معايير مدخل شحن المركبات الكهربائية: الامتثال للمعايير العالمية

فهم معايير مقبس شحن المركبات الكهربائية وأهميتها العالمية

تحدد معايير مقبس شحن المركبات الكهربائية المواصفات الفنية للموصلات وبروتوكولات الاتصال ومتطلبات السلامة. تضمن هذه الإرشادات التوافق بين المركبات وبنية الشحن في جميع أنحاء العالم، وتمنع تجزئة السوق مع مراعاة خصائص الشبكة الإقليمية.

ما هي معايير مدخل شحن المركبات الكهربائية؟

تحدد معايير منافذ شحن المركبات الكهربائية (EV) بشكل أساسي القواعد التي تُحكم كيفية اتصال السيارات الكهربائية بمحطات الشحن. وتشمل هذه المعايير الأمور مثل الفولتية المسموح بها، وعدد المسامير الواجب توفرها، وحتى طريقة تواصل السيارة مع جهاز الشحن لضمان تدفق الكهرباء بأمان وكفاءة دون التسبب في أي ضرر. على سبيل المثال، معيار SAE J1772 هو المعيار الذي يصادفه معظم السائقين في أمريكا الشمالية عند الشحن في المنزل أو في محطات الشحن العامة للشحن التيار المتردد من المستوى 1 والمستوى 2. ثم هناك المعيار IEC 61851 الذي يعمل على نطاق أوسع، ويضع المتطلبات الأساسية لأنظمة الشحن التوصيلية بأنواعها المختلفة حول العالم. ويساهم كلا المعيارين في ضمان أن تظل عملية الاتصال متوافقة وآمنة بغض النظر عن مكان شحن المركبة.

دور المعيار IEC 62196 في سلامة المقابس ومنافذ الاتصال الدولية

يُعد معيار IEC 62196 الأساس الذي يضع القواعد لجعل الشحن التيار المتردد والتيار المستمر يعملان معًا بغض النظر عن مكان تواجد الشخص في العالم. ما يثير الاهتمام حقًا في هذا المعيار هو أنه يسمح للمناطق المختلفة بالحفاظ على أنواع المقابس الخاصة بها، مثل النوع 1 الذي نراه غالبًا في أمريكا الشمالية والنوع 2 المنتشر في أوروبا، ومع ذلك يضمن في الوقت نفسه التزام الجميع بنفس القواعد الأساسية للسلامة فيما يتعلق بفحص درجة الحرارة والتوصيل الأرضي السليم واكتشاف الأعطال قبل أن تتحول إلى مشكلات. ووفقًا للبيانات الواردة في أحدث تقرير عن موصلات شحن المركبات الكهربائية الصادر في عام 2024، هناك أدلة قوية تُظهر أن المعدات المصنوعة وفقًا لهذه المعايير تقلل من مشكلات التوافق بنحو ثلاثة أرباعها مقارنةً بأنظمة الشحن الخاصة القديمة التي اعتاد المصنعون إنتاجها.

لماذا تعد التوحيد القياسي أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التكامل البيني في شحن المركبات الكهربائية

إن توحيد المنافذ يُعد أمرًا مهمًا حقًا عندما يتعلق الأمر بتبني المركبات الكهربائية عبر دول مختلفة، حيث لن يضطر الأشخاص إلى التعامل مع تلك المحولات الخاصة فقط لأنهم سافروا إلى منطقة أخرى. وفقًا لبعض الدراسات الصناعية من العام الماضي، إذا اتفق الجميع على نظام قياسي واحد عالميًا، فقد نتمكن من توفير حوالي 18 مليار دولار سنويًا في تكاليف بناء محطات الشحن بحلول عام 2030. وتواصل مجموعات مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية العمل الجاد لتوحيد الجهود بين المناطق المختلفة. وتنشر هذه المجموعات وثائق تقنية مفصلة توضح للشركات المصنعة كيفية إنشاء أنظمة شحن سريع متوافقة بحيث تعمل السيارات من دولة ما بسلاسة مع المحطات في دولة أخرى.

أنواع الموصلات الرئيسية لشحن المركبات الكهربائية حسب المنطقة والمتطلبات التنظيمية

SAE J1772 (Type 1) وCCS Combo 1 في أمريكا الشمالية

في أمريكا الشمالية، لا تزال معظم المركبات الكهربائية تعتمد على وصلات SAE J1772 من النوع 1 لتلبية احتياجاتها من الشحن التيار المتردد على المستوى 1 والمستوى 2. عادةً ما تتعامل هذه الوصلات مع مستويات طاقة تصل إلى حوالي 19.2 كيلوواط عند الاتصال بجهد 240 فولت. أما بالنسبة لأولئك الذين يحتاجون إلى خيارات شحن أسرع، فيوجد إصدار CCS Combo 1 الذي يضيف دبوسين إضافيين للتيار المستمر إلى تكوين الوصلة القياسي. ويتيح ذلك سرعات شحن أسرع بكثير تتراوح بين 50 و350 كيلوواط، ومع ذلك فإنه لا يزال يعمل مع المعدات القديمة بفضل ميزات التوافق العكسي المدمجة داخليًا. عندما تتبع الشركات المصنعة إرشادات SAE International، فإن نحو 95 بالمئة من السيارات الكهربائية التي ليست من طراز تيسلا تصبح متوافقة مع محطات الشحن العامة في جميع أنحاء البلاد. ويساعد هذا التوحيد القياسي في توفير تجربة أكثر سلاسة للمستخدمين الذين يبحثون عن إعادة شحن مركباتهم أثناء التنقل.

النوع 2 (مينيكيس) وCCS Combo 2 في أوروبا

المقبس من النوع 2 المستخدم في جميع أنحاء أوروبا، ويُعرف غالبًا باسم مينيكيس (Mennekes)، يدعم الشحن التيار المتردد ثلاثي الطور بسرع تصل إلى حوالي 43 كيلوواط بفضل تكوينه المؤلف من سبعة دبابيس. كما يوجد أيضًا الإصدار CCS Combo 2 الذي يضيف إمكانية الشحن السريع للتيار المستمر بقدرة تصل إلى 350 كيلوواط للذين يحتاجون إلى شحن أسرع. بدءًا من عام 2023، تتطلب لوائح الاتحاد الأوروبي الآن أن تتبع جميع محطات الشحن الجديدة للتيار المستمر المعيار IEC 62196-3 وتشمل دعم مقابس CCS2. ما المقصود بهذا عمليًا؟ حسنًا، يمكن للمستخدمين عادةً شحن مركباتهم دون مواجهة مشكلات توافق في أكثر من 400 ألف نقطة شحن عامة منتشرة عبر 31 دولة مختلفة ضمن الكتلة الأوروبية.

GB/T 20234 في الصين و CHAdeMO في اليابان

يُستخدم معيار GB/T 20234 في معظم محطات الشحن في الصين، ويغطي حوالي 93٪ من البنية التحتية المتاحة محليًا. في الواقع، يتكون هذا المعيار من أجزاء مختلفة للشحن التيار المتردد (GB/T 20234.2) وللشحن التيار المستمر (GB/T 20234.3). وفي الوقت نفسه، تعتمد اليابان بشكل رئيسي على معيار CHAdeMO في شواحنها السريعة للتيار المستمر، والذي يمثل نحو 90٪ من التركيبات هناك. تُعدّ اليابان داعمة قوية لقدرات الشحن ثنائي الاتجاه، على الرغم من أن نفوذها خارج حدودها آخذ في الانخفاض خلال السنوات الأخيرة. اعتمدت كلتا الدولتين معايير ISO 15118 لما توفره من ميزات مريحة مثل التوصيل والشحن (plug-and-charge)، لكن للأسف لا تزال أنظمتها غير متوافقة مع نظام CCS ما لم يتم إضافة محول. وهناك خطط جارية لتحديث معيار GB/T 20234 بحيث يجمع بين بروتوكولات التيار المتردد والتيار المستمر تحت هيكل واحد بحلول عام 2025، وهو ما سيكون خطوة مهمة جدًا في حال نجاحها.

