متى يجب عليك استخدام OBC ثنائي الاتجاه؟

يستحق الشاحن المدمج ثنائي الاتجاه (OBC) أخذه في الاعتبار عندما تحتاج منصة السيارة الكهربائية إلى أكثر من الشحن التقليدي بالتيار المتردد. على عكس OBC أحادي الاتجاه، الذي يقوم في المقام الأول بتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر للبطارية ذات الجهد العالي، يمكن لـ OBC ثنائي الاتجاه أيضًا دعم تدفق الطاقة المتحكم فيه من بطارية السيارة مرة أخرى نحو حمل تيار متردد خارجي أو نظام طاقة.

بالنسبة لمصنعي المركبات الكهربائية ومتكاملي المركبات، يمكن أن تدعم هذه الإمكانية بنيات النقل من السيارة إلى التحميل (V2L)، أو من السيارة إلى المنزل أو المبنى (V2H/V2B)، أو من السيارة إلى الشبكة (V2G). ومع ذلك، لا يقوم OBC ثنائي الاتجاه وحده بإنشاء نظام V2G أو V2H كامل. يجب أيضًا أن تدعم أدوات التحكم في المركبات، واستراتيجية نظام إدارة المباني، ومعدات الشحن، وبروتوكولات الاتصال، وأجهزة الحماية، ومتطلبات الربط البيني للشبكة، واللوائح الإقليمية الوظيفة المقصودة.

ولذلك ينبغي اتخاذ قرار استخدام OBC ثنائي الاتجاه على مستوى بنية السيارة. يشرح هذا الدليل متى يضيف الشحن ثنائي الاتجاه قيمة حقيقية، وما هي متطلبات النظام الإضافية التي يجب مراعاتها، ومتى قد يظل OBC التقليدي أحادي الاتجاه هو الخيار الأكثر ملاءمة.

الوجبات السريعة الرئيسية

• أ يدعم الشاحن المدمج ثنائي الاتجاه تحويل الطاقة في اتجاهي الشحن والتفريغ.

• استخدم OBC ثنائي الاتجاه عندما تكون منصة السيارة مخصصة لدعم V2L أو V2H/V2B أو V2G أو إدارة طاقة الأسطول أو وظائف تصدير الطاقة الأخرى.

• V2H وV2G هي قدرات على مستوى النظام. يجب أن يعمل OBC مع عناصر التحكم المتوافقة في السيارة، وEVSE، والاتصالات، والحماية، والبنية التحتية للشبكة.

• قد يكون المعيار ISO 15118-20 ذا صلة عندما يكون الاتصال EV-EVSE مطلوبًا لنقل الطاقة ثنائي الاتجاه، في حين أن مشاريع AC V2G التفاعلية للشبكة قد تتضمن أيضًا متطلبات التوصيل البيني الإقليمية.

• يجب تقييم تدهور البطارية وفقًا لكيمياء البطارية ونافذة SOC وعمق التفريغ ودرجة الحرارة واستراتيجية الدورة ودورة العمل ثنائية الاتجاه المتوقعة بدلاً من الاعتماد على نسبة مئوية عالمية واحدة.

ما هو الشاحن ثنائي الاتجاه الموجود على متن الطائرة؟

تحويل الطاقة في اتجاه واحد مقابل تحويل الطاقة في اتجاهين

تقليدية تم تصميم الشاحن الموجود على اللوحة بشكل أساسي لنقل الطاقة في اتجاه واحد أثناء الشحن بالتيار المتردد. إنه يحول طاقة التيار المتردد الواردة إلى مخرج تيار مستمر منظم يمكن توصيله إلى بطارية الجر تحت سيطرة نظام إدارة المباني ونظام شحن السيارة.

أ يضيف الشاحن المدمج ثنائي الاتجاه إمكانية تحويل الطاقة العكسية. اعتمادًا على البنية، يمكن لـ OBC تحويل طاقة التيار المستمر من جانب البطارية مرة أخرى إلى خرج تيار متردد يمكن التحكم فيه لتحميل خارجي أو نظام متصل بالشبكة.

كيف يعمل تحويل الطاقة ثنائي الاتجاه

أثناء الشحن العادي بالتيار المتردد، تتدفق الطاقة الكهربائية من الشبكة أو EVSE عبر OBC إلى البطارية ذات الجهد العالي. يقوم الشاحن بتنظيم الجهد والتيار وفقًا لأوامر السيارة ونظام إدارة المباني.

أثناء التشغيل العكسي، يتم تحويل طاقة التيار المستمر من بطارية الجر مرة أخرى إلى تيار متردد. تعتمد خصائص التيار المتردد المطلوبة على التطبيق المقصود. يختلف توفير حمل خارجي معزول بشكل أساسي عن التشغيل بالتوازي مع شبكة المرافق.

يعد هذا التمييز مهمًا لأن السيارة القادرة على تشغيل جهاز من خلال V2L لا تفي تلقائيًا بمتطلبات V2G. يقدم التشغيل المتوازي للشبكة متطلبات إضافية للمزامنة، والحماية، ومكافحة الجزيرة أو سلوك التوصيل البيني ذي الصلة، والاتصالات، والترخيص، والامتثال التنظيمي.

متى يجب على مصنعي المركبات الكهربائية استخدام OBC ثنائي الاتجاه؟

تعد القدرة ثنائية الاتجاه ذات قيمة أكبر عندما يؤدي تصدير الطاقة إلى تحقيق فائدة محددة للعملاء أو التشغيل أو خدمة الشبكة. لا ينبغي جعل OBC ثنائي الاتجاه لمجرد توفر التكنولوجيا.

V2L: عندما تحتاج السيارة إلى طاقة تيار متردد خارجية

حيث يضيف V2L قيمة

تعد عملية تحميل السيارة واحدة من أكثر حالات الاستخدام ثنائية الاتجاه المباشرة لأن الطاقة من بطارية الجر تُستخدم لتشغيل الأحمال الكهربائية الخارجية بدلاً من تصديرها إلى شبكة المرافق.

يمكن أن يكون V2L ذا قيمة بالنسبة إلى:

• مركبات الخدمة التجارية التي تحتاج إلى أدوات أو معدات كهربائية

• معدات البناء والطرق الوعرة

• تطبيقات الطاقة الطارئة أو المؤقتة

• تطبيقات العمل الخارجية والمتنقلة

• المركبات ذات الأغراض الخاصة التي تتطلب طاقة تيار متردد إضافية

بالنسبة لشركة تصنيع السيارات الكهربائية، فإن المعلمات الهندسية المهمة ليست هي أنواع الأجهزة التي يمكن للمستهلك توصيلها. بدلاً من ذلك، حدد طاقة خرج التيار المتردد المطلوبة، وجهد الخرج والتردد، وقدرة التحميل الزائد، وهندسة الموصل، واستراتيجية العزل، ووظائف الحماية، ودورة العمل، والحدود الحرارية.

V2L ليس هو نفسه V2G

لا ينبغي وصف السيارة المجهزة بتقنية V2L تلقائيًا بأنها قادرة على استخدام V2G. عادةً ما يوفر V2L حملاً خارجيًا محليًا، بينما يتضمن V2G تشغيلًا متحكمًا به باستخدام شبكة كهربائية، وبالتالي يتطلب امتثالًا واستراتيجية اتصال مختلفة على مستوى النظام.

يمكن أن يوفر OBC ثنائي الاتجاه قدرة أجهزة مهمة لكلا المفهومين، ولكن يجب التحقق من صحة كل تطبيق بشكل منفصل.

V2H وV2B: عندما تصبح المركبات موارد للطاقة

تطبيقات النسخ الاحتياطي وإدارة الطاقة

تسمح معماريات V2H وV2B لبطارية EV متوافقة بالمشاركة في نظام الطاقة بالمنزل أو المبنى. وتشمل التطبيقات المحتملة الطاقة الاحتياطية، وإدارة الأحمال القصوى، والتكامل مع توليد الطاقة المتجددة المحلية، وإدارة الطاقة على أساس الوقت.

من وجهة نظر الشركة المصنعة للمركبة، تصبح هذه الوظائف ذات صلة عندما يُتوقع من المركبة المستهدفة أن تتفاعل مع نظام بيئي متوافق لإدارة الطاقة. قد يوفر OBC ثنائي الاتجاه إمكانية التحويل من جانب السيارة، ولكن يمكن أن تتضمن عناصر النظام الإضافية ما يلي:

• EVSE ثنائي الاتجاه أو معدات تصدير الطاقة المتوافقة

• اتصالات السيارة وEVSE

• معدات نقل أو عزل المبنى عند الاقتضاء

• وحدة تحكم إدارة الطاقة

• الحماية الكهربائية

• التثبيت المحلي والامتثال للكود الكهربائي

لهذا السبب، من الآمن والأكثر دقة من الناحية الفنية القول بأن OBC ثنائي الاتجاه يدعم بنية V2H بدلاً من قول OBC بمفرده 'يقوم بتشغيل المنزل'.

عندما يستحق V2H التحديد

قد تضيف وظيفة V2H قيمة منتج ذات معنى عندما يتم تطوير السيارة للأسواق حيث تعد الطاقة الاحتياطية أو إدارة الطاقة السكنية أو تكامل الطاقة المتجددة من متطلبات العملاء المهمة.

ومع ذلك، يجب على الشركة المصنعة للمعدات الأصلية تأكيد النظام البيئي المقصود مبكرًا. إن تصميم مرحلة طاقة ثنائية الاتجاه دون تحديد معدات الشحن المتوافقة والاتصالات وطاقة الخرج ومتطلبات احتياطي البطارية والامتثال الإقليمي يمكن أن يؤدي إلى قدرة الأجهزة التي لا يمكن نشرها عمليًا.

V2G: عندما يجب أن تتفاعل السيارة مع الشبكة

ما الذي يجعل V2G مختلفًا؟

يعد الاتصال من السيارة إلى الشبكة أكثر تطلبًا من خرج طاقة التيار المتردد الخارجي البسيط لأن السيارة تشارك في نظام كهربائي يعمل بالتوازي مع شبكة المرافق.

تتضمن تطبيقات V2G المحتملة ما يلي:

• إدارة شحن وتفريغ الأسطول

• المشاركة في الاستجابة للطلب

• إدارة حمل الذروة

• تجميع موارد الطاقة الموزعة

• خدمات دعم الشبكة حيثما يسمح بذلك

وتعتمد القيمة التجارية لهذه الوظائف بشكل كبير على قواعد سوق الكهرباء المحلية، وبرامج المرافق، والقياس، والتجميع، وتوافر المركبات، وأسعار الطاقة. لهذا السبب، لا ينبغي لمصنعي المعدات الأصلية أن يفترضوا أن كل مركبة قادرة على V2G ستولد إيرادات تلقائيًا لمالكها أو مشغل الأسطول.

يتطلب V2G أكثر من مجرد أجهزة ثنائية الاتجاه

يوفر OBC ثنائي الاتجاه وظيفة مهمة لتحويل الطاقة من جانب السيارة، ولكن قد تتطلب العملية المتصلة بالشبكة أيضًا ما يلي:

المعايير والاتصال لـ OBCs ثنائية الاتجاه

ISO 15118-20 واتصالات EV–EVSE

لا ينبغي وصف ISO 15118 ببساطة على أنها 'شهادة V2G' عالمية. فهي عبارة عن مجموعة من المعايير التي تغطي الاتصال بين EV وEVSE.

يحدد المعيار ISO 15118-20 على وجه التحديد رسائل الاتصال ومتطلبات التسلسل التي تدعم نقل الطاقة ثنائي الاتجاه. بالنسبة لبرنامج مركبة يهدف إلى تنفيذ الشحن الذكي أو ثنائي الاتجاه المتوافق، يجب على الشركة المصنعة للمعدات الأصلية تحديد وظائف ISO 15118 ونطاق التنفيذ المطلوبة.

متطلبات الربط البيني للشبكة

تحتاج معماريات التيار المتردد التفاعلية للشبكة أيضًا إلى مراعاة متطلبات التوصيل البيني الإقليمية. في أمريكا الشمالية، على سبيل المثال، يتناول SAE J3072 أنظمة عاكس دعم الشبكة المدمجة في المركبات الكهربائية الموصولة بالكهرباء ويