حماية الشحن السريع بالتيار المستمر للسيارات الكهربائية: كيفية اختيار موصلات التيار المستمر عالي الجهد، والصمامات، وأجهزة الحماية من زيادة التيار

يتطلب الشاحن السريع للتيار المستمر قدرة عالية من نظام الحماية الخاص به. فالجهد العالي، والطاقة المخزنة في المكثفات، وكابلات التوصيل الخارجية الطويلة، والمستخدمون غير المدربين، كلها عوامل تشترك في نفس الغلاف. وقد يؤدي أي خلل بسيط - كاستخدام مصهر صغير الحجم، أو موصل كهربائي مصمم لتحمل حمولة غير مناسبة، أو جهاز حماية من الصواعق مستعار من نظام تيار متردد - إلى تحويل عطل بسيط إلى حريق، أو شرارة كهربائية، أو دعوى مسؤولية قانونية.

يتتبع هذا الدليل مسار تيار العطل من الشبكة إلى موصل المركبة. ويشرح لكل منطقة حماية وظيفة الجهاز، ومكونات HIITIO المصممة لهذه الوظيفة، والمعايير الدولية التي تحكم عملية الاختيار. وهو موجه لفرق الهندسة والمشتريات والإنشاءات، ومصنعي أجهزة الشحن، ومشتري المكونات الذين يحتاجون إلى تحديد مواصفات أجهزة حماية التيار المستمر السريع (DCFC) بدقة، وليس مجرد فهمها نظريًا.

لماذا تختلف حماية الأعطال في التيار المستمر عن حماية الأعطال في التيار المتردد؟

يعبر التيار المتردد الصفر مرتين في كل دورة، ويساعد هذا العبور للصفر القوس الكهربائي على فقدان الطاقة والانطفاء تلقائيًا. أما التيار المستمر فلا يفعل ذلك أبدًا. فبمجرد أن يتشكل قوس كهربائي مستمر عبر نقطة تلامس فاصلة، يمكنه الاستمرار إلى أجل غير مسمى ما لم يكن الجهاز مصممًا خصيصًا لتمديد القوس أو تبريده أو تقسيمه أو إجباره على الانهيار بأي طريقة أخرى.

هذه الحقيقة وحدها هي التي تحدد تقريباً كل اختلاف بين اختيار الحماية بالتيار المتردد والتيار المستمر:

• تصنيف قدرة الجهاز على قطع التيار المتردد لا تستطيع يُفترض أن ينطبق ذلك على دائرة التيار المستمر.
• تفرغ مكثفات وصلة التيار المستمر في أجزاء من الثانية ويمكنها أن تتجاوز وقت استجابة قاطع الدائرة الكهربائية في اتجاه التيار.
• يجب التأكد من القطبية وتصميم غرفة القوس الكهربائي وتصنيف جهد التيار المستمر بشكل مستقل - قاطع الدائرة "المصنف 1000 فولت" لا معنى له دون معرفة ما إذا كان هذا التصنيف تيار متردد أو تيار مستمر أو كليهما.

رسم خريطة بنية الحماية DCFC

يعمل نظام الشحن السريع النموذجي بتيار مستمر بجهد يتراوح بين 400 و1000 فولت من مصدر التيار المتردد ولوحة التوزيع، مروراً بوحدات التقويم/الطاقة، ثم عبر وصلة التيار المستمر، وصولاً إلى موصلات التيار المستمر وصمام أو قاطع الدائرة، وأخيراً عبر الكابل المبرد بالسوائل أو الهواء إلى موصل السيارة. لكل منطقة خصائص أعطال مختلفة، وتحتاج إلى جهاز مناسب لها.

اعتبر هذا بمثابة قائمة مرجعية أثناء مراجعة التصميم: كل منطقة في الصف أعلاه تحتاج إلى جهاز معين بتصنيف جهد تيار مستمر مؤكد، وقطبية، وقدرة على القطع أو الفصل - وليس جهازًا موروثًا من جدول لوحة التيار المتردد.

مرجع منتجات HIITIO

الحماية من التيار الزائد في جانب التيار المستمر: هل يتم استخدام المصهر، أم الموصل، أم كليهما؟

تستخدم معظم أجهزة الشحن السريع بالتيار المستمر المستخدمة في الإنتاج مصهرًا وموصلًا (أو قاطعًا) معًا، ويؤدي كل منهما وظيفة مختلفة. ويُعدّ الخلط بينهما - أو افتراض إمكانية استبدال أحدهما بالآخر - أحد أكثر أخطاء المواصفات شيوعًا التي ترتكبها فرق الهندسة والمشتريات والإنشاء.

تسلسل التنسيق العملي:

1. احسب الحد الأدنى والحد الأقصى لتيار العطل عند مدخل التيار المتردد، وكل فرع من فروع وحدة الطاقة، ووصلة التيار المستمر، والمخرج - بما في ذلك مساهمة تفريغ المكثف.
2. تأكد من جهد التيار المستمر واتجاه التيار والارتفاع ودرجة الحرارة المحيطة لكل جهاز مرشح؛ لا ينبغي تطبيق أي من تصنيفات التيار المتردد المنشورة من قبل HIITIO على دائرة تيار مستمر دون إجراء تحقق منفصل من التيار المستمر.
3. اختر المصهر بحيث يبقى معدل فصله في أسوأ الحالات أقل من قدرة تحمل طاقة الخطأ المقدرة لأشباه الموصلات، مع هامش أمان.
4. قم بتحديد حجم الموصل أو القاطع للتيار المستمر، وتيار البدء، وعدد عمليات التبديل المتوقعة خلال فترة خدمته - تختلف دورات تشغيل عربات الجولف والرافعات الشوكية اختلافًا كبيرًا عن موزع DCFC العام.
5. تحقق من الانتقائية: يجب ألا يؤدي تيار البدء العادي إلى فتح المصهر، ويجب أن يفصل المصهر قبل أي جهاز في اتجاه التيار بشكل جيد ودون أي إزعاج.

الحماية من زيادة التيار: مدخل التيار المتردد مقابل ناقل التيار المستمر

يقوم المصهر أو قاطع الدائرة بفصل التيار الزائد، لكن لا يقوم أي منهما بكبح ارتفاع الجهد العابر السريع. تُجهد ضربات البرق على خط التغذية الوارد والارتفاعات العابرة الناتجة عن عملية تحويل الطاقة العزل قبل أن يتفاعل جهاز الحماية من التيار الزائد - ولهذا السبب توجد أجهزة الحماية من زيادة التيار على جانبي التيار المتردد والتيار المستمر في الشاحن الحديث.

• جانب مدخل التيار المتردد: اختر نوع جهاز الحماية من الصواعق (النوع 1، النوع 2، أو النوع 1+2 معًا) بناءً على مخاطر تعرض الموقع للصواعق وقانون التركيب المعمول به. يُفضل بشدة استخدام الأجهزة ذات تصنيف موثق لتحمل قصر الدائرة الكهربائية وتنسيق مصهر احتياطي للتركيبات المعرضة للجمهور.
• جانب ناقل التيار المستمر: يجب أن يتم تصنيف واختبار جهاز الحماية من الصواعق (SPD) بشكل خاص للاستخدام مع التيار المستمر - حيث أن أقصى جهد تشغيل مستمر (MCOV) وفاصل التيار وتحمل الجهد الزائد المؤقت لا يمكن استبدالها بوحدة مصنفة للتيار المتردد. IEC 61643-41 وهو المعيار المرجعي لأجهزة الحماية من الصواعق المتصلة بأنظمة التيار المستمر ذات الجهد المنخفض حتى 1500 فولت.

هايتيو خط جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر عالي الجهد، بما في ذلك HCDSP3-1500 (النوع 1+2، 1500 فولت تيار مستمر)، تم تصميمه خصيصًا لوضع ناقل التيار المستمر في أنظمة شحن المركبات الكهربائية، وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وأنظمة تخزين الطاقة بدلاً من إعادة استخدامه من مفاتيح التيار المتردد.

مراقبة العزل والكشف عن الأعطال الأرضية

تستخدم معظم أجهزة الشحن السريع بالتيار المستمر مخرجًا معزولًا كهربائيًا وغير مؤرض (IT) بحيث لا يتحول عطل العزل الفردي مباشرةً إلى عطل أرضي عالي التيار. ولا يتحقق هامش الأمان هذا إلا إذا تم اكتشاف العطل قبل حدوث عطل ثانٍ، وهو ما تقوم به أنظمة مراقبة العزل أو الأعطال الأرضية المستمرة.

• يقوم جهاز مراقبة العزل (IMD) بحقن إشارة قياس منخفضة المستوى ويقدر المقاومة للأرض في دائرة التيار المستمر غير المؤرضة. IEC 61557-8 يحدد متطلبات الأجهزة الطبية المتكاملة المستخدمة في أنظمة تكنولوجيا المعلومات.
• يقيس محول التيار المتبقي عدم توازن التيار بدلاً من مقاومة العزل المطلقة، ويُستخدم عادةً جنبًا إلى جنب مع جهاز IMD في مناطق حماية مختلفة لنفس الشاحن. محول التيار المتبقي تم تصميمه لهذا الدور الرقابي في أنظمة التيار المستمر ذات الجهد العالي.
• تصنيف مفتاح عزل DC يوفر للفنيين وسيلة موثوقة لفصل دائرة الإخراج لأغراض الصيانة، بشكل منفصل عن الموصل المستخدم للتبديل العادي.

لا تتعامل مع عتبات مقاومة العزل المنشورة (مثل قيم الأوم لكل فولت العامة) على أنها قيم عالمية. تعتمد نقطة الضبط الصحيحة على معيار التصميم المطبق. IEC 61851-23 بالنسبة لمعدات تزويد المركبات الكهربائية بالتيار المستمر - واجهة المركبة، وبنية الأمان الخاصة بالشاحن.

إدارة الحرارة: الموصلات والكابلات ووظيفة الموصل

قد يتسبب التيار العالي في ارتفاع درجة الحرارة بشكل ملحوظ عند نقطة اتصال واحدة غير محكمة أو بالية، وذلك قبل أن تصبح درجة حرارة الخزانة المتوسطة غير طبيعية. هناك نقطتان عمليتان مهمتان لاختيار المكونات:

1. عمر تلامس الموصل هو متغير تصميم حقيقي. قد يعمل موصل التيار المستمر ذو الشحن السريع (DCFC) بتردد أقل بكثير من موصل السيارة الكهربائية، ولكن كل عملية توصيل تحت تيار الحمل تؤدي إلى تآكل نقاط التلامس. تأكد من العمر الافتراضي الميكانيكي والكهربائي للموصل المختار مقارنةً بدورة التشغيل المتوقعة للشاحن، وليس فقط معدل التيار المستمر.
2. لا يُعد خفض القدرة البيئية خيارًا في المرتفعات أو في الخزائن المغلقة. على ارتفاع يزيد عن 2,000 متر تقريبًا، يؤدي انخفاض كثافة الهواء إلى تقليل كل من التبريد وقوة العزل الكهربائي. وبالإضافة إلى تأثير الإشعاع الشمسي على الغلاف الخارجي، قد يؤدي ذلك إلى انخفاض ملحوظ في التيار المستمر الآمن للصمامات أو الموصلات أو قواطع الدائرة مقارنةً بقيمتها الاسمية في الظروف القياسية. لذا، يُنصح دائمًا بالتحقق من منحنيات خفض القدرة للمنتج والغلاف المحددين قبل اعتماد التصميم النهائي.

قائمة التحقق من الامتثال للأسواق الدولية

قد لا يُقبل نظام الحماية السليم تقنيًا في السوق إذا طُبّق إصدار معياري خاطئ، أو إذا اعتُبر الامتثال على مستوى المكونات بمثابة شهادة اعتماد كاملة للمعدات. تأكد مما يلي قبل الإصدار:

• IEC 61851-23 — معدات تزويد المركبات الكهربائية بالتيار المستمر: وظائف السلامة، وظروف التشغيل، واختبارات المطابقة.
• UL 2202 — معدات الشحن بالتيار المستمر للمركبات الكهربائية، وهي المعيار الأساسي لمعدات الشحن السريع بالتيار المستمر في أمريكا الشمالية.
• NFPA 70، المادة 625 — متطلبات تركيب أنظمة نقل الطاقة للمركبات الكهربائية في الولايات المتحدة.
• IEC 61439-7 — مجموعات مفاتيح ومفاتيح تحكم ذات جهد منخفض مخصصة لمحطات شحن المركبات الكهربائية (الوضع 3/4).
• IEC 60947-2 — المتطلبات العامة لقواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد المنخفض، بما في ذلك تطبيقات التيار المستمر ضمن النطاق.

تؤكد شهادات المكونات - مثل شهادات UL وCE وCCC وCB - الموجودة على المصهر أو الموصل أن المكون يفي بمعايير المنتج الخاصة به. ولا تُعدّ هذه الشهادات، بحد ذاتها، كافية لاعتماد مجموعة الشاحن بالكامل؛ إذ يتطلب ذلك تقييم النظام بأكمله وفقًا لمعايير المعدات الخاصة بالسوق المستهدف.

اكتشف المزيد من منتجات الحماية للشحن السريع بالتيار المستمر من HIITIO للسيارات الكهربائية

تعرف على المزيد

الأسئلة الشائعة

لماذا لا يمكن استخدام قاطع دائرة كهربائية مصنف للتيار المتردد أو جهاز حماية من الصواعق على جانب التيار المستمر للشاحن؟

لا يمر التيار المستمر بنقطة الصفر بشكل طبيعي، لذا قد لا يتمكن جهاز مصمم للعمل بالتيار المتردد من قطع قوس كهربائي مستمر حتى لو بدا جهده مناسبًا نظريًا. يجب تصميم واختبار حجرة القوس الكهربائي، وهندسة التلامس، وسلوك التيار اللاحق (بالنسبة لأجهزة الحماية من الصواعق) للجهاز خصيصًا للعمل بالتيار المستمر عند جهد النظام الفعلي.

هل ينبغي أن يستخدم الشاحن السريع للتيار المستمر مصهرًا، أو موصلًا، أو كليهما؟

تستخدم معظم شواحن الإنتاج كلا النوعين، بأدوار مختلفة. يحمي مصهر أشباه الموصلات عالي السرعة فروع وحدات الطاقة الحساسة عن طريق إزالة طاقة العطل في غضون أجزاء من الثانية. ويتولى موصل التيار المستمر عالي الجهد أو قاطع دائرة التيار المستمر عمليات التبديل العادية، وعزل المخرجات، وحماية المغذيات، حيث تكون إمكانية إعادة الاستخدام والتحكم عن بُعد أكثر أهمية من سرعة الإزالة التي تصل إلى مستوى أجزاء من الثانية.

ما الذي يحدد عتبة مراقبة العزل المناسبة لوحدة DCFC؟

لا يوجد رقم عالمي موحد. يعتمد الحد الأدنى على معيار التصميم المطبق (عادةً IEC 61851-23 للأسواق الدولية)، وواجهة اتصال المركبة، وبنية السلامة العامة للشاحن. تعامل مع أي حد أدنى كمثال على أنه بيانات خاصة بالمشروع، وليس قاعدة عامة تُطبق على جميع التصاميم.

ما مقدار تخفيض القدرة الذي يجب تطبيقه بسبب الارتفاع أو الخزانة الخارجية المغلقة؟

يكفي هذا للتحقق من منحنى خفض القدرة الفعلي للشركة المصنعة بدلاً من افتراضه. يؤدي انخفاض كثافة الهواء فوق 2,000 متر مكعب تقريبًا إلى تقليل كل من التبريد وقوة العزل الكهربائي، ويزيد الحمل الشمسي على غلاف محكم الإغلاق من هذا التأثير. لا تستخدم أبدًا نسبة تغطية شاملة دون التأكد من البيانات المنشورة للمصهر أو الموصل أو قاطع الدائرة المحدد.

هل علامة UL أو CE الموجودة على المصهر أو الموصل تُثبت صلاحية الشاحن بالكامل؟

لا. شهادة المكونات تؤكد أن الجهاز الفردي يفي بمعايير المنتج الخاصة به. مع ذلك، لا يزال يتعين تقييم مجموعة الشاحن الكاملة وفقًا لمعيار المعدات المطبق - UL 2202 في أمريكا الشمالية أو IEC 61851-23/IEC 61439-7 دوليًا - قبل بيعها أو تركيبها في تلك السوق.

احصل على مكونات الحماية المناسبة لمشروعك القادم في مجال التيار المستمر المتردد

تقوم شركة HIITIO بتصنيع سلسلة الحماية الكاملة للشحن السريع بالتيار المستمر عالي الجهد: موصلات التيار المستمر عالي الجهد المصنوعة من السيراميك والإيبوكسي مصنفة حتى 2500 فولت تيار مستمر، صمامات أشباه الموصلات من طراز BS88 وطراز أمريكا الشمالية, أجهزة حماية التيار المستمرو مفاتيح العزل ومحولات التيار المتبقي للعزل ومراقبة الأعطال الأرضية. جميع منتجاتنا مزودة بشهادات اعتماد UL أو CE أو CCC أو CB، وتدعم التصنيع وفقًا لمعيار IATF16949. سواء كنت تبحث عن موزع واحد أو مركز شحن متعدد المنافذ، سيساعدك فريقنا الهندسي في مطابقة مواصفات الجهاز مع دراسة تيار العطل لديك. تحدث إلى مهندس تطبيقات HIITIO استفسر اليوم عن متطلبات الحماية الخاصة بك من خلال خدمة الشحن السريع بالتيار المستمر.