يعني إيه بروتوكول شحن السيارات الكهربائية؟ وما أشهر الأنواع؟

لما تسأل عن عربية كهربائية، غالبًا هتسمع كلمات زي:

• GB/T.

• CCS2.

• CHAdeMO.

• Type 2.

• NACS.

وأحيانًا البائع يقولك: «العربية دي بروتوكولها صيني» أو «العربية محتاجة محول علشان تشحن».

لكن يعني إيه بروتوكول شحن أصلًا؟ وهل هو مجرد شكل الفيشة، ولا فيه حاجة تانية بتحصل بين العربية والشاحن؟

الإجابة إن عملية الشحن مش مجرد توصيل كهرباء للبطارية. قبل ما التيار يبدأ، لازم العربية والشاحن يتواصلوا مع بعض ويتأكدوا إن عملية الشحن مناسبة وآمنة.

يعني إيه بروتوكول شحن؟

بروتوكول الشحن هو مجموعة القواعد والإشارات اللي بتنظم التواصل بين العربية ومحطة الشحن.

بمعنى أبسط:

الفيشة هي وسيلة التوصيل، والبروتوكول هو اللغة اللي العربية والشاحن بيتكلموا بيها.

أثناء التواصل، العربية والشاحن بيتبادلوا معلومات مهمة، زي:

• هل الفيشة راكبة ومثبتة بصورة صحيحة؟

• العربية تقبل شحن AC ولا DC؟

• أقصى فولت وتيار تقبله البطارية كام؟

• قدرة الشحن المناسبة في اللحظة الحالية كام؟

• درجة حرارة البطارية مناسبة ولا لأ؟

• هل فيه تسريب كهربائي أو مشكلة في العزل؟

• إمتى يبدأ الشحن وإمتى لازم يتوقف؟

معايير مثل IEC 61851 بتنظم جوانب الاتصال والأمان بين السيارة ومعدات الشحن في أنظمة الشحن بالتيار المتردد والمستمر.

هل بروتوكول الشحن هو نفسه شكل الفيشة؟

لا، لكن الاتنين مرتبطين ببعض.

لازم نفرق بين ثلاثة مصطلحات:

ممكن فيشة تركب ميكانيكيًا باستخدام محول، لكن العربية لا تبدأ الشحن؛ لأن بروتوكول التواصل غير متوافق.

وفي المقابل، ممكن نظامان يستخدمان بروتوكولات اتصال متقاربة، لكن شكل الفيشة مختلف ويحتاج إلى وسيلة توصيل مناسبة.

إيه اللي بيحصل لما توصل العربية بالشاحن؟

عملية الشحن بتتم على عدة مراحل، ومش المفروض إن الكهرباء العالية تدخل العربية بمجرد تركيب الفيشة.

1. اكتشاف التوصيل

أول ما الفيشة تدخل في العربية، النظام يتأكد إن فيه اتصال فعلي بين العربية والشاحن.

العربية والشاحن بيتحققوا من:

• وجود كابل الشحن.

• تثبيت الفيشة.

• توصيل الأرضي.

• قدرة الكابل والشاحن.

• عدم وجود مشكلة كهربائية واضحة.

2. بدء التواصل

بعد كده الشاحن والعربية يبدأوا عملية تعارف أو Handshake.

في المرحلة دي، كل طرف بيتأكد إن الطرف التاني متوافق معاه، وإنه يقدر يبدأ عملية الشحن بأمان.

أنظمة CCS الحديثة تستخدم معايير اتصال مثل ISO 15118 وDIN SPEC 70121 لتنظيم التواصل بين السيارة ومحطة الشحن.

3. العربية تطلب القدرة المناسبة

في الشحن السريع DC، نظام إدارة البطارية داخل العربية، المعروف باسم BMS، يبلغ الشاحن بما تحتاجه البطارية.

العربية ممكن تطلب مثلًا:

• فولت معين.

• تيار محدد.

• تقليل القدرة بسبب ارتفاع الحرارة.

• رفع القدرة لأن البطارية في درجة حرارة مناسبة.

• إيقاف الشحن عند الوصول لنسبة محددة أو اكتشاف مشكلة.

الشاحن لا يفترض إن العربية هتستقبل أقصى قدرته طوال الوقت، لكنه يغير التيار والجهد طبقًا لطلب العربية وحدود الأمان.

4. فحوصات الأمان

قبل مرور الطاقة العالية، النظام بيتأكد من:

• سلامة العزل الكهربائي.

• عدم وجود تسريب.

• تثبيت قفل الفيشة.

• توافق الفولت بين البطارية والشاحن.

• سلامة دوائر الحماية.

لو أي شرط غير متحقق، الشحن قد لا يبدأ أصلًا.

5. بدء الشحن

بعد اكتمال التواصل والفحوصات، يبدأ انتقال الطاقة.

وخلال الشحن، التواصل لا يتوقف. العربية والشاحن يفضلوا يتبادلوا البيانات باستمرار لتعديل القدرة أو إيقاف العملية لو ظهرت مشكلة.

6. إنهاء الشحن بأمان

عند امتلاء البطارية، أو ضغط المستخدم على إيقاف الشحن، أو ظهور حرارة مرتفعة، يتم تقليل التيار ثم فصل الطاقة قبل فتح قفل الفيشة.

وده يمنع فصل الكابل أثناء مرور تيار كهربائي مرتفع.

الفرق بين التواصل في شحن AC وشحن DC

شحن AC

في الشحن بالتيار المتردد، الشاحن الخارجي أو الـWallbox بيوصل كهرباء AC للعربية.

بعد كده، الشاحن الداخلي الموجود داخل السيارة يحول الكهرباء من AC إلى DC علشان البطارية تقدر تخزنها.

التواصل هنا بيحدد بصورة أساسية:

• هل العربية متصلة؟

• هل الشحن مسموح؟

• أقصى تيار متاح من مصدر الكهرباء كام؟

• هل لازم الشحن يتوقف؟

حتى لو الـWallbox قدرته مرتفعة، سرعة الشحن هتتحدد أيضًا بقدرة الشاحن الداخلي الموجود في العربية.

شحن DC السريع

في الشحن السريع، محطة الشحن نفسها بتحول الكهرباء إلى DC، وبعد كده ترسلها للبطارية مباشرة تحت إشراف نظام إدارة البطارية.

علشان كده، التواصل في شحن DC بيكون أعمق، لأن العربية لازم تحدد باستمرار:

• الجهد المطلوب.

• التيار المطلوب.

• حالة البطارية.

• درجة الحرارة.

• الحد الأقصى المؤقت لقدرة الشحن.

وده يفسر ليه العربية ممكن تبدأ الشحن بسرعة مرتفعة، وبعدها القدرة تقل كل ما البطارية تقرب من الامتلاء.

أشهر أنظمة ومداخل الشحن

المتداول في السوق إننا نسمي الأنظمة التالية «بروتوكولات»، لكن الأدق إن كل نظام ممكن يضم شكل منفذ ومعايير اتصال مختلفة.

أولًا: GB/T

نظام GB/T هو النظام المستخدم على نطاق واسع في السيارات المصممة للسوق الصيني.

في كثير من السيارات الصينية، بتلاقي:

• مدخلًا منفصلًا لشحن AC.

• مدخلًا منفصلًا للشحن السريع DC.

في شحن DC، معايير GB/T بتنظم الاتصال الرقمي بين الشاحن الخارجي والسيارة، ومن ضمنها عائلة معايير GB/T 27930. النسخة الصينية الرسمية من المعيار تصفه كبروتوكول اتصال رقمي بين الشاحن الخارجي والسيارة الكهربائية.

مميزات GB/T

• منتشر في السيارات المخصصة للصين.

• يدعم شحن AC وDC.

• مستخدم من عدد كبير من شركات السيارات الصينية.

النقطة المهمة

وجود سيارة بمنفذ GB/T في سوق تعتمد محطاته على CCS2 معناه إن شكل المنفذ وطريقة التواصل قد لا يكونا متوافقين بشكل مباشر.

ثانيًا: CCS

اسم CCS اختصار لـ Combined Charging System، أو نظام الشحن المدمج.

الفكرة الأساسية فيه إنه يجمع إمكانية شحن AC وDC من خلال تصميم واحد للمدخل.

يوجد منه شكلان أساسيان:

• CCS1 أو Combo 1.

• CCS2 أو Combo 2.

CCS2 مرتبط بمنفذ Type 2، ويُستخدم بصورة أساسية في أوروبا وأسواق أخرى، بينما CCS1 ارتبط أكثر بأمريكا الشمالية.

مميزات CCS2

• نفس مدخل العربية يمكنه استقبال AC وDC.

• منتشر في السيارات الأوروبية والعديد من السيارات العالمية.

• يدعم أنظمة اتصال متقدمة.

• يمكنه دعم خواص مثل Plug & Charge في السيارات والمحطات المتوافقة.

خاصية Plug & Charge تسمح في بعض الأنظمة المتوافقة بالتعرف على العربية وبدء الشحن والفوترة بصورة آلية بعد توصيل الكابل.

ثالثًا: CHAdeMO

CHAdeMO هو نظام شحن سريع DC ظهر بصورة أساسية مع عدد من السيارات اليابانية.

من أشهر السيارات التي استخدمته تاريخيًا بعض إصدارات:

• نيسان ليف.

• ميتسوبيشي أوتلاندر PHEV.

• سيارات كهربائية يابانية أخرى.

جمعية CHAdeMO تعرفه بأنه تقنية ومعيار شحن DC يسمح بالتواصل بين السيارة والشاحن.

في نظام CHAdeMO، العربية والشاحن بيتبادلوا أوامر الشحن وبيانات البطارية بصورة مستمرة للتحكم في التيار والحفاظ على الأمان.

ومع انتشار CCS في أسواق كثيرة، بقى CHAdeMO أقل استخدامًا في عدد من السيارات الجديدة، لكنه ما زال موجودًا في سيارات ومحطات مستخدمة بالفعل.

رابعًا: Type 1 وType 2

Type 1 وType 2 هما في الأساس أشكال لمداخل ووصلات الشحن بالتيار المتردد AC، وليس كل واحد منهما بروتوكولًا مستقلًا كاملًا.

Type 1

انتشر بصورة أكبر في:

• أمريكا الشمالية.

• بعض السيارات اليابانية القديمة نسبيًا.

Type 2

انتشر بصورة أكبر في:

• أوروبا.

• عدد كبير من السيارات الحديثة.

• شواحن منزلية وعامة متعددة.

Type 2 هو الجزء العلوي المستخدم في مدخل CCS2، بينما يتم إضافة طرفين كبيرين بالأسفل عند استخدام شحن DC السريع Combo 2.

خامسًا: NACS

NACS اختصار لـ North American Charging System.

النظام بدأ مع شبكة ومنفذ تسلا في أمريكا الشمالية، ثم تم اعتماده ضمن معيار SAE J3400.

المنفذ مصمم لنقل شحن AC أو DC من خلال وصلة واحدة مدمجة.

لكن مهم نوضح إن NACS في الأساس يحدد واجهة كهربائية وميكانيكية، وليس بالضرورة بروتوكول اتصال واحدًا منفصلًا عن باقي الأنظمة. تسلا نفسها أوضحت إن الواجهة يمكنها العمل مع طرق اتصال مختلفة، وبعض السيارات تحتاج دعم بروتوكول CCS حتى تشحن على محطات معينة، رغم استخدام منفذ أو محول NACS.

انتشاره الأساسي حاليًا في أمريكا الشمالية، وبالتالي مش هو النظام المعتاد في أغلب السيارات الصينية أو الأوروبية المخصصة لأسواقها المحلية.

مقارنة سريعة بين أشهر الأنظمة

ليه ممكن العربية ترفض الشحن؟

رفض الشحن مش معناه بالضرورة إن البطارية أو الشاحن تالفان.

من الأسباب المحتملة:

• اختلاف شكل الفيشة.

• عدم توافق بروتوكول التواصل.

• الفيشة غير مثبتة بالكامل.

• وجود مشكلة في الأرضي.

• ارتفاع أو انخفاض الجهد.

• سخونة الكابل أو منفذ الشحن.

• البطارية باردة أو ساخنة جدًا.

• عطل في محطة الشحن.

• مشكلة في الشاحن الداخلي للعربية.

• خطأ في السوفت وير أو عملية التعارف بين العربية والشاحن.

أنظمة الشحن بتوقف أو تقلل التيار عند اكتشاف مشاكل في الاتصال أو الجهد أو الحرارة لحماية السيارة والمستخدم.

هل سرعة الشحن مرتبطة بالبروتوكول فقط؟

لا.

سرعة الشحن الفعلية بتتحدد على أساس أقل قدرة بين عدة عناصر:

• أقصى قدرة لمحطة الشحن.

• أقصى قدرة تقبلها العربية.

• حالة البطارية ونسبة شحنها.

• درجة حرارة البطارية.

• فولت البطارية.

• قدرة الكابل أو أي وسيلة توصيل مستخدمة.

• منحنى الشحن المبرمج من الشركة المصنعة.

يعني لو المحطة قدرتها 180 كيلووات، لكن العربية أقصى قدرة لها 80 كيلووات، العربية مش هتشحن على 180 كيلووات.

وكمان أقصى سرعة معلنة للعربية غالبًا لا تستمر من بداية الشحن لنهايته، لكنها تظهر خلال جزء معين من منحنى الشحن.

نبذة بسيطة عن محولات الشحن

المحول هو وسيلة بتستخدم لتوصيل عربية بمنفذ شحن مختلف عن منفذ محطة الشحن.

لكن مش كل المحولات بتعمل نفس الوظيفة.

بعضها بيتعامل مع اختلاف الشكل الميكانيكي والتوصيلات الكهربائية، وبعض التطبيقات تحتاج توافقًا إضافيًا مع طريقة التواصل بين العربية والشاحن.

علشان كده، وجود محول يركب في الفيشة لا يعني تلقائيًا إن:

• العربية هتبدأ الشحن.

• الشحن السريع هيعمل.

• العربية هتحصل على أقصى قدرة.

• المحول متوافق مع كل المحطات.

• الاستخدام آمن على كل موديلات السيارات.

الأفضل إن المحول يكون:

• مخصصًا لنظامي الشحن المطلوبين.

• معتمدًا من جهة موثوقة.

• مناسبًا لفولت وتيار العربية.

• مجربًا على نفس الموديل.

• مستخدمًا طبقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

هل لازم تعرف بروتوكول العربية قبل الشراء؟

نعم، خصوصًا لو العربية مستوردة من سوق مختلف عن السوق اللي هتستخدمها فيه.

قبل الشراء اسأل عن:

• نوع مدخل AC.

• نوع مدخل DC.

• أقصى قدرة للشحن البطيء.

• أقصى قدرة للشحن السريع.

• هل العربية تشحن مباشرة على المحطات المتاحة؟

• هل تحتاج محولًا؟

• هل تم اختبار الشحن فعليًا على نفس موديل العربية؟

• هل كل خواص الشحن تعمل أم الشحن بقدرة محدودة فقط؟

المعلومة دي لا تقل أهمية عن سعة البطارية أو المدى، لأن العربية ذات المدى الكبير مش هتكون عملية لو مش قادر تشحنها بسهولة في الأماكن اللي بتستخدمها فيها.