كيف تؤثر طاقة OBC على وقت الشحن؟

يعد تصنيف طاقة OBC أحد العوامل الرئيسية التي تحدد مدى سرعة شحن السيارة الكهربائية من مصدر تيار متردد. يقوم الشاحن الموجود على اللوحة (OBC) بتحويل طاقة التيار المتردد التي توفرها EVSE إلى طاقة تيار مستمر يتم التحكم فيها للبطارية ذات الجهد العالي. ومع ذلك، فإن تصنيف OBC وحده لا يحدد سرعة الشحن الفعلية. يمكن أن تؤدي طاقة التيار المتردد المتاحة، وجهد البطارية، وحدود إدارة البطارية، ودرجة الحرارة، وحالة الشحن، والأحمال المساعدة، وكفاءة التحويل إلى تقليل طاقة الشحن الفعالة.

بالنسبة لمصنعي المركبات الكهربائية وشركات تكامل المركبات، فإن السؤال العملي ليس ببساطة ما إذا كان OBC عالي الطاقة يتم شحنه بشكل أسرع. السؤال الأفضل هو ما إذا كانت السيارة والبطارية والبنية التحتية للشحن والنظام الحراري يمكنها الاستفادة بشكل فعال من طاقة OBC الإضافية.

تقدير المرحلة الأولى المفيد هو:

وقت الشحن التقريبي = الطاقة التي تحتاجها البطارية ÷ قوة الشحن الفعالة

على سبيل المثال، إذا كانت بطارية بقدرة 80 كيلووات في الساعة تحتاج إلى استعادة 40 كيلووات في الساعة من الطاقة، فإن وقت الشحن المثالي سيكون حوالي 6.1 ساعات عند 6.6 كيلووات، و3.6 ساعات عند 11 كيلووات، و1.8 ساعة عند 22 كيلووات. عادة ما يكون وقت الشحن الحقيقي أطول لأن النظام لا يعمل بالطاقة المقدرة المثالية في كل الظروف.

الوجبات السريعة الرئيسية

• ال يقوم الشاحن الموجود على اللوحة بتحويل طاقة التيار المتردد الخارجية إلى طاقة تيار مستمر مناسبة لشحن بطارية السيارة.

• تحدد الطاقة المقدرة لـ OBC حدًا أعلى لقدرة تحويل طاقة التيار المتردد للسيارة، لكن طاقة الشحن الفعلية قد تكون أقل.

• يعتمد وقت الشحن على مقدار طاقة البطارية التي سيتم استردادها وأدنى حد طاقة فعال في سلسلة الشحن.

• تكون طاقة OBC الأعلى مفيدة فقط عندما يتمكن مصدر التيار المتردد وEVSE والكابل والبطارية ونظام التبريد وأدوات التحكم في السيارة من دعمها.

• تؤثر الكفاءة على فقدان الطاقة والحمل الحراري، ولكن ينبغي تقييم أداء OBC عبر نطاق التشغيل الفعلي بدلاً من الاعتماد على قيمة كفاءة رئيسية واحدة.

تصنيف طاقة OBC وسرعة شحن التيار المتردد

ما هو الشاحن الموجود على متن الطائرة؟

تستخدم معظم السيارات الكهربائية التي تدعم الشحن بالتيار المتردد الموصّل شاحنًا موجودًا على متنها كمرحلة تحويل الطاقة من جانب السيارة إلى التيار المتردد/المستمر. يستقبل OBC مدخل التيار المتردد من معدات الشحن المتوافقة ويحوله إلى مخرج تيار مستمر منظم يمكن التحكم فيه وفقًا لمتطلبات شحن البطارية ذات الجهد العالي.

يعمل OBC عادةً مع نظام إدارة البطارية (BMS)، ووحدة التحكم في السيارة (VCU)، وواجهة الشحن، ونظام الإدارة الحرارية. لا تقبل البطارية ببساطة أي طاقة يمكن أن تنتجها OBC. يتم تنسيق جهد الشحن والتيار وفقًا لحالة شحن البطارية ودرجة الحرارة وحدود الحماية واستراتيجية شحن السيارة.

في الشحن التقليدي بالتيار المتردد، تمر الطاقة عبر OBC قبل الوصول إلى البطارية ذات الجهد العالي. في الشحن السريع DC خارج اللوحة، يقوم شاحن DC الخارجي بإجراء التحويل الرئيسي للتيار المتردد/المستمر، لذلك لا يمر شحن التيار المستمر عالي الطاقة عبر مسار تحويل طاقة التيار المتردد العادي لـ OBC.

تدعم بعض بنيات OBC أيضًا تحويل الطاقة ثنائي الاتجاه. اعتمادًا على بنية السيارة والشحن الأوسع، قد يدعم هذا تطبيقات مثل V2L أو وظائف الطاقة ثنائية الاتجاه الأخرى. ومع ذلك، فإن أجهزة OBC ثنائية الاتجاه وحدها لا توفر تلقائيًا نظام V2G أو V2H كاملاً؛ ويجب أيضًا مراعاة التحكم في السيارة، وتوافق EVSE، والاتصالات، والحماية، ومتطلبات الشبكة المعمول بها.

لماذا يهم تصنيف الطاقة OBC

يمثل تصنيف طاقة OBC قدرة تحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر المصممة للشاحن في ظل ظروف تشغيل محددة. إذا كانت السيارة تحتوي على OBC بقدرة 11 كيلووات، فإن توصيلها بنقطة شحن تيار متردد بقدرة 22 كيلووات لا يؤدي إلى شحن السيارة تلقائيًا بقدرة 22 كيلووات. تظل السيارة محدودة بقدرة OBC الخاصة بها والظروف الأخرى الموجودة على جانب السيارة.

وعلى العكس من ذلك، فإن تركيب OBC عالي الطاقة لا يضمن شحنًا أسرع عندما لا يتمكن مصدر التيار المتردد المتوفر من توفير الطاقة المطلوبة. سوف يقتصر OBC بقدرة 22 كيلووات متصل بمصدر تيار متردد يمكنه توفير 7 كيلووات فقط على مستوى الإدخال المتاح تقريبًا قبل أخذ الخسائر الأخرى وقيود المركبات في الاعتبار.

يتم تحديد طاقة شحن التيار المتردد الفعلية من خلال الحد الفعال الأكثر تقييدًا في سلسلة الشحن - وليس من خلال تصنيف لوحة OBC وحدها.

كيفية حساب وقت شحن التيار المتردد

ابدأ بالطاقة التي تحتاجها البطارية

لا تخبرك سعة البطارية وحدها بالمدة التي ستستغرقها جلسة الشحن. قم أولاً بحساب مقدار الطاقة التي يجب استعادتها بين حالة الشحن البداية والهدف.

الحساب المبسط هو:

الطاقة المطلوبة (كيلوواط ساعة) = سعة البطارية القابلة للاستخدام × زيادة SOC

على سبيل المثال، يحتاج شحن بطارية قابلة للاستخدام بقدرة 80 كيلووات في الساعة من 30% إلى 80% إلى حوالي 40 كيلووات في الساعة من الطاقة المخزنة الإضافية.

استخدم قوة شحن فعالة، وليس فقط الطاقة المقدرة

للتقدير الأولي:

وقت الشحن (ح) ≈ الطاقة المطلوبة (كيلوواط ساعة) ÷ طاقة شحن البطارية الفعالة (كيلوواط)

إذا كانت هناك حاجة إلى أخذ كفاءة التحويل بعين الاعتبار من طاقة دخل التيار المتردد، فإن أحد التقريبات المبسطة هو:

طاقة جانب البطارية ≈ طاقة إدخال التيار المتردد × كفاءة OBC

ومع ذلك، يبقى هذا مجرد تقدير. تتغير كفاءة OBC الفعلية مع جهد الإدخال، وجهد البطارية، وحمل الإخراج، ودرجة الحرارة، وطوبولوجيا أشباه الموصلات، وظروف التحكم. بالإضافة إلى ذلك، قد يتطلب نظام إدارة المباني طاقة أقل مما يمكن لـ OBC توفيره نظريًا.

*حساب مثالي توضيحي يعتمد على الطاقة ÷ الطاقة المقدرة. سيكون وقت الشحن الفعلي أطول أو مختلفًا اعتمادًا على الكفاءة وطاقة التيار المتردد المتاحة وحدود البطارية ودرجة الحرارة وSOC واستراتيجية التحكم في السيارة.

ما الذي يحد من قوة شحن التيار المتردد الفعلية؟

من منظور تطوير السيارة، يجب التعامل مع طاقة الشحن على أنها سلسلة نظام كاملة بدلاً من كونها مواصفات OBC معزولة.

عندما يكون مصدر EVSE أو التيار المتردد هو عنق الزجاجة

فكر في منصة EV مجهزة بـ OBC بقدرة 11 كيلووات. إذا كان محرك EVSE المتوفر يوفر ما يقرب من 7 كيلووات، فلن تتمكن السيارة من استخدام قدرة OBC الكاملة البالغة 11 كيلووات. في حالة التشغيل هذه، يصبح مصدر التيار المتردد المنبع هو الحد الأساسي للطاقة.

يمكن للبنية التحتية للشحن المشتركة أن تخلق تأثيرًا مماثلاً. قد تقوم مستودعات الأسطول أو المرافق التجارية بتوزيع الطاقة المتاحة ديناميكيًا بين مركبات متعددة متصلة. حتى لو كانت كل مركبة تحتوي على OBC بقدرة 11 كيلووات أو 22 كيلووات، فقد تتلقى كل مركبة طاقة أقل عندما تكون إدارة الحمل على مستوى الموقع نشطة.

ولهذا السبب يجب على مصنعي السيارات الكهربائية تقييم البنية التحتية لشحن السوق المستهدفة عند تحديد طاقة OBC. يؤدي التصنيف الأعلى إلى إنشاء قيمة فقط عندما تتمكن بيئة التشغيل المقصودة من توفير طاقة تيار متردد كافية لاستخدامها بشكل منتظم.

عندما يكون OBC هو عنق الزجاجة

إذا كانت نقطة شحن التيار المتردد يمكنها توفير 22 كيلووات ولكن السيارة تستخدم OBC بقدرة 6.6 كيلووات، فلن تتمكن السيارة من تحويل طاقة التيار المتردد عند 22 كيلووات. في هذه الحالة، OBC هو الحد الأساسي.

وينطبق المبدأ نفسه على تقييمات طاقة OBC الأخرى: عندما تتجاوز طاقة التيار المتردد المتوفرة طاقة الشحن المقدرة لـ OBC، يصبح OBC هو العامل المحدد في سلسلة الشحن.

عندما تكون البطارية أو BMS هي عنق الزجاجة

يتحكم نظام إدارة المباني (BMS) في جهد شحن البطارية والتيار المسموح به وفقًا لحالة البطارية والكيمياء ودرجة الحرارة وتوازن الخلايا ومتطلبات الحماية. لذلك، حتى لو كان بإمكان كل من EVSE وOBC دعم مستوى طاقة أعلى، فقد يطلب نظام إدارة المباني (BMS) تيار شحن أقل.

يمكن أن يصبح هذا التأثير أكثر وضوحًا في حالة الشحن العالي أو في ظل الظروف الحرارية غير المواتية. لذلك يجب أن يعتمد سلوك الشحن على إستراتيجية التحكم الفعلية في البطارية بدلاً من افتراض طاقة OBC ذات التصنيف الثابت من البداية وحتى نهاية كل جلسة شحن.

مقارنة تقييمات قوة OBC الشائعة

لا ينبغي تخصيص طاقة OBC لفئات المركبات من خلال قواعد صارمة مثل '6.6 كيلو واط للسيارات العائلية' أو '22 كيلو واط للسيارات الفاخرة'. إن بنية السيارة ودورة العمل لها أهمية أكبر من شريحة السعر.

على سبيل المثال، تشتمل محفظة OBC الحالية لشركة Landworld على مستويات طاقة متعددة لبرامج الركاب والتجارية والطرق الوعرة والرافعات الشوكية والبحرية والمركبات الكهربائية المتخصصة. وبالتالي يمكن للمشاريع المختلفة استخدام تصنيفات OBC مماثلة لأسباب مختلفة جدًا.

مدخل تيار متردد أحادي الطور وثلاثي الطور

يؤثر تكوين الطور على مقدار طاقة التيار المتردد التي يمكن توفيرها عمليًا ضمن بنية شبكة معينة، ولكن لا ينبغي وصف الشحن ثلاثي الطور بأنه 'أكثر كفاءة' بطبيعته في كل موقف.

على سبيل المثال، يتم تحقيق شحن تيار متردد بقدرة 11 كيلووات تقريبًا باستخدام بنية تحتية ثلاثية الطور 400 من الفئة V عند حوالي 16 أمبير لكل مرحلة. يرتبط حوالي 22 كيلووات عادةً بحوالي 32 أمبير لكل مرحلة في ظل بنية تحتية مماثلة ثلاثية الطور. تعتمد المتطلبات الفعلية على OBC ومواصفات السوق.

تظل حلول OBC أحادية الطور مناسبة للعديد من تطبيقات المركبات، خاصة عندما لا تبرر البنية التحتية للسوق المستهدف أو دورة العمل أو التكلفة أو التغليف بنية ثلاثية المراحل.

لمزيد من التفاصيل حول أداء الشحن بالتيار المتردد بقدرة 11 كيلووات، راجع دليل Landworld لـ سرعة الشحن 11 كيلو واط OBC.

كيف تؤثر كفاءة OBC على وقت الشحن

تحدد كفاءة OBC مقدار طاقة إدخال التيار المتردد التي يتم تحويلها إلى طاقة تيار مستمر مفيدة من جانب البطارية ومقدار الخسارة، بشكل أساسي كحرارة.

ومع ذلك، فمن المضلل تعيين نطاقات كفاءة ثابتة فقط وفقًا لتصنيف طاقة OBC - على سبيل المثال، بافتراض أن جميع المنتجات بقدرة 6.6 كيلووات لها نطاق كفاءة واحد بينما يكون كل منتج بقدرة 22 كيلووات أكثر كفاءة تلقائيًا.

تعتمد الكفاءة الفعلية على:

• جهد إدخال التيار المتردد والمرحلة

• الجهد الناتج للبطارية

• انتاج الطاقة/نقطة التحميل

• طوبولوجيا تحويل الطاقة

• تكنولوجيا أشباه الموصلات

• استراتيجية التبديل

• ظروف درجة الحرارة والتبريد

تقلل الكفاءة الأعلى من فقدان التحويل وبالتالي تقلل الفرق بين طاقة إدخال التيار المتردد وطاقة الشحن من جانب البطارية. كما أنه يخفض الحمل الحراري، والذي يمكن أن يساعد OBC في الحفاظ على الإنتاج المقدر في ظل ظروف التشغيل الصعبة.

بالنسبة للتقييم الهندسي، قم بمراجعة خريطة الكفاءة عبر نقاط التشغيل التمثيلية بدلاً من مقارنة ذروة الكفاءة فقط. انظر شرح Landworld لـ مدى كفاءة الشاحن الموجود على متن الطائرة لمزيد من المعلومات الأساسية.

درجة حرارة البطارية والخفض الحراري

يمكن أن تقلل درجة حرارة البطارية من طاقة الشحن المطلوبة

تؤثر درجة حرارة البطارية على مقدار تيار الشحن الذي يسمح به نظام إدارة المباني (BMS). في ظل الظروف الباردة، قد تقلل السيارة من تيار شحن البطارية أو تستهلك جزءًا من الطاقة الواردة لتسخين البطارية. في درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أيضًا تقليل تيار الشحن لحماية خلايا البطارية.

لهذا السبب، من الأفضل تجنب تطبيق 'أفضل درجة حرارة لشحن البطارية' أو حد حراري ثابت لكل منصة EV. تحدد كيمياء البطارية، وتصميم العبوة، ومتطلبات موردي الخلايا، ونظام التبريد، واستراتيجية التحكم نافذة درجة الحرارة المقبولة.

يعتبر التخفيض الحراري لـ OBC مهمًا أيضًا

يقوم OBC نفسه أيضًا بتوليد الحرارة أثناء تحويل الطاقة. إذا تجاوزت درجة حرارة سائل التبريد أو درجة حرارة المكونات أو الظروف المحيطة نطاق التشغيل الكامل للطاقة للشاحن، فقد يقلل النظام من الخرج لحماية إلكترونيات الطاقة.

ولذلك يجب على مصنعي المركبات تقييم:

• الطاقة المقدرة المستمرة

• نطاق التشغيل المحيط

• حدود درجة حرارة مدخل المبرد

• تدفق سائل التبريد المطلوب عند الاقتضاء

• منحنى التدهور الحراري

• سلوك الحماية وإعادة التشغيل

هذه المعلمات مهمة بشكل خاص للمركبات الكهربائية التجارية والمركبات الكهربائية المخصصة للطرق الوعرة والتي قد يتم شحنها بعد التشغيل في ظل ظروف الأحمال العالية أو درجات الحرارة المرتفعة.

كيفية اختيار طاقة OBC لبرنامج السيارة

يجب تحديد تصنيف OBC أعلى لأنه يخلق قيمة لبرنامج السيارة المستهدفة - وليس فقط لأن الرقم الأكبر بالكيلوواط يبدو أكثر تقدمًا.

خيارات الطاقة Landworld OBC لبرامج EV المختلفة

فئات طاقة متعددة وخيارات تبريد

تقوم Landworld بتطوير حلول الشحن على متن سيارات الركاب والمركبات التجارية والمركبات الكهربائية على الطرق الوعرة والرافعات الشوكية والمركبات الكهربائية البحرية وغيرها من المنصات الكهربائية المتخصصة. تيارها يشتمل نطاق الشاحن الموجود على متن الطائرة على فئات طاقة متعددة بدءًا من OBCs منخفضة الطاقة وحتى 11 كيلووات، و13 كيلووات، و20 كيلووات، و22 كيلووات، وحلول الطاقة الأعلى.

تستخدم المنتجات المختلفة أيضًا أساليب تبريد مختلفة. على سبيل المثال، تستخدم Landworld OBCs المحددة ذات الطاقة المنخفضة التبريد بالمروحة، بينما تتوفر تكوينات ذات طاقة أعلى وكثافة طاقة عالية مع التبريد السائل. يسمح ذلك بمطابقة OBC بشكل أوثق مع البنية الحرارية للمركبة بدلاً من تطبيق طريقة تبريد واحدة على كل مستوى طاقة.

تقدم Landworld أيضًا تكوينات OBC/DC-DC ثنائية الاتجاه ومتكاملة للمشاريع التي تتطلب أكثر من شحن تيار متردد مستقل.

اختيار OBC خاص بالمركبة

عند اختيار OBC، توصي Landworld بتقييم نطاق جهد البطارية، ومتطلبات طاقة الشحن، وتكوين إدخال التيار المتردد، وظروف التبريد، وواجهة الاتصال، ومساحة الحزمة، وتطبيق السيارة المستهدفة، وبيئة التشغيل المتوقعة معًا.

بالنسبة لمشاريع سيارات الركاب، يمكنك المراجعة حلول سيارات الركاب الكهربائية من Landworld . قد تتطلب منصات المركبات الأخرى مجموعات مختلفة من طاقة OBC والجهد والتبريد والتعبئة الميكانيكية.

يدعم Landworld التخصيص في مجالات مثل الطاقة والجهد وعامل الشكل لبرامج EV المختلفة. يتعلم أكثر حول Landworld أو اتصل بالفريق وأخبره بمواصفات سيارتك.

خاتمة

يؤثر تصنيف طاقة OBC بشكل مباشر على وقت الشحن المحتمل للتيار المتردد، ولكن العلاقة ليست ببساطة 'المزيد من كيلووات يساوي شحن أسرع'. معدل الشحن الحقيقي محدود بالنظام الكامل: مصدر التيار المتردد، وEVSE، والكابل والموصل، وOBC، والبطارية/BMS، والظروف الحرارية، واستراتيجية التحكم في السيارة.

بالنسبة لمصنعي المركبات الكهربائية، يجب اختيار OBC بقدرة 6.6 كيلووات، أو 11 كيلووات، أو 22 كيلووات، أو طاقة أعلى وفقًا لاستعادة الطاقة المطلوبة، ونافذة الشحن المتاحة، والبنية التحتية للسوق المستهدف، وبنية البطارية، ونظام التبريد، والتعبئة، والتكلفة.

إذا كنت تحدد متطلبات شحن التيار المتردد لمنصة EV جديدة، فاستكشف Landworld محفظة الشاحن الموجودة على متن الطائرة ، قم بمراجعة الشركة قدرات إلكترونيات الطاقة EV ، أو اتصل بـ Landworld لمعرفة متطلبات طاقة OBC المستهدفة وجهد البطارية وإدخال التيار المتردد والتبريد والاتصالات وتطبيقات السيارة.

التعليمات

كيف يمكنني تقدير وقت شحن التيار المتردد من طاقة OBC؟

حدد أولاً مقدار طاقة البطارية التي يجب استردادها. قم بتقسيم هذه الطاقة على قوة الشحن الفعالة من جانب البطارية. على سبيل المثال، قد يستغرق استرداد 40 كيلووات في الساعة عند 11 كيلووات مثاليًا حوالي 3.6 ساعة. عادةً ما يكون وقت الشحن الفعلي أطول بسبب فقد التحويل، وحدود البطارية، والظروف الحرارية، والتغيرات في طاقة التيار المتردد المتاحة.

هل يعني تصنيف OBC الأعلى دائمًا شحنًا أسرع؟

لا. يؤدي تصنيف OBC الأعلى إلى تقليل وقت الشحن فقط عندما يتمكن باقي نظام الشحن من دعم هذه الطاقة. قد تظل السيارة الكهربائية المجهزة بـ OBC بقدرة 22 كيلووات تشحن بحوالي 7 كيلووات إذا كان مصدر التيار المتردد المتصل يمكنه توفير 7 كيلووات فقط. وبالمثل، قد يطلب نظام إدارة المباني (BMS) أو النظام الحراري أقل من الطاقة المقدرة لـ OBC.

هل يمكن لـ OBC بقدرة 11 كيلو وات استخدام محطة شحن تيار متردد بقدرة 22 كيلو وات؟

نعم، إذا كانت واجهة الشحن والجهد والاتصال وتكوين الطور متوافقة. ومع ذلك، ستظل السيارة عادةً محدودة بقدرة 11 كيلووات تقريبًا من OBC بدلاً من الشحن عند معدل 22 كيلووات الكامل للمحطة.

هل الشحن ثلاثي الطور أكثر كفاءة دائمًا من الشحن أحادي الطور؟

لا. يمكن للبنية التحتية ثلاثية الطور أن تدعم طاقة تيار متردد أعلى في ظل العديد من بنيات الشبكات، لكن كفاءة التحويل تعتمد على تصميم OBC المحدد ونقطة التشغيل. لا يثبت عدد المراحل وحده أن أحد OBC سيكون أكثر كفاءة من الآخر.

كيف تؤثر كفاءة OBC على وقت الشحن؟

تعني الكفاءة الأعلى أن نسبة أكبر من طاقة إدخال التيار المتردد المتاحة تصل إلى البطارية كطاقة تيار مستمر مفيدة ويتم فقد كمية أقل كحرارة. يعتمد التأثير على إجمالي وقت الشحن على اختلاف الكفاءة وظروف التشغيل. قارن الكفاءة عبر نقاط جهد الإدخال الواقعية، وجهد البطارية، والحمل، ودرجة الحرارة بدلاً من الاعتماد فقط على ذروة الكفاءة.

هل يمكن ببساطة ترقية OBC الخاص بالمركبة الحالية لتقليل وقت الشحن؟

عادة ليس كمبادلة مكون بسيط. تم دمج OBC مع جهد بطارية السيارة ونظام التبريد والهندسة الكهربائية والاتصالات والتعبئة الميكانيكية والبرمجيات واستراتيجية السلامة والتجانس. تتطلب زيادة طاقة OBC عادةً هندسة على مستوى السيارة والتحقق من صحتها بدلاً من استبدال شاحن بآخر.

كيف يجب على الشركة المصنعة للمركبات الكهربائية الاختيار بين 6.6 كيلووات و11 كيلووات و22 كيلووات؟

قارن طاقة البطارية التي تحتاج عادةً إلى استردادها، ونافذة الشحن المطلوبة، والبنية التحتية للتيار المتردد في الأسواق المستهدفة، وجهد البطارية، وتكوين الطور، والهندسة الحرارية، والتعبئة، والتكلفة، ودورة عمل السيارة. إن تصنيف طاقة OBC المناسب هو الذي يلبي أهداف شحن برنامج السيارة مع ملاءمة البنية التحتية للتيار المتردد المتوفرة وحدود البطارية والهندسة الحرارية والتعبئة وهامش النظام.