إطلاق الإمكانات باستخدام شواحن تيار مستمر سريعة ذات اتجاهين

التحول من الشحن أحادي الاتجاه إلى تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه

لقد شهدت المناقشات المتعلقة بالبنية التحتية للمركبات الكهربائية تحولاً ملحوظاً خلال العامين الماضيين. ففي السابق، كانت تركّز كلياً على قلق السائقين من مدى القيادة وسرعة الشحن. أما اليوم، فقد انتقل التركيز إلى موضوعٍ أكثر إثارةً: ما الذي يحدث عندما لا تكون المركبة مجرد حملٍ على شبكة الكهرباء، بل تصبح مشاركاً نشطاً فيها؟ وتُشكّل الشواحن السريعة التيار المستمر ثنائية الاتجاه جوهر هذا التحوّل. إذ لا تقوم هذه الأنظمة فقط بإدخال الطاقة إلى حزمة البطارية، بل يمكنها أيضاً سحب الطاقة منها وإرسالها إلى مكانٍ مفيد.

التمييز التقني مهم. فشاحن التيار المستمر السريع القياسي يستخدم تدفق طاقة أحادي الاتجاه: من الشبكة إلى المركبة، ولا شيء غير ذلك. أما الوحدة ثنائية الاتجاه، فعلى العكس من ذلك، فهي تتضمَّن إلكترونيات قدرة يمكنها عكس هذا التدفق عند الطلب. ويُفتح هذا الانعكاس تطبيقاتٍ تمتدُّ بعيدًا جدًّا عن مجرد شحن البطارية حتى امتلائها.

ما الذي يميِّز شحن التيار المستمر السريع ثنائي الاتجاه؟

وعلى مستوى المكوِّنات، يكمن الفرق في بنية المحول. فمحطات الشحن ثنائية الاتجاه تستخدم عادةً محولات الجسر النشط المزدوج (DAB) أو تصاميم معزولة مشابهة تسمح بتدفُّق الطاقة في أيٍّ من الاتجاهين دون المساس بالعزل أو السلامة. وهذا التغيير الهندسي ليس تافهًا على الإطلاق؛ بل يتطلَّب إدارة حرارية دقيقة، وخوارزميات تحكُّم مختلفة، وبروتوكولات اتصال أكثر تطورًا.

تستحق هذه المعلومة التأكيد. فلكي يعرف جهاز الشحن متى يُعيد إرسال الطاقة، يجب أن يتواصل مع مشغّل الشبكة الكهربائية والمركبة وأحيانًا مع نظام إدارة الطاقة في المبنى. وقد ظهرت معايير مثل ISO 15118-20 لمعالجة هذا النوع بالذات من التوافق البيني. دراسة نُشرت عام ٢٠٢٥ في دورية إلسيفير مجلة تخزين الطاقة أظهرت أول تحقق مستقل من جهاز شحن ثنائي الاتجاه باستخدام معيار ISO 15118-20، وحققت تكامُلاً ناجحًا مع بروتوكولي CCS2 وCHAdeMO. وقد خضعت الوحدة في الدراسة لاختبارات باستخدام مُحاكيَّين وسيارة كيا كهربائية تجارية من طراز EV9، ما أثبت أن المعيار قابل للتطبيق عمليًّا وليس فقط نظريًّا. .

تطبيقات فعلية تتجاوز ما هو واضح

أكثَر حالة استخدامٍ تُناقَش عادةً هي تقنية المركبة إلى الشبكة (V2G)، حيث تُفرِّغ المركبة الكهربائية (EV) طاقتها في الشبكة خلال فترات الذروة في الطلب. لكن ذلك ليس سوى البداية فحسب. أما تقنية المركبة إلى المنزل (V2H) فهي تتيح للمركبة تغذية المنزل بالطاقة أثناء انقطاع التيار أو خلال الفترات التي تكون فيها أسعار شركة التوزيع مرتفعةً جدًّا. وتقنية المركبة إلى الحمولة (V2L) تسمح لنفس المركبة بتشغيل المعدات في موقع العمل أو توفير طاقة احتياطية لعربة طعام متنقِّلة.

وهناك تطبيقٌ آخر أقل بروزًا لكنه لا يقل أهميةً في عمليات الأساطيل. فلنأخذ على سبيل المثال أسطول توصيلٍ يعود إلى المركز اللوجستي في وقت متأخر بعد الظهر — أي بالضبط حين تبدأ أسعار الشبكة في الارتفاع. وباستخدام الشحن ثنائي الاتجاه، يمكن لتلك المركبات أن تُفرِّغ طاقتها خلال فترة الذروة المسائية ثم تُعاد شحنتها ليلًا عندما تنخفض الأسعار. وهذه الجدوى الاقتصادية ليست نظريةً فقط. إذ تشير تحليلةٌ صادرةٌ عن شركة باتسناップ إيريكا (Patsnap Eureka) إلى أن أنظمة V2G الحالية تحقِّق عادةً كفاءةً في الدورة الكاملة تتراوح بين ٨٨٪ و٩٢٪، بينما تعمل الشركات الرائدة في المجال على رفع هذه النسبة إلى أكثر من ٩٥٪ لجعل هذا النموذج اقتصاديًّا قابلاً للتطبيق على نطاق واسع. تلك الفجوة في الكفاءة — أي الفرق بين ما يُدخل وما يُخرج — هي المكان الذي تكمن فيه التحديات الهندسية الحقيقية.

أظهرت دراسة أجرتها معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) عام ٢٠٢٥ على محول تيار مستمر/تيار مستمر ثنائي الاتجاه يستند إلى ترانزستورات غاليوم نيتريد-موزفت كفاءة قصوى بلغت ٩٧,٢٢٪ في وضع الشحن و٩٦,٩٦٪ في وضع التفريغ. وهذه الأرقام مذهلةٌ بالفعل، لكنها ناتجة عن ظروف مخبرية مضبوطة. أما الأداء الميداني فيميل عادةً إلى التباين أكثر قليلًا، وهذا أمرٌ جديرٌ بالانتباه عند تقييم ادعاءات أي مورد.

سؤال الكفاءة: ما الذي تُظهره البيانات فعليًّا

وهنا تصبح الأمور مثيرة للاهتمام — وفي الوقت نفسه، فإن الكثير من الضجيج التسويقي يُعمي غالبًا الصورة الحقيقية.

التفاوت بين كفاءة الشحن والتفريغ ليس مجرد ملاحظة هامشية — بل هو سمة أساسية في العتاد. ووجدت دراسة دارسيفر أن الشاحن المُختبر حقَّق كفاءة شحن تتراوح من ٨٠٪ عند تيار ٢ أمبير إلى ٩٧٪ عند تيار ٣٢ أمبير لكلٍّ من معياري CCS2 وCHAdeMO، بينما تراوحت كفاءة التفريغ بين ٦٠٪ عند التيارات المنخفضة و٩٣٪ عند التيارات الأعلى. وهذا فرقٌ ذو دلالة. أي أن كل كيلوواط ساعة تُفرِّغه عائدًا إلى الشبكة يُنتج طاقةً أقل مما أدخلته سابقًا. كما لفتت الدراسة إلى تحسُّن نسبته ٧–١٥٪ مقارنةً بأنظمة CHAdeMO من الجيل السابق، وهي خطوة جيدة نحو التقدُّم. .

المستوى الحالي للتكنولوجيا

يتفاعل السوق مع هذه الإمكانيات. وبلغت قيمة سوق شواحن المركبات الكهربائية ثنائية الاتجاه عالميًّا نحو ١,٤ مليار دولار أمريكي في عام ٢٠٢٥، ومن المتوقع أن تنمو بمعدل سنوي مركب يقارب ١٦٪ حتى عام ٢٠٣٤. أما محلِّلون آخرون فيقدِّرون أن تصل القيمة إلى نحو ٥ مليارات دولار أمريكي في عام ٢٠٣٤، بمعدل نمو سنوي مركب يفوق ٢٥٪، وذلك حسب كيفية تحديد القطاعات. وعلى أي حال، فإن الاتجاه واضح: لم تعد هذه التكنولوجيا تُعَدُّ تقنية متخصصة بعد الآن.

ودخل عدد من الشركات الكبرى هذا المجال. ففي أواخر عام ٢٠٢٥، أطلقت علامة «هيليوكس» التابعة لشركة «سيمنز» شاحنًا تيارًا مستمرًّا ثنائي الاتجاه بقدرة ٤٤ كيلوواط ومزودًا بإمكانية الشحن العكسي من المركبة إلى الشبكة (V2G)، ويتميَّز بعلبة مقاومة للعوامل الجوية وفق تصنيف NEMA 3R، ويدعم بروتوكول OCPP 2.0.1، ومعايير ISO 15118-20 وSAE J2847. وأطلقت شركة «ستار تشارج» جهاز الشحن الجداري ثنائي الاتجاه التيار المستمر «هالو V2G» في السوق الأسترالية، وبكفاءة تصل إلى ٩٦٪، ويدعم بالكامل إصداري بروتوكول OCPP 2.0.1 و2.1. .

الاعتبارات العملية للنشر

الشحن ثنائي الاتجاه ليس حلًّا جاهزًا للتشغيل الفوري. فمتطلبات البنية التحتية فيه أكثر صرامةً مقارنةً بأنظمة الشحن أحادي الاتجاه. ويجب إبرام اتفاقيات توصيل بالشبكة الكهربائية. كما يجب أن توافق شركة التوزيع على التركيب. وينبغي أن يدعم المركبةَ قدرةَ الشحن ثنائي الاتجاه — فليست كل المركبات الكهربائية (EV) تدعم هذه الميزة حتى اليوم. وبالمثل، يجب تركيب وحدة الشحن في موقعٍ يسمح لها بتحمل الحمل الحراري الناتج عن التشغيل الثنائي الاتجاه المستمر.

وهناك أيضًا مسألة تدهور البطارية. فالتفريغات العميقة المتكررة، حتى لو كانت نادرة، تُضيف دورات شحن إضافية إلى حزمة البطارية. وما زالت الصناعة تجمع بيانات طويلة الأمد حول تأثير دورات تشغيل المركبة-إلى-الشبكة (V2G) على عمر بطاريات المركبات الكهربائية في ظروف الاستخدام الفعلي. وتُشير الدراسات الأولية إلى أن هذا التأثير يمكن إدارته بكفاءة عبر إدارة ذكية لعمليات الشحن، لكنه ليس معدومًا.

تَعْمَلُ شِينْزِهِنْ وِنْغَاو إِلِكْتْرُونِيكْ كُو.، لْتْد. بِفَعَالِيَّةٍ فِي هَذَا المَجَالِ، وَتُصَنِّعُ سِلْسِلَةً مِنْ مُحَوِّلَاتِ التَّيَارِ المُتَغَيِّرِ إِلَى التَّيَارِ المُتَغَيِّرِ ذَاتِ التَّوَجُّهَيْنِ وَحُلُولَ الشَّحْنِ المَانِعَةِ لِلدَّخُولِ المَاءِ الَّتِي تَخْدِمُ كُلًّا مِنْ أَسْوَاقِ المَرْكَبَاتِ المَائِيَّةِ وَالمَرْكَبَاتِ البَرِّيَّةِ. وَتَشْمَلُ مَجْمُوعَةُ مُنْتَجَاتِهَا وَحَدَاتٍ ذَاتِ تَوَجُّهَيْنِ مَعَزُولَةً وَغَيْرَ مَعْزُولَةٍ تَغْطِّي مَجَالَاتٍ مُتَنَوِّعَةً مِنَ الفُولْتِيَّاتِ، مُظْهِرَةً تَنَوُّعَ التَّطْبِيقَاتِ الَّتِي يَخْدِمُهَا شَحْنُ التَّوَجُّهَيْنِ حَالِيًّا.