيات الطاقة في النظام، ومقدار التيار المار عبر نقاط التلامس، ودرجة حرارة المكونات، وسمك وصلابة الكابل. إذا كنت بحاجة إلى تذكير بمعنى مستويات الشحن المختلفة في الحياة اليومية، فهذا نظرة عامة على مستويات شحن المركبات الكهربائيةتُعد نقطة انطلاق جيدة.  حيث يقع التيار المتردد والتيار المستمر بين الشبكة والبطاريةفي شاحن التيار المتردد، تُزوّد ​​الشبكة الكهربائية السيارة بالتيار المتردد، بينما تقوم السيارة بالعمليات الكهربائية المكثفة. يُزوّد ​​صندوق الحائط أو المقبس السيارة بالتيار المتردد، بينما يقوم الشاحن الداخلي (OBC) بتحويله إلى تيار مستمر للبطارية. وتُحدّد قدرة الشاحن الداخلي (OBC) الطاقة القصوى، والتي تتراوح عادةً بين 3.7 و22 كيلوواط للسيارات الخفيفة. في هذا التصميم، يتعرض الموصل والكابل لتيار معتدل وحرارة متوسطة، لأن الأجزاء الأكثر سخونة وتعقيدًا تقع داخل السيارة. في الشاحن السريع للتيار المستمر، ينتقل الجزء الأكبر من عملية الشحن خارج السيارة. يقوم الجهاز بتحويل التيار المتردد من الشبكة إلى تيار مستمر عالي الجهد، ثم يدفع هذا التيار عبر الموصل والكابل مباشرةً إلى ناقل البطارية. قد تصل الطاقة بسهولة إلى نطاق 50-400 كيلوواط أو أكثر، لذا فإن الموصلات الرئيسية تحمل تيارًا أعلى بكثير وتتعرض لفترات أطول بالقرب من حدودها الحرارية القصوى. من الناحية العملية: التيار المتردد يُبقي أصعب الأعمال داخل السيارة، بينما التيار المستمر يدفع هذا الضغط إلى القابس والكابل.  التيار المتردد مقابل التيار المستمرالتيار المتردد: الطاقة محدودة بواسطة كمبيوتر السيارة الداخلي، تيار أقل في الكابل، حمل حراري أقل عند الموصل.التيار المستمر: الطاقة محدودة بواسطة المحطة والبطارية، تيار عالي في الكابل، حرارة أكبر بكثير يجب إدارتها عند الموصل.يمكن أن تكون نفس المركبة سهلة الاستخدام مع قابس التيار المتردد، ولكنها تتطلب جهدًا كبيرًا مع موصل التيار المستمر السريع.  كيف يؤثر التيار المتردد والتيار المستمر على المكونات الداخلية للموصلاتلا يقتصر تأثير زيادة الجهد والتيار على تغيير التصنيف المذكور على الملصق فحسب، بل يجبر مصمم الموصل على اتخاذ خيارات مختلفة فيما يتعلق بالعزل، وهندسة التلامس، وتخطيط الدبابيس. مستويات الطاقة والعزل وتصميم التلامسعادةً ما تعمل أنظمة الشحن بالتيار المتردد الخفيفة بفولتيات التيار الكهربائي المألوفة. أما أنظمة الشحن السريع بالتيار المستمر فتعتمد على منصات بطاريات عالية الجهد مثل 400 فولت أو 800 فولت. ومع ارتفاع الجهد، يجب أن يوفر الموصل مساحة أكبر لاستيعاب هذه الفولتيات. تزداد مسافات الزحف والتخليص داخل الغلاف، وتحتاج مواد العزل إلى أداء أعلى، ويجب أن يتجنب التصميم الداخلي الحواف الحادة وتجمعات الأوساخ التي قد تُضعف العزل بمرور الوقت.يتغير الوضع الحالي بنفس القدر. ففي استخدام التيار المتردد في المنازل وأماكن العمل، تميل الموصلات إلى نقل عشرات الأمبيرات لكل طور. أما في موصل التيار المستمر السريع، فقد يُطلب من كل نقطة تلامس رئيسية التعامل مع عدة مئات من الأمبيرات. وهذا يدفع المصممين نحو استخدام أسطح تلامس أكبر على دبابيس طاقة التيار المستمر، والتحكم بشكل أدق في مقاومة التلامس. يجب أن تحافظ أنظمة الزنبرك والشفرات على قوة التلامس ثابتة على مدى آلاف دورات التوصيل، لأن أي زيادة طفيفة في المقاومة عند التيار العالي يمكن أن تتحول بسرعة إلى حرارة. عملياً، يركز مصممو الموصلات على ثلاثة أشياء:يؤدي الجهد الكهربائي إلى زيادة الزحف، والمسافة الفاصلة، ومواد العزل.تؤثر التيارات الكهربائية على مساحة التلامس وجودة الطلاء وتصميم الزنبرك.تحدد دورة التشغيل (عدد مرات الاستخدام) مقدار هامش الأمان المدمج في كل ما سبق. تخطيط ووظائف الدبابيسيجمع كل من موصلات التيار المتردد والتيار المستمر بين دبابيس الطاقة والإشارة، لكنهما يفعلان ذلك بنسب مختلفة.يحتوي موصل التيار المتردد للاستخدام المنزلي أو في مكان العمل عادةً على موصل واحد أو ثلاثة موصلات رئيسية، وموصل محايد، وموصل أرضي للحماية، ومجموعة صغيرة من دبابيس التحكم للإشارة التجريبية وكشف القرب. وهو يتمتع بقدر كافٍ من الذكاء لتحديد معايير الشحن الأساسية والتأكد من تثبيت القابس بشكل صحيح قبل تدفق التيار الكهربائي.لا يزال موصل التيار المستمر السريع مزودًا بتأريض وقائي، لكن التيار الرئيسي يمر الآن عبر دبابيس كبيرة موجبة وسالبة بدلاً من خطوط التغذية والحيادي. وتحيط بهذه الدبابيس الكبيرة مجموعة أكبر من نقاط التلامس منخفضة الجهد. لا تزال إشارات التوجيه والتقارب موجودة، ولكن غالبًا ما يضيف التيار المستمر عالي الطاقة خطوط اتصال، وفي العديد من التصاميم، مستشعرات حرارة مخصصة لمراقبة أكثر أجزاء الموصل سخونة. يُشاهدان جنبًا إلى جنب:تحتوي موصلات التيار المتردد على دبابيس طاقة متواضعة وزوج تحكم بسيط.تحمل موصلات التيار المستمر السريعة دبابيس طاقة كبيرة جدًا محاطة بمزيد من دبابيس الإشارة والاستشعار.مع زيادة الطاقة، يميل كل من حجم الدبابيس الرئيسية وعدد دبابيس الإشارة إلى النمو.  بنى الموصلات للتيار المتردد والتيار المستمرتحلّ المعايير المختلفة مسألة "التيار المتردد والتيار المستمر" باستراتيجيات ميكانيكية مختلفة. تستخدم مجموعة من الأنظمة موصلات التيار المتردد فقط. وهي المنافذ التي تراها في السيارات التي تستخدم التيار المتردد في المنزل والعمل ومحطات الشحن. تتميز هذه الأنظمة بهياكلها المدمجة، ومقابضها الخفيفة، وتصميمها الداخلي البسيط. وقد صُممت هذه الأنظمة لتوفير استخدام يومي مريح وعمر خدمة طويل مع استهلاك طاقة منخفض. تتخذ التصاميم المدمجة مسارًا مختلفًا. فهي تجمع بين منفذ تيار متردد ودبابيس طاقة تيار مستمر إضافية في مدخل واحد للسيارة، بحيث يقبل مقبس واحد في السيارة كلاً من مقابس التيار المتردد والتيار المستمر. هذا يقلل من عدد الفتحات التي يجب قطعها في هيكل السيارة، ويوفر للسائقين نقطة وصول واضحة عند توصيل الكابل. أما ثمن ذلك فهو مدخل أكبر وأكثر تعقيدًا، وتصميم حراري أكثر إحكامًا حول دبابيس التيار المستمر. تتجنب بعض التصاميم المعمارية استخدام المقابس المدمجة. تحافظ بعض المعايير على فصل التيار المتردد والتيار المستمر تمامًا، بحيث يمكن تحسين كل منهما لوظيفته الخاصة: تبقى مقابس التيار المتردد صغيرة وخفيفة، بينما يمكن أن تصبح مقابس التيار المستمر كبيرة ومتينة حسب الحاجة. في المقابل، تسعى عائلات الموصلات المدمجة الأحدث إلى عكس ذلك، حيث تحاول نقل كل من التيار المتردد والتيار المستمر عبر غلاف صغير واحد. يوفر ذلك المساحة ويبسط واجهة التوصيل، ولكنه يرفع مستوى إعادة استخدام الأطراف، وتصميم العزل، واستراتيجية التبريد.  الكابلات والحرارة: لماذا يبدو التيار المستمر ويشعر به بشكل مختلفحجم الموصل ووزنه وكيفية التعامل معهلا يتطلب نقل بضعة كيلوواط من التيار المتردد إلى سيارة خلال الليل استخدام أسلاك نحاسية ذات مقاطع عرضية ضخمة. يمكن أن تظل الموصلات متوسطة الحجم، مما يجعل الكابل خفيفًا بما يكفي لرفعه بسهولة ومرنًا بما يكفي للفّه بشكل أنيق في زاوية المرآب. نقل مئات الكيلوواط من التيار المستمر في توقف قصير يمثل مشكلة مختلفة. وللتحكم في الفقد المقاومي وارتفاع درجة الحرارة، تحتاج الموصلات إلى كمية أكبر بكثير من النحاس. زيادة النحاس تعني زيادة الكتلة، وهذه الكتلة تجعل الكابل أثقل وأكثر صلابة. تظهر هذه الصلابة الزائدة كلما حاول أحدهم ثني الكابل حول موقف سيارات ضيق أو فوق رصيف، كما يظهر الوزن الزائد عند نقاط تخفيف الإجهاد حيث يدخل الكابل في المقبض أو الخزانة. عملياً:طاقة تيار مستمر أعلى ← أسلاك نحاسية أكثر سمكًا ← كابل أثقل وأكثر صلابة.كابل أثقل ← حمل أكبر على مخففات الإجهاد والوصلات.يمكن ضبط كابلات التيار المتردد بما يتناسب مع مستوى الراحة؛ أما كابلات التيار المستمر فتبدأ من الحدود الحرارية وتعمل بشكل عكسي. صُممت كابلات الشحن بالتيار المتردد لتناسب الاستخدام اليومي. فهي مصممة بحيث يمكن حملها بيد واحدة، وتمريرها بين السيارات في الممرات الضيقة، ولفها بسهولة بعد اكتمال الشحن. أما كابلات الشحن السريع بالتيار المستمر، فتتطلب توازناً أدق. إذ يجب أن تتحمل تياراً عالياً جداً، ومع ذلك تتمتع بمرونة كافية تُمكّن السائقين من مختلف الأحجام والأطوال من وضع الموصل بسهولة دون عناء. يُختار نصف قطر الانحناء الأدنى لحماية الموصلات والعازل، مع مراعاة التوافق مع التصميمات الواقعية لمحطات الشحن.  غلاف خارجي، متانة، وكابلات مبردة بالسوائلتتعرض الكابلات في المواقع العامة لظروف قاسية. فأشعة الشمس والمطر والغبار وأوساخ الطرق أمور معتادة. إضافة إلى ذلك، تسقط الكابلات على الخرسانة، وتُسحب على حواف حادة، وأحيانًا تُضغط أو تُدهس بواسطة المركبات. ولتحمل هذا النوع من الاستخدام لسنوات، تُستخدم في كابلات التيار المستمر أغلفة خارجية أكثر سمكًا ومتانة. كما تُعزز نقاط تخفيف الإجهاد، وتُصمم النهايات لامتصاص الالتواء والشد دون نقل كل هذا الإجهاد مباشرة إلى الموصلات. تتعرض الكابلات المنزلية لظروف بيئية أقل قسوة، لكنها مع ذلك تحتاج إلى تحمل الاحتكاك والأوساخ وتغيرات درجات الحرارة الموسمية طوال عمر الشاحن. لذا، يمكن أن تميل أغلفة هذه الكابلات إلى التركيز على المرونة والمظهر الجمالي طالما أنها تتمتع بالمتانة الأساسية. في أعلى مستويات طاقة التيار المستمر، يصبح استخدام النحاس والاعتماد على التبريد الطبيعي غير عملي. إذ سيصبح الكابل سميكًا وثقيلًا لدرجة يصعب معها على المستخدمين تحريكه، وستصبح الدعامات الثابتة ضرورية في كل منفذ. تحل كابلات التيار المستمر المبردة بالسوائل هذه المشكلة بإضافة دائرة تبريد قريبة من موصلات الطاقة. يتدفق سائل التبريد بالقرب من الموصلات، ناقلًا الحرارة بعيدًا، مما يسمح لنفس القطر الخارجي بنقل تيار أكبر دون ارتفاع مفرط في درجة الحرارة. لكن هذا يتطلب جهدًا إضافيًا في التصميم: يجب أن يظل مسار سائل التبريد محكمًا وموثوقًا لسنوات عديدة، وقد يلزم اكتشاف التسريبات ومراقبتها، كما يجب توجيه الخراطيم وأجهزة الاستشعار بطريقة تحافظ على مرونة التجميع وسهولة استخدامه. ولهذا السبب يمكن أن يظل كابل التيار المتردد رفيعًا ومرنًا، بينما تميل كابلات التيار المستمر عالية الطاقة إلى أن تبدو أكثر سمكًا وأكثر طبقات، وفي بعض الحالات، تحمل واجهات تبريد مرئية.  كيفية اختيار الموصلات والكابلات لموقعكتختلف مواقع الشحن في معاييرها المتعلقة بالطاقة والراحة والمتانة والتكلفة. قد يُعتبر كل من صندوق الشحن المنزلي الصغير ومحطة الحافلات من "مشاريع شحن السيارات الكهربائية"، لكنهما يقعان في زوايا مختلفة تمامًا من حيث التصميم.طلبأولوية الطاقةالتعامل / الراحةالتركيز على المتانةالخصائص النموذجية للموصلات / الكابلاتمكيف هواء منزليمنخفض إلى متوسطمرتفع جداًعمر متوسط ​​وطويل في بيئة معتدلةمقابس صغيرة الحجم، وكابلات رفيعة ومرنةتكييف الهواء في الوجهة / مكان العملواسطةعاليمتوسط ​​إلى مرتفعهياكل أكثر متانة قليلاً، وردود فعل واضحة للمزلاجالشحن السريع للتيار المستمر العاممرتفع جداًواسطةتعرض شديد للإساءة في الهواء الطلقمقابس أكبر، وكابلات سميكة أو مبردة بالسوائل، ومتينةمستودعات الأسطول / ساحات التخزينمن مرتفع إلى مرتفع جداًواسطةمرتفع للغاية، العديد من الإضافات يوميًاموصلات متينة، وكابلات عالية التحمل، وسهولة الصيانةعادةً ما تُولي مواقع بيع مكيفات الهواء المنزلية أولوية منخفضة إلى متوسطة للطاقة نظرًا لطول فترة تشغيلها طوال الليل. وتُعدّ راحة الاستخدام بالغة الأهمية، بينما تُعنى المتانة بعمر المكيف لسنوات في بيئة معتدلة بدلاً من تحمّل الاستخدام القاسي والمستمر.  يمكن للسائقين الذين يختارون بين المستوى 1 والمستوى 2 في المنزل استخدام موقعنا الإلكتروني. دليل الشحن المنزلي من المستوى 1 مقابل المستوى 2لمعرفة كيف تبدو هذه الخيارات من الأجهزة في الاستخدام اليومي. ترتقي مكيفات الهواء في الوجهات وأماكن العمل بخطوة إلى مستوى أعلى: المزيد من المستخدمين، والمزيد من عمليات التوصيل، والمزيد من الطلب على الهياكل الصلبة والأقفال الموثوقة. تُعطي محطات الشحن السريع العامة بالتيار المستمر الأولوية القصوى للطاقة. ولا تزال سهولة الاستخدام مهمة، ولكنها محدودة بطبيعة الحال بالحجم والوزن. وتكتسب المتانة أهمية بالغة، لأن المعدات يجب أن تُستخدم في الهواء الطلق، وأن يستهلكها العديد من المستخدمين، وأن تتحمل سوء الاستخدام أحيانًا. وتقع مستودعات الأساطيل والساحات التجارية بين محطات الشحن السريع العامة ومواقع العمل. وتتراوح الطاقة من عالية إلى عالية جدًا، وقد يتم توصيل وفصل الموصلات عدة مرات يوميًا خلال نوبات عمل متعددة. لذا، فإن استقرار التوصيلات، والمتانة الميكانيكية، وسهولة الصيانة لا تقل أهمية عن الطاقة الرئيسية. للاطلاع على إطار عمل كامل حول كيفية دمج أساطيل المركبات لمستويات الشحن المختلفة عبر المستودعات والمنازل والمواقع العامة، راجع دليل حول مستوى شحن المركبات الكهربائية الذي تحتاجه أساطيل المركبات الكهربائية فعلاً. عادةً ما تشير ثلاثة أسئلة بسيطة إلى الصف الصحيح في الجدول:كم من الوقت تبقى كل مركبة متوقفة هنا؟كم مرة في اليوم يقوم الشخص بتوصيل وفصل الأجهزة الكهربائية؟ما مدى قسوة الظروف البيئية على الكابلات والموصلات على مدى عشر سنوات؟  وجهة نظر وركسبيريإن تطبيق هذه المبادئ في مشاريع حقيقية يعني التعامل مع اختيار الموصلات والكابلات كجزء لا يتجزأ من تصميم الطاقة والموقع، وليس كأمر ثانوي. فمستوى الشحن نفسه قد يتطلب أجهزة مختلفة تمامًا تبعًا للبيئة ودورة التشغيل. تُطوّر شركة Workersbee موصلات التيار المتردد وكابلات الشحن للاستخدام المنزلي، وفي أماكن العمل، والمستودعات، مع مراعاة سهولة الاستخدام اليومي والموثوقية على المدى الطويل وفقًا للمعايير الإقليمية. وينصبّ التركيز على الأداء المتوقع وتجربة استخدام ممتعة ضمن نطاقات طاقة التيار المتردد المعتادة. توفر شركة Workersbee خدمات الشحن السريع بالتيار المستمر العامة ومحطات الشحن ذات الاستخدام العالي. موصلات الشحن السريع بالتيار المستمر وكابلات مصممة لقدرة عالية على تحمل التيار، ومقاومة تلامس مضبوطة، وأداء ميكانيكي قوي، مع خيارات جاهزة للتبريد المتقدم حيث تتطلب متطلبات المشروع طاقة أعلى وهوامش حرارية أضيق.