حاسبة الوقت

ما المدة التي يستغرقها شحن السيارة الكهربائية؟ يعتمد ذلك على سعة البطارية، وقوة الشاحن، ومقدار الشحن الذي تحتاجه.

تستخدم حاسبة وقت شحن السيارات الكهربائية المعادلة: الوقت = كيلوواط-ساعة للبطارية × نسبة الشحن% / (كيلوواط للشاحن × كفاءة الشحن).

قارن لسيارتك المحددة:

• المستوى الأول (أكثر من 40 ساعة)
• المستوى الثاني (4-10 ساعات)
• الشحن السريع بالتيار المستمر (20-60 دقيقة)

احسب بالضبط مقدار تكلفة شحن سيارتك الكهربائية في المنزل أو في محطة عامة.

تقوم حاسبة تكلفة شحن السيارات الكهربائية لكل كيلوواط-ساعة بضرب استهلاكك للطاقة في معدل الكهرباء لديك، مع أخذ خَسارات الكفاءة في الاعتبار.

قارن بين الشحن المنزلي والشحن السريع العام بالتيار المستمر للعثور على الخيار الأكثر اقتصاداً.

• المستوى الأول (120 فولت، 1.4 كيلوواط) مجاني التركيب ولكنه بطيء بشكل مزعج.
• المستوى الثاني (240 فولت، 7-19 كيلوواط) هو الخيار الأمثل للشحن المنزلي.
• الشحن السريع بالتيار المستمر (50-350 كيلوواط) مخصص للرحلات الطويلة.

تقارن حاسبتنا بين أنواع الشواحن الثلاثة جنباً إلى جنب، موجهةً فروق الوقت والتكلفة لحجم بطارية سيارتك الكهربائية المحددة.

وقت شحن السيارة الكهربائية هو الطاقة التي تحتاجها مقسومة على الطاقة الفعالة المُقدمة: وقت الشحن (ساعة) = [سعة البطارية (كيلوواط-ساعة) × (النسبة المستهدفة% − النسبة الحالية%) / 100] / (قدرة الشاحن (كيلوواط) × الكفاءة).

نظراً لأن القدرة بالكيلوواط تعادل الطاقة بالكيلوواط-ساعة لكل ساعة (كيلوواط = كيلوواط-ساعة/ساعة)، فإن قسمة الطاقة على القدرة تنتج الوقت بالساعات.

بالنسبة لحزمة بطاريات بقوة 75 كيلوواط-ساعة يتم شحنها من 20% إلى 80%، تكون الطاقة الداخلة للبطارية 75 × 0.60 = 45 كيلوواط-ساعة؛ وعند 7.7 كيلوواط وكفاءة 90%، يكون الوقت = 45 / (7.7 × 0.90) = 45 / 6.93 ≈ 6.5 ساعات.

يتطابق هذا النموذج الخطي مع إرشادات الشحن الصادرة عن وزارة الطاقة الأمريكية لمستويي التيار المتردد 1 و2.

يستخدم الشحن وحدتين كهربائيتين مشتقتين من النظام الدولي للوحدات (SI):

• كيلوواط-ساعة (kWh) للطاقة
• كيلوواط (kW) للقدرة

وفقاً للمعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) ونظام الوحدات الدولي (BIPM)، فإن الواط الواحد يساوي جولاً واحداً في الثانية، لذا فإن 1 كيلوواط-ساعة = 3.6 ميغاجول (1000 واط × 3600 ثانية).

ترتبط القدرة بالجهد الكهربائي والشدة بالعلاقة P = V × I، لتنتج الواط من الفولتات والأمبيرات. توفر دائرة من المستوى الثاني بجهد 240 فولت وتسحب 32 أمبير قدرة 240 × 32 = 7,680 واط ≈ 7.7 كيلوواط.

تتم فوترة سعة البطارية والطاقة المستهلكة بالكيلوواط-ساعة، بينما يُذكر خرج الشاحن ومعدل الشحن بالكيلوواط.

تكلفة الشحن هي ببساطة الطاقة المسحوبة من الشبكة مضروبة في تعريفة الكهرباء لديك: التكلفة = الطاقة (كيلوواط-ساعة) × التعريفة ($/كيلوواط-ساعة)، حيث الطاقة = كيلوواط-ساعة للبطارية × نسبة الشحن% / الكفاءة.

شحن حزمة بقوة 75 كيلوواط-ساعة من 20% إلى 80% يسحب 45 / 0.90 = 50 كيلوواط-ساعة؛ بسعر 0.14 دولار/كيلوواط-ساعة يكون الناتج 50 × 0.14 = 7.00 دولارات.

للحصول على تكلفة الميل الواحد، اقسم على الأميال المضافة: إذا كانت الكفاءة حوالي 3.5 أميال لكل كيلوواط-ساعة، فإن 45 كيلوواط-ساعة قابلة للاستخدام تضيف حوالي 157 ميلاً، وبالتالي فإن 7.00 دولارات / 157 ≈ 0.045 دولار لكل ميل.

تنشر قاعدة بيانات fuelEconomy.gov التابعة لوكالة حماية البيئة أرقام الأميال/كيلوواط-ساعة لكل طراز لتحسين هذا التقدير.

تتبع قدرة الشحن قانون أوم وعلاقة القدرة P = V × I، لذا فإن رفع الجهد أو التيار يزيد من الكيلوواط المُقدم.

• يستخدم المستوى الأول منفذاً بجهد 120 فولت وتياراً يبلغ حوالي 12 أمبير ≈ 1.4 كيلوواط.
• يستخدم المستوى الثاني جهداً يبلغ 240 فولت وتياراً من 16 إلى 80 أمبير، مما يعطي حوالي 3.8-19.2 كيلوواط.
• يتجاوز الشحن السريع بالتيار المستمر مبدل التيار المتردد إلى تيار مستمر المدمج ويدفع بجهد 400-1000 فولت مباشرة إلى البطارية، ليصل إلى 50-350 كيلوواط.

وفقاً لمعايير الشحن الصادرة عن معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) واللجنة الكهرتقنية الدولية (IEC 61851)، فإن الاستهلاك الحقيقي للسيارة محدد بشاحنها المدمج (تيار متردد) أو بحد البطارية (تيار مستمر)، لذا لا يمكن لسيارة بقوة 7.7 كيلوواط الشحن بشكل أسرع في محطة بقوة 11 كيلوواط.

لا تصل كل طاقة الشبكة إلى البطارية: يفقد جزء منها على شكل حرارة في الكابلات والشاحن المدمج والخلايا، وهو ما توضحه كفاءة الشحن (η).

طاقة الشبكة = طاقة البطارية / η، لذا فإن الكفاءة الأقل تعني أنك تدفع ثمن كيلوواط-ساعة أكثر ممَّا تخزنه.

عادة ما تكون كفاءة شحن التيار المتردد من المستوى الثاني بنسبة 85-95%، بينما يؤدي الطقس البارد، وإدارة حرارة البطارية، ومعدلات الشحن المنخفضة للغاية إلى زيادة الخسائر.

توضح فيزياء هايبرفيزيكس (جامعة جورجيا الحكومية) أن خسائر المقاومة (I²R) ترتفع مع زيادة التيار، ولهذا السبب يمكن أن يكون الشحن البطيء من المستوى الأول أقل كفاءة بشكل نسبي مقارنة بإعداد المستوى الثاني المتوافق جيداً.

يستخدم السائقون هذه الحسابات من أجل:

• التخطيط للشحن المنزلي طوال الليل
• تقدير ميزانية رحلات الطرق
• مقارنة تعريفات المرافق

يساعد تقدير وقت الشحن في تحديد ما إذا كان تركيب شاحن المستوى الثاني بجهد 240 فولت يستحق العناء مقارنة بمنفذ قياسي، وتكشف حسابات تكلفة الكيلوواط-ساعة متى تؤتي الأسعار خارج أوقات الذروة أو نظام الألواح الشمسية المنزلية ثمارها.

يطبق مديرو أساطيل السيارات نفس معادلات القدرة (P = V × I) والطاقة لتحديد حجم شواحن المستودعات وتوقع فواتير الكهرباء.

تشير دائرة المعارف البريطانية (Encyclopaedia Britannica) إلى كفاءة السيارات الكهربائية الأعلى من الخزان إلى العجلات مقارنة بمحركات الاحتراق، وهو ما تجعله مخرجات تكلفة الميل ملموسة للميزانيات الواقعية.

الشحن السريع بالتيار المستمر ليس خطياً: تقدم الشواحن ذروة القدرة عند حالة شحن منخفضة وتتراجع حاداً بالقرب من 80% للحد من الحرارة وحماية خلايا أيون الليثيوم.

وهذا يعني أن معادلة الوقت الخطي البسيطة تبالغ في تقدير السرعة بالنسبة للـ 20% الأخيرة، وقد تستغرق المساحة الأخيرة وصولاً إلى 100% وقتاً يضاهي الفترة من 20% إلى 80%.

للتخطيط الدقيق لرحلات الطرق، تعامل مع النطاق من 10% إلى 80% باعتباره نافذة الشحن السريع وتوقع تناقص العوائد بعده.

تشرح دروس الكيمياء الكهربائية في أكاديمية خان كيف أن ارتفاع المقاومة الداخلية وخطر ترسيب الليثيوم بالقرب من الشحن الكامل يفرض هذا التيار المخفض.

• الخطأ الأكثر تكراراً هو تجاهل الكفاءة واستخدام كيلوواط-ساعة البطارية مباشرة، مما يقلل من تقدير كل من الوقت والتكلفة بنسبة 5-15%.
• ثانياً، افتراض أن السيارة تشحن بالقدرة المصنفة للمحطة — حيث يحد الشاحن المدمج بقوة 7.7 كيلوواط من استهلاك التيار المتردد بغض النظر عن وجود شاحن أكبر.
• ثالثاً، تطبيق المعادلة الخطية فوق 80% عند الشحن السريع بالتيار المستمر، حيث يسيطر التراجع في السرعة.
• رابعاً، خلط الوحدات، مثل ضرب الكيلوواط في الدقائق بدلاً من الساعات (تذكر أن 1 كيلوواط × 1 ساعة = 1 كيلوواط-ساعة، وفقاً لـ NIST).
• أخيراً، نسيان خسائر الطقس البارد، والتي يمكن أن تقلل سرعة الشحن وكفاءته بنسبة 10-30%.