كيف يعمل محول شاحن EV على تحسين سرعات الشحن

نظرًا لأن المركبات الكهربائية (EVS) قد أنشأت وجودًا قويًا في سوق السيارات ، فقد قام المصنعون بقيادة التطورات في أجهزة القيادة ذات الطاقة العالية ، وقدرات البطارية الأكبر ، وسرعات شحن أسرع. لتلبية متطلبات العملاء وتوسيع نطاق قيادة النطاقات ، يستمر مصنعو EV في زيادة سعة طاقة البطارية. ومع ذلك ، فإن البطاريات الكبيرة تأتي مع أوقات شحن أطول. مع عصر محركات الاحتراق الداخلي كمصدر للطاقة الأساسية للسيارات ، ظهرت المحركات الكهربائية كبديل مفضل. يتطلع مصنعو المعدات الأصلية (OEMs) في صناعة السيارات إلى قطاع أشباه الموصلات للابتكارات الإلكترونية اللازمة لتحقيق هذا المستقبل المكهربة. في حين أن العديد من الأدوات والميزات داخل المركبات ، فإن نطاق القيادة وقدرات الشحن لا تزال مخاوف رئيسية.

فهم دور محولات شاحن EV

لقد جلب التطور السريع لسوق EV تقدمًا كبيرًا ، لكن سرعة الشحن لبطاريات المركبات والوقت المطلوب تظل عقبات كبيرة. يعد تحسين سرعة شحن البطارية وكفاءته عاملاً رئيسياً في تحديد ما إذا كان بإمكان EVs استبدال مركبات الاحتراق بالكامل.

كيف تعمل محولات شاحن EV على تحسين سرعة الشحن: تمكين الشحن عالي السرعة

استفادت تقنيات Bandgap الواسعة (WBG) ، مثل كربيد السيليكون (SIC) ، إلى حد كبير من تحويل طاقة السيارات. مقارنة بأجهزة الطاقة التقليدية مثل IGBTS ، توفر تقنيات WBG مزايا كبيرة. كما تم ابتكار الشركات المصنعة للمكونات السلبية. تضمن تصميمات الحث الجديدة أن تقنيات WBG يمكن أن تدعم طبولوجيا التبديل بشكل أسرع ، مما يتيح نطاقًا أكبر وشحن أسرع وأكثر موثوقية.

مع من المتوقع أن تتجاوز إيرادات EV 620 مليار دولار بحلول عام 2024 وتنمو بمعدل سنوي قدره 10 ٪ ، فإن الطلب على MOSFETs المتقدمة والمكونات السلبية المحسنة واضح. يركز المهندسون بشكل متزايد على تقييم هذه التقنيات لتحسين أداء الشحن والنطاق.

إدارة كفاءة تحويل الطاقة

تعتبر كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل فقدان الحرارة وتوفير الطاقة وتلبية قيود التصميم وقيود المساحة. يُنظر إلى المركبات الكهربائية بشكل متزايد على أنها مصادر محتملة لموازنة اضطرابات الشبكة (من مركبة إلى أخرى ، V2G) أو توفير طاقة طوارئ للمنازل (من السيارة إلى المنزل ، V2H). وهذا يستلزم طبولوجيا شحن ثنائية الاتجاه ، مما يؤدي إلى ابتكارات مثل محولات Totem-Pole PFC ، والجسر النشط المزدوج (DAB) ، ومحولات LLC DC/DC.

أصبحت محولات الطاقة المستندة إلى SIC ، والمعروفة بكفاءتها العالية وكثافة الطاقة ، شعبية متزايدة في إلكترونيات الطاقة. يتم تبني أجهزة SIC بسرعة في البنية التحتية للطاقة ، بما في ذلك أنظمة الطاقة الشمسية ، والمواصفات ، والتخزين ، وأنظمة شحن EV ، لقدرتها على تعزيز الكفاءة وكثافة الطاقة - اعتبارات مفتاح معالجة تكاليف البيئة والطاقة.

تقنيات الشحن التكيفية وتكامل نظام الشحن الذكي

مبادئ أنظمة الشحن الذكية

تعد أنظمة الشحن الذكية جزءًا لا يتجزأ من EVs ، وإدارة شبكات الجهد العالي والجهد المنخفض وتواصلها. إليك كيفية عملهم:

1. شبكة الجهد العالي:

   • تقوم أنظمة الشحن السريع بتحويل التيار المتردد من محطات شحن إلى طاقة DC عالية الجهد لشحن البطارية المباشر ، وغالبًا ما تصل إلى مستويات الطاقة التي تصل إلى مئات الكيلووات.
   • تستخدم أنظمة الشحن البطيئة شواحن على متن الطائرة (OBCs) لتحويل طاقة التيار المتردد الخارجية إلى العاصمة لشحنها ، مناسبة للبيئات المنزلية أو مكان العمل.

2. شبكة الجهد المنخفض:

   • تنحدر محولات DC/DC طاقة بطارية عالية الجهد إلى 12 فولت أو 24V للأنظمة المساعدة.
   • تقوم أنظمة إدارة البطاريات (BMS) بمراقبة حالات البطارية والتحكم فيها لضمان الشحن الآمن والتواصل مع محولات OBCs و DC/DC عبر إشارات CAN.

3. عملية الشحن:

   • عند توصيل قابس الشحن ، يتحقق OBC من الاتصال ويرسل طلب شحن إلى BMS.
   • تقوم BMS بتقييم حالة البطارية وتستجيب ، وتنفيذ خطوات الطاقة عالية الجهد أو خطوات الطاقة.
   • يتضمن الشحن خطوات منسقة بما في ذلك إمدادات طاقة التيار المتردد ، وإيقاظ النظام ، وشحن الكشف عن الطلب ، وشحن الأوامر ، والتوقف.

من خلال هذه العمليات ، تضمن أنظمة الشحن الذكية شحنًا آمنًا وفعالًا مع تلبية المتطلبات البيئية والتشغيلية المختلفة.

حصل نظام الشحن المتكامل على متن الطائرة على اهتمام مستمر من الأوساط الأكاديمية والصناعة. يتميز هيكلها العام ، كما هو موضح أدناه ، بالعديد من المبادئ والمزايا المتميزة:

1. المبدأ العام:
   عند إيقاف تشغيله ، يتم إعادة تشكيل نظام محرك المحرك الكهربائي في سيارة كهربائية في شاحن ، مما يتيح طاقة الشبكة لشحن البطارية. يتيح ذلك إعادة استخدام مشاركة الوقت لمكونات محرك القيادة ومكونات الطاقة ، مما يتطلب مكونات طاقة إضافية أو معدومة. يوفر هذا النهج مزايا كبيرة من حيث التكلفة والوزن والحجم.

2. ميزات إعادة التكوين:

   • تعمل اللفات الحركية عمومًا كحث من جانب الشبكة.
   • عادةً ما يتم إعادة تكوين عاكس محرك الأقراص كمحول محول بالكامل أو محول DC لإكمال تحويل الطاقة وشحن بطارية الطاقة الخاصة بالسيارة.

3. الطاقة العالية شحن الإمكانات:
   بشكل عام ، يتجاوز مستوى الطاقة في نظام محرك السيارة الكهربائية نظام الشحن الخاص به. من الناحية النظرية ، يتيح ذلك أجهزة شحن متكاملة على متن الطائرة تحقيق شحن سريع وسريع.

بالنظر إلى هذه المزايا ، تم بحث مفهوم أنظمة الشحن المتكاملة على نطاق واسع منذ بدايتها في عام 1985. في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع لتقنيات التحكم في محرك السيارات الحديثة ، وأنظمة شحن متكاملة مختلفة تعتمد على أنواع المحركات المختلفة والطوبولوجيا ظهرت ، ولكل منها خصائص فريدة وأداء. يعد تلخيص هذه الطبولوجيا وأساليب التحكم في تلخيص هذه الطبولوجيا وأساليب التحكم أمرًا ضروريًا لتوجيه الأبحاث المستقبلية.

من ناحية أخرى ، فإن صناعة السيارات الكهربائية لديها مطالب أعلى لتنظيم سرعة المحرك والتسامح مع الأخطاء. تحظى محركات الإثارة الهجينة ، التي ترث الكفاءة العالية وكثافة الطاقة لمحركات المغناطيس الدائمة التقليدية مع تقديم تنظيم مغناطيسي مباشر مثل المحركات متحمس كهربائياً ، اهتمامًا متزايدًا في السيارات الكهربائية. يوفر هيكلها الفريد وخصائصها الكهرومغناطيسية مزايا كبيرة لأنظمة الشحن المتكاملة ، مما يوفر حلولًا تكنولوجية جديدة لتطورها.

فوائد محولات شاحن EV المحسنة

لا يزال شحن الراحة يمثل تحديًا حاسمًا. بينما يمكن للسائقين شحن EVs بين عشية وضحاها في المنزل أو أثناء النهار في أماكن العمل ، توفر هذه الأساليب مستويات طاقة متفاوتة. تعزيزشاحن على متن (OBC)تتناول القدرات أوقات الشحن الطويلة ولكن أضف تحديات التعقيد والتصميم. يؤدي التحول من نظام البطارية 400V إلى 800V إلى تحسين كل من سرعة الشحن وكفاءة إخراج الطاقة مع تقليل التيارات الشحن ، وبالتالي تقصير أوقات الشحن الإجمالية.

عوامل رئيسية مثل الجهد والتبديل تردد التأثير OBC. عن طريق زيادة هذه المعلمات ، يمكن أن تتحسن قدرة OBC بشكل كبير. يتم الآن تفضيل أجهزة 1200V المستندة إلى SIC لقدرات الجهد العليا للحظر ، وتلبية متطلبات منصات EV من الجيل التالي.

الميزات الرئيسية لمحولات شاحن EV المتقدمة

1. نسبة تحويل الجهد العالي
يمكن لمحولات DC-DC المدمجة استخراج الطاقة من البطاريات عالية الجهد وتسليمها إلى أجهزة منخفضة الجهد مثل بطاريات 12V.

2. القضاء على التيار المتداول
تشمل تصميمات المحول الجديدة دوائر امتصاص خاصة للقضاء على التيارات المتداولة ، مما يعزز كفاءة تحويل الطاقة.

3. انخفاض الإخراج تموج تيار
من خلال تبني أوضاع المحول الأمامي ، تقلل المحولات تموج حث الإخراج ، مما يضمن توصيل الطاقة الأكثر سلاسة.

4. وظائف OBC متكاملة
تدمج محولات شاحن EV المتقدمة وظائف OBC ، وتمكين الشحن من الشبكة إلى الخاتم (G2V) ، وتفريغ من مركبة إلى أخرى (V2G) ، ونقل الطاقة الفعال بين البطاريات الرئيسية والمساعد.

5. اعتبارات التصميم
  ·نسب الارتفاع العالية تضمن تحويل الجهد الفعال.
  ·انخفاض تموج الإخراج يضمن القدرة المستقرة للمكونات الحساسة.

توفر هذه الميزات كفاءة عالية وموثوقية مع تعزيز أداء النظام بشكل عام وسهولة الاستخدام.

خاتمة

الكهربة والتكنولوجيا الذكية تقود صناعة السيارات إلى الأمام. تمكن التقدم في تكنولوجيا البطاريات من نمو EV ، في حين أن الأنظمة الذكية تعمل على تحسين السلامة والكفاءة. مع استمرار نمو حصة السوق EV ، ستلعب هذه الابتكارات دورًا محوريًا في تحويل مشهد النقل.