قسمت دوازدهم دوره آنلاین

ویدیو قسمت دوازدهم دوره آنلاین

شارژ DC خودرو الکتریکی

در این ارائه به 3سوال زیر پاسخ خواهیم داد:

۱) قسمت‌های کلیدی یک شارژ DC چیست؟

2) چه مدل اتصال دهنده­‌هایی برای شارژ DC به کار می‌­روند؟

۳) محدودیت­‌های شارژ سریع DC چیست؟

شارژر off-board

ابتدا نگاهی به قسمت‌­های کلیدی شارژر DC می­‌اندازیم. شارژر‌های سریع DC معمولا در سه سطح قدرت شارژ کار می­‌کنند و برای شارژ سریع خودروهای الکتریکی با خروجی برق بین kW ۳۵۰-۵۰ طراحی شده­‌اند. با عملکرد قدرت بالا، مبدل AC/DC ، DC/DC و مدار کنترل قدرت بزر‌‌‌‌گ‌­تر و گرا‌‌ن­تر می‌­شوند. این دلیلی است که باعث می­‌شود شارژرهای DC جزو شارژرهای off-board باشند بنابراین شارژرهای DC فضایی داخل خودرو را اشغال نمی‌­کنند و شارژرهای سریع می‌­توانند توسط افراد زیادی مورد استفاده قرار گیرند. حال می­‌خواهیم جریان قدرت شارژ DC از شارژر DC به باتری الکتریکی را بررسی کنیم. در قدم اول جریان AC تامین شده توسط شبکه AC توسط مبدل درون ایستگاه شارژ AC به جریان DC تبدیل می‌­شود. سپس واحد کنترل نیرو ولتاژ و جریان مبدل DC/DC را برای کنترل جریان DC که به باتری می­‌رسد تنظیم می‌­کند. مدارهای محافظت و ایمنی وجود دارند که برای غیرفعال کردن اتصال کانکتور و خودرو الکتریکی و همچنین قطع کردن فرآیند زمان بروز خطا یا زمانی که اتصال نامناسبی بین خودرو الکتریکی و شارژر وجود دارد استفاده می‌­شود. سیستم مدیریت باتری نقش اساسی در برقراری ارتباط بین ایستگاه شارژ و کنترل ولتاژ و جریانی که به باتری می‌­رسد و عملکرد مدار محافظتی در شرایط غیر ایمن را بازی می­‌کند. به طور مثال کنترل کننده شبکه یا اختصارا CAN روی خطوط ارتباطی قدرت تحت عنوان PLC برای برقراری ارتباط بین خودرو الکتریکی و شارژر استفاده می‌­شود.

انواع اتصال دهنده های شارژر DC

حال می‌­خواهیم به بررسی انواع اتصال‌­دهنده­‌های DC بپردازیم. ۵ نوع اتصال دهنده DC در دنیا وجود دارد: اولی CCS-combo 1 است که عمدتا در آمریکا استفاده می‌­شود. دومی CCS-combo 2 است که عمدتا در اروپا استفاده می‌­شود. نوع سوم اتصال دهنده Chademo است که برای خودروهای تولید شده توسط ژاپنی‌­ها استفاده می‌­شود. نوع چهارم اتصال دهنده تسلا است که برای شارژ AC هم استفاده می‌­شود و در نهایت چین اتصال دهنده DC خاص خودش را دارد که بر اساس استاندارد GB/T است.

شارژر DC- CCS/Combo 1

سیستم شارژ ترکیبی یا اتصال دهنده­‌های CCS اتصال دهنده‌­های یک پارچه برای شارژ AC و DC هستند. این اتصال دهنده‌­ها از نوع ۱ و ۲ اتصال دهنده­‌های AC الگو گرفته‌­اند علاوه بر اینکه دو پین بسیار بزرگ در پایین برای شارژ جریان بالای DC دارند. ابتدا نگاهی به اتصال دهنده CCS 1 می‌­اندازیم. در تصویر مربوطه اتصال دهنده combo 1  در سمت چپ و ورودی خودرو در سمت راست نشان داده شده است. اتصال دهنده خودرو combo 1 از اتصال دهنده AC نوع ۱ الگو گرفته است و پین­‌های اتصال به زمین و پین­‌های سیگنال به نام­‌های Proximity pilot و control pilot ثابت باقی مانده است. به علاوه این پین‌­ها، دو پین DC برای شارژ سریع در پایین اتصال‌­دهنده‌ها اضافه شده است. روی ورودی خودرو ساختار پین­‌ها در قسمت بالایی شبیه به اتصال دهنده AC نوع ۱ برای شارژ AC و دو پین پایینی برای شارژ DC قرار گرفته‌­اند.

شارژر DC- CCS/Combo 2

به طور مشابه اتصال‌­دهنده CCS combo 2 از اتصا‌ل‌­دهنده­‌های AC نوع ۲ الگو گرفته‌­اند پین‌­های اتصال به زمین و پین­‌های سیگنال به نام‌­های Proximity pilot و control pilot ثابت باقی مانده است. علاوه این پین‌­ها، دو پین DC برای شارژ سریع در پایین اتصال­‌دهنده‌ها اضافه شده است. روی ورودی خودرو ساختار پین‌­ها در قسمت بالایی شبیه به اتصال دهنده AC نوع ۱ برای شارژ AC از جریان AC سه فاز و دو پین پایینی برای شارژ DC قرار گرفته‌­اند روی اتصال دهنده قرار گرفته است. بر خلاف اتصال دهنده­‌های نوع ۱ و ۲ که فقط از پالس اصلاح شده عرضی یا سیگنال PWM روی پین control pilot، خطوط ارتباطی قدرت یا PLC در شارژرهای combo1 و  combo 2  به کار رفته‌­اند و این روی پین control pilot تولید می‌­شود. PLC تکنولوژی­‌ای است که اطلاعات لازم برای برقراری ارتباط روی خطوط قدرت حاضر که به طور همزمان برای انتقال قدرت استفاده می­شود را حمل می­‌کند. شارژهای CCS می‌­توانند به Amps ۳۵۰ در ولتاژی بین V ۱۰۰۰-۲۰۰ برسند که ماکزیمم قدرت Kw ۳۵۰ را فراهم می‌­کند. باید در ذهن داشت که برای تامین ولتاژ و توان مورد نیاز خودروهای الکتریکی جدید اعداد ذکر شده به طور پیوسته به روز می‌­شوند.

شارژر DC- Chademo

شارژر نوع سوم DC اتصال دهنده Chamedo  است که نوع ۴ اتصال ­دهنده­‌های خودرو الکتریکی است و سه پین قدرت و شش پین سیگنال برای عملکردش دارد. اتصال دهنده Chamedo از کنترل کننده شبکه یا پروتوکول CAN برای برقراری ارتباط بین شارژر و خودرو در پین­‌های ارتباطی استفاده می­‌کند. کنترل کننده ارتباطی شبکه یک استاندارد ارتباطی قدرتمند خودرو است که به میکرو کنترل کننده‌­ها و وسایل اجازه می‌­دهد تا به طور مستقیم و بدون واسطه با هم ارتباط برقرار کنند. ولتاژ، جریان و سطح قدرت در شارژرهای chamedo بین V۵۰۰-۵۰ و تا A۴۰۰  می­‌رسد که پیک توان Kw ۲۰۰ را برای شارژ فراهم می­‌کند. انتظار می‌­رود که در آینده شارژ خودروهای الکتریکی تا V۱۰۰۰ و Kw ۴۰۰ توسط اتصال دهنده chademo  تسهیل شود.

شارژر DC- تسلا

سوپر شارژهای تسلا در آمریکا از اتصال دهنده خاص شارژ خود استفاده می‌­کنند در حالی که اروپایی‌­ها از نوع دوم اتصال دهنده­‌های Mennekes که برای شارژ DC ساخته شده­‌اند بهره می‌­گیرند. جنبه منحصر به فرد اتصال دهنده‌­های تسلا این است که از یک اتصال دهنده باری شارژ AC و DC استفاده می کند. تسلا اکنون شارژ DC تا kW  ۱۲۰ را پیشنهاد می‌­دهد که این عدد در آینده افرایش خواهد یافت.

شارژر DC- استاندارد GB/T چین

در نهایت چین استانداردهای خاص خود برای اتصال­‌دهنده را دارد که از گذرگاه CAN برای برقراری ارتباط استفاده می‌­کند. این اتصال دهنده ۵ پین قدرت، ۲ پین DC، ۲ پین برای ولتاژهای پایین کمکی و یک پین برای زمین دارد. همچنین ۴ پین دیگر دارد که دوتای آن برای  Proximity pilot و دوتای دیگر برای ارتباط CAN دارد. تا کنون این اتصال دهنده­‌ها ولتاژ اسمی V۱۰۰۰-۷۵۰ ولت و جریانی تا A۲۵۰ را فراهم کرده‌­اند.

نتیجه گیری قسمت دوازدهم دوره آنلاین

همانطور که تاکنون مشاهده کردید شارژ سریع کاملا به دلیل توان­ بالای شارژها که به Kw  ۴۰۰-۳۰۰ می‌­رسد بحثی جذاب است. نتیجه این امر شارژ در زمان­های بسیار کوتاه خواهد بود. اما قدرت شارژ سریع نمی‌­تواند بی­نهایت افزایش پیدا کند که به دلیل ۳ محدودیت شارژ سریع است. اول اینکه شارژ با جریان بالاتر اتلاف­های بیشتری را نیز هم در شارژر و هم در باتری در بر خواهد داشت. به طور مثال اگر مقاومت داخلی باتری R باشد و اتلاف در باتری توسط فرمول I2R بیان شود که I جریان شارژ است ، متوجه خواهید شد که زمانی که جریان دو برابر افزایش می­یابد اتلاف ۴ برابر خواهد شد. دومین محدودیت از باتری ­می­آید. زمانی که یک باتری سریع شارژ می­شود، SOC باتری تنها می­تواند به ۷۰ تا ۸۰ درصد SOC برسد. دلیل این است که شارژ سریع باعث ایجاد یک فاصله بین ولتاژ و حالت شارژ می­شود که هر چه باتری سریع­تر شارژ شود بیشتر می‌­شود. از این­ رو شارژ سریع معمولا در جریان ثابت باتری انجام می‌­شود و بعد از آن توان شارژ به تدریج کاهش می­‌یابد تا به منطقه ولتاژ ثابت برسد. علاوه بر این نرخ شارژ باتری با افزایش سرعت شارژ افزایش می­یابد که منجر به کاهش عمر باتری خواهد شد. سوم محدودیت از کابل شارژ ناشی می­شود. برای هر شارژر خودرو الکتریکی مهم است که کابل انعطاف پذیر و سبک باشد تا مردم بتوانند آن را به راحتی حمل و وصل کنند. برای شارژ با توان‌­های بالاتر کابل‌­هایی با ضخامت بالاتر نورد نیاز است تا اجازه عبور جریان‌­های بالاتر را بدهد.

شارژهای سریع DC امروزه می­‌توانند جریان‌­های شارژ تا A ۲۵۰ را بدون خنک­ کاری انتقال دهند. اگرچه در آینده با افزایش جریان شارژ به بالای A۲۵۰ کابل‌های شارژ سنگین‌­تر و با انعطاف پذیری کمتر خواهند شد. راه حل استفاده ار از کابل‌هایی با ضخامت کمتر برای جریان­‌های مورد نیاز با سیستم‌­های خنک کننده و مدیریت حرارت است که اجازه گرم شدن آنرا نمی‌­دهد که البته پیچیده­‌تر و هزینه­‌بر از نوع بدون خنک کننده است. 

برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید

برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید