تحدي نظام 800 فولت: منصة شحن لنظام الشحن

أساسيات الشحن في محطة شحن 800 فولت

تتناول هذه المقالة بشكل أساسي بعض المتطلبات الأولية لجهد 800 فولتأكوام الشحنلنبدأ أولاً بشرح مبدأ الشحن: عند توصيل طرف الشحن بطرف السيارة، يقوم جهاز الشحن بتوفير (1) طاقة تيار مستمر مساعدة منخفضة الجهد لطرف السيارة لتفعيل نظام إدارة البطارية (BMS) المدمج في السيارة الكهربائية. بعد التفعيل، (2) يتم توصيل طرف السيارة بطرف جهاز الشحن، وتبادل معلمات الشحن الأساسية مثل أقصى طاقة مطلوبة للشحن من طرف السيارة وأقصى طاقة خرج من طرف جهاز الشحن. بعد مطابقة الطرفين بشكل صحيح، يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) الخاص بالسيارة بإرسال معلومات طلب الطاقة إلى...محطة شحن السيارات الكهربائيةومحطة شحن السيارات الكهربائيةسيقوم الجهاز بضبط جهد وتيار الخرج وفقًا لهذه المعلومات، وسيبدأ رسميًا بشحن السيارة، وهو المبدأ الأساسي لـوصلة الشحنويجب أن نكون على دراية به أولاً.

الشحن بجهد 800 فولت: "زيادة الجهد أو التيار"

نظرياً، إذا أردنا توفير طاقة الشحن لتقصير وقت الشحن، فهناك عادةً طريقتان: إما زيادة سعة البطارية أو زيادة الجهد؛ وفقاً لمعادلة W=Pt، إذا تضاعفت طاقة الشحن، سينخفض ​​وقت الشحن إلى النصف بشكل طبيعي؛ وفقاً لمعادلة P=UI، إذا تضاعف الجهد أو التيار، يمكن مضاعفة طاقة الشحن، وهو أمر ذُكر مراراً ويُعتبر بديهياً.

إذا كان التيار أكبر، فستظهر مشكلتان: أولاً، كلما زاد التيار، زاد حجم الكابل الذي يحتاج إلى التيار، مما يزيد من قطر السلك ووزنه، وبالتالي تزيد التكلفة، ويصبح تشغيله أكثر صعوبة على الفنيين. ثانياً، وفقاً للمعادلة Q=I²Rt، إذا كان التيار أعلى، فإن فقد الطاقة يكون أكبر، وينعكس هذا الفقد على شكل حرارة، مما يزيد من ضغط نظام التبريد. لذلك، لا شك أنه من غير المستحسن زيادة طاقة الشحن عن طريق زيادة التيار باستمرار، سواء كان ذلك للشحن أو لنظام القيادة داخل السيارة.

بالمقارنة مع الشحن السريع عالي التيار،الشحن السريع عالي الجهدينتج حرارة أقل وفقدان أقل، وقد اعتمدت شركات السيارات الرئيسية تقريبًا مسار زيادة الجهد، وفي حالة الشحن السريع عالي الجهد، يمكن نظريًا تقصير وقت الشحن بنسبة 50٪، كما يمكن أن تؤدي الزيادة في الجهد بسهولة إلى زيادة طاقة الشحن من 120 كيلو وات إلى 480 كيلو وات.

الشحن بجهد 800 فولت: "التأثيرات الحرارية المقابلة للجهد والتيار"

لكن سواءً أكان الأمر يتعلق بزيادة الجهد أو زيادة التيار، فمع زيادة قدرة الشحن، ستظهر الحرارة، إلا أن تأثير زيادة الجهد يختلف عن تأثير زيادة التيار. ومع ذلك، فإن زيادة الجهد أفضل.

بسبب المقاومة المنخفضة التي يواجهها التيار عند مروره عبر الموصل، فإن طريقة زيادة الجهد تقلل من حجم الكابل المطلوب، وتكون الحرارة المراد تبديدها أقل، ومع زيادة التيار، تؤدي الزيادة في مساحة المقطع العرضي الحامل للتيار إلى قطر خارجي أكبر ووزن أكبر للكابل، وستزداد الحرارة ببطء مع زيادة وقت الشحن، وهو أمر أكثر خفاءً، مما يشكل خطراً أكبر على البطارية.

الشحن بجهد 800 فولت: "بعض التحديات المباشرة المتعلقة بمحطات الشحن"

كما أن الشحن السريع بجهد 800 فولت يتطلب بعض المتطلبات المختلفة عند طرف عمود الشحن:

من الناحية الفيزيائية، مع زيادة الجهد، يزداد حجم تصميم الأجهزة ذات الصلة حتمًا. على سبيل المثال، وفقًا لمستوى التلوث 2 في معيار IEC60664 ومسافة مجموعة مواد العزل 1، يجب أن تتراوح مسافة جهاز الجهد العالي من 2 مم إلى 4 مم، وستزداد متطلبات مقاومة العزل نفسها. تقريبًا، يجب مضاعفة مسافة الزحف ومتطلبات العزل، مما يستدعي إعادة تصميمها مقارنةً بتصميم نظام الجهد السابق، بما في ذلك الموصلات وقضبان النحاس وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، ستؤدي زيادة الجهد إلى متطلبات أعلى لإخماد القوس الكهربائي، ومن الضروري زيادة متطلبات بعض الأجهزة مثل الصمامات وصناديق المفاتيح والموصلات، وما إلى ذلك، وهو ما ينطبق أيضًا على تصميم السيارة، وسيتم التطرق إليه في مقالات لاحقة.

يحتاج نظام الشحن عالي الجهد 800 فولت إلى إضافة نظام تبريد سائل نشط خارجي كما ذكرنا سابقًا، ولا يمكن للتبريد الهوائي التقليدي تلبية المتطلبات سواء كان تبريدًا نشطًا أو سلبيًا، وإدارة الحرارة لـمحطة شحن السيارات الكهربائيةإن درجة حرارة خط الشحن المتجه إلى نهاية المركبة أعلى من ذي قبل، وكيفية خفضها والتحكم بها على مستوى الجهاز والنظام ككل هي النقطة التي يجب على كل شركة تحسينها وإيجاد حلول لها في المستقبل. إضافةً إلى ذلك، لا تقتصر هذه الحرارة على الحرارة الناتجة عن الشحن الزائد فحسب، بل تشمل أيضًا الحرارة الناتجة عن أجهزة الطاقة عالية التردد، لذا فإن كيفية إجراء مراقبة فورية ومستقرة وفعالة وآمنة لإزالة هذه الحرارة أمر بالغ الأهمية، وهو ما لا يمثل طفرة في المواد فحسب، بل يتطلب أيضًا كشفًا منهجيًا، مثل المراقبة الفورية والفعالة لدرجة حرارة الشحن.

في الوقت الحالي، جهد الخرج لـأعمدة شحن التيار المستمرإن المتوفر في السوق بشكل أساسي هو 400 فولت، وهو ما لا يمكنه شحن بطارية الطاقة 800 فولت مباشرة، لذلك هناك حاجة إلى منتج DCDC إضافي لرفع جهد 400 فولت إلى 800 فولت، ثم شحن البطارية، الأمر الذي يتطلب طاقة أعلى وتبديلًا عالي التردد، والوحدة التي تستخدم كربيد السيليكون بدلاً من IGBT التقليدي هي الخيار السائد حاليًا، على الرغم من أن وحدات كربيد السيليكون يمكنها زيادة طاقة خرج بطاريات الشحن وتقليل الفاقد، إلا أن تكلفتها أعلى بكثير، ومتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي فيها أعلى أيضًا.

باختصار، يتطلب الأمر زيادة الجهد على مستوى النظام ومستوى الجهاز، بما في ذلك نظام إدارة الحرارة ونظام حماية الشحن، وما إلى ذلك، ويشمل مستوى الجهاز تحسين بعض الأجهزة المغناطيسية وأجهزة الطاقة.