المواءمة العالمية من خلال معايير IEC: IEC 61851 وIEC 62196

IEC 61851: تحديد وضعيات شحن المركبات الكهربائية من 1 إلى 4

يُعدّ المعيار IEC 61851 حجر الأساس لمتطلبات السلامة والتشغيل البيني لأنظمة شحن المركبات الكهربائية. ويُعرّف هذا المعيار أربع طرق للشحن:

• الوضع 1 : شحن تيار متردد أساسي دون اتصال أو وسائل تحكم وقائية
• الوضع 2 : أجهزة محمولة تحتوي على آليات أمان مدمجة
• الوضع 3 : محطات تيار متردد مخصصة مع اتصال متقدم وتحكم
• الوضع 4 : شحن تيار مستمر فائق السرعة يصل إلى 400 كيلوواط

يشترط المعيار إجراء اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) وحماية حرارية. على سبيل المثال، يتطلب الوضع 4 موصلات مبردة بالسوائل لإدارة الحرارة أثناء عمليات نقل الطاقة العالية، مما يدعم تقنيات البطاريات من الجيل التالي.

كيف يتيح المعيار IEC 62196 التنويع الإقليمي مع ضمان السلامة

يجمع معيار IEC 62196 بين تصاميم فتحات شحن المركبات الكهربائية المختلفة من جميع أنحاء العالم، مع الحفاظ في الوقت نفسه على السلامة للجميع. وعلى الرغم من أن كل دولة تمتلك موصلاتها الخاصة مثل النوع 2 في أوروبا، وGB/T في الصين، وCHAdeMO في اليابان، إلا أنه يُشترط على جميعها اجتياز اختبارات أساسية معينة تتعلق بمقاومة الماء (التقييم IPXXB) واكتشاف الأعطال الكهربائية. ويمنع هذا المزيج الذي يتيح للمناطق الاحتفاظ بموصلاتها المفضلة مع الحفاظ على مستويات سلامة دنيا من حدوث تجزئة كبيرة في السوق. وفقًا لبحث نُشر العام الماضي، فإن ما يقارب جميع محطات الشحن في العالم تتبع الآن هذه القواعد الأمنية، مما يجعل تخطيط الرحلات أسهل بكثير لأصحاب المركبات الكهربائية الذين لا يريدون القلق بشأن العثور على محطات متوافقة أينما ذهبوا.

دراسة حالة: متطلبات الاتحاد الأوروبي للامتثال لنوع 2 وCCS2

في عام 2024، أدخلت الاتحاد الأوروبي تنظيم البنية التحتية للوقود البديل (AFIR)، الذي يشترط أن تلتزم جميع محطات شحن المركبات الكهربائية العامة بمعايير Type 2 وCCS2، اتباعاً للتوجيهات الصادرة عن اللجنة الدولية للإلكترونيات (IEC 62196) بشكل دقيق تقريباً. وعندما بدأوا في التخلص من الموصلات الخاصة، حدث شيء مثير للاهتمام. فقد ارتفع التوافق المتبادل عبر الحدود بين الدول المختلفة بشكل كبير، من حوالي 63 بالمئة في عام 2021 إلى ما يقارب 97% بعد ثلاث سنوات فقط. وجاء فائدة إضافية من ضمان قدرة جميع هذه المحطات على التواصل مع بعضها البعض من خلال تقنية الاتصال عبر خطوط الطاقة (Powerline Communication). وقد خفض هذا بالفعل المشاكل المرتبطة بالموصلات بنسبة تقارب 40%. إذاً، ما الذي يُظهره ذلك؟ حسناً، عندما تدفع اللوائح نحو التوحيد القياسي، فإنها حقاً تحقق نتائج رائعة في جعل جميع الأنظمة تعمل معاً بشكل سلس من الناحية التقنية.

صعود نظام NACS والتغير في ديناميكيات الشحن في أمريكا الشمالية

من النظام الخاص بشركة تسلا إلى NACS: تطور المعيار

تطور موصل تسلا الخاص ليصبح معيار الشحن لأمريكا الشمالية (NACS) بعد أن تم تبنيه رسمياً كمعيار SAE J3400 في عام 2024. وقد حوّل هذا التحوّل نظاماً مغلقاً إلى معيار مفتوح، مما يتيح للسيارات الكهربائية غير المنتجة من تسلا الوصول إلى شبكة تسلا التي تضم أكثر من 15,000 محطة سوبرتشارجر من خلال محولات أو دمج مباشر.

اعتماد الشركات المصنعة الكبرى لـ NACS: فورد، جنرال موتورز، وفولفو

عقب اتفاق صناعي كبير في عام 2024، تعهدت شركات تصنيع سيارات رائدة بما في ذلك فورد وجنرال موتورز وفولفو باعتماد معيار NACS بدءاً من طرازات 2025. ويشير هذا التحرك الجماعي إلى انسحاب فعلي تدريجي من استخدام معيار CCS Combo 1 في المركبات الاستهلاكية، ويعزز الوصول إلى واحدة من أكثر شبكات الشحن السريع موثوقية في أمريكا الشمالية.

مقارنة بين NACS وCCS: المنافسة السوقية والآثار التقنية

تُظهر المنافسة بين NACS وCCS اختلافات تقنية رئيسية:

• قدرة الطاقة : تم تصميم NACS ليدعم شحن تيار مستمر بقدرة تصل إلى 1 ميغاواط، وهي قدرة تفوق بكثير الحد الأقصى الحالي لمعيار CCS البالغ 350 كيلوواط
• كفاءة التصميم : موصلات NACS أصغر بنسبة 40٪ مقارنةً بنظيراتها CCS، مما يحسن من سهولة الاستخدام والدمج داخل المركبة
• أداء الشبكة : تحقق محطات شحن تسلا الفائقة (Superchargers) معدل توفر قدره 99.96٪، وهو أعلى بكثير من المتوسط البالغ 92٪ عبر شبكات CCS

لقد ساهمت هذه المزايا في تسريع اعتماد نظام NACS خارج نظام تسلا البيئي.

نحو مستقبل موحد: تحديات التوافق ومواءمة المعايير عالميًا

سد الفجوة في عدم التوافق الإقليمي عبر أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا والمحيط الهادئ

تتسبب معايير منافذ شحن المركبات الكهربائية المختلفة حول العالم في مشاكل كبيرة للمستخدمين. فعلى سبيل المثال، تستخدم أمريكا الشمالية معيار CCS Combo 1، وأوروبا تستخدم CCS Combo 2، والصين لديها معيار GB/T. هذه الاختلافات الإقليمية تعني أن الأشخاص غالبًا لا يستطيعون ببساطة توصيل سياراتهم بالشحن في أي مكان يذهبون إليه. ووفقًا لتقرير حديث صادر عن بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس (BloombergNEF) في عام 2024، فإن ما يقرب من ثلث مالكي المركبات الكهربائية يواجهون مشاكل في العثور على شواحن متوافقة عند عبور الحدود. كما أن المشكلات لا تقتصر فقط على الموصلات الفيزيائية، بل تشمل أيضًا طريقة تواصل الأنظمة المختلفة مع بعضها البعض، وطرق الدفع التي لا تعمل عبر الدول، بالإضافة إلى التحديات المتعلقة بدمج هذه الشواحن بشكل سليم في شبكات الطاقة القائمة. وكل هذه العوامل تُشكل عوائق حقيقية أمام أي شخص يحاول قيادة مركبة كهربائية عبر مناطق متعددة.

عوائق تقبل شامل رغم الجدوى التقنية

تساعد المركبات ذات المنفذ المزدوج والبرمجيات التكيفية إلى حدٍ ما، لكن توحيد كل شيء عبر الحدود يظل أمرًا صعبًا بسبب القضايا المالية والسياسية. أفاد تقرير صادر عن المجلس الدولي للنقل النظيف عام 2023 أن شركات السيارات ستحتاج إلى إنفاق حوالي 26 مليار دولار فقط لتحويل مصانعها إلى معيار عالمي واحد. ثم هناك تلك الاستثمارات القديمة التي لا تزال قائمة. فقد أُنشئت وحدها في أوروبا حوالي 400 ألف محطة شحن من نوع Type 2، بينما استثمرت اليابان بشكل كبير في نظامها الخاص مع تركيب نحو 30 ألف وحدة من نوع CHAdeMO تقريبًا. تمثل هذه الأنظمة الحالية عقبات حقيقية عند محاولة دفع التغييرات بشكل أسرع في القطاع.

هل سيظهر معيار عالمي واحد لمدخل شحن المركبات الكهربائية؟

يعتقد معظم المحللين أن هناك احتمالًا يبلغ حوالي 60 في المئة بأن تظل المعايير الإقليمية الرئيسية قائمة جنبًا إلى جنب بفضل أنظمة المحولات، بدلاً من الاتحاد في تصميم عالمي واحد. ولكن التقنيات الجديدة مثل حلول الشحن اللاسلكي وأنظمة Plug & Charge المستندة إلى ISO 15118 قد تتجاوز بالفعل كل هذه الجدالات حول الموصلات تمامًا. وقد عملت اللجنة الكهروتقنية الدولية على وضع قواعد التوافق منذ أمد بعيد، بهدف التوصل إلى شيء ملموس بحلول عام 2026. وفي الوقت نفسه، فإن ما نراه في الأسواق الفعلية مختلف. فأشياء مثل نظام الشحن الوطني للسيارات (NACS) تنتشر بسرعة كبيرة بين المستهلكين ورجال الأعمال على حد سواء، متقدمةً كثيرًا على أية لوائح تنظمها الحكومات العام المقبل أو نحو ذلك.

الأسئلة الشائعة

ما هي معايير مدخل شحن المركبات الكهربائية؟

تُعد معايير منفذ شحن المركبات الكهربائية (EV) مواصفات فنية تغطي كيفية اتصال المركبات الكهربائية بمحطات الشحن. وتحدد هذه المعايير الجهد، وتوصيلات الدبابيس، وبروتوكولات الاتصال، ومتطلبات السلامة لضمان نقل الطاقة بشكل سلس وآمن.

لماذا تعد التوحيد المعياري مهمًا لشحن المركبات الكهربائية؟

يضمن التوحيد المعياري إمكانية شحن المركبات الكهربائية عبر مناطق مختلفة دون الحاجة إلى محولات متعددة، مما يقلل التكاليف ويسهل تطوير البنية التحتية.

ما الدور الذي يقوم به المعيار IEC 62196؟

يُحدد المعيار IEC 62196 إرشادات التوافق والسلامة للشحن التيار المتردد والتيار المستمر، مما يسمح للمناطق المختلفة بالحفاظ على تصاميم قابس فريدة مع الالتزام بمعايير السلامة والتشغيل البيني المشتركة.

كيف يختلف نظام NACS عن معيار CCS؟

يدعم نظام NACS توصيل طاقة أعلى ويتميز بتصميم موصل أكثر إحكاماً مقارنةً بمعيار CCS، مما يؤدي إلى أوقات شحن أسرع وتكامل أفضل في المركبات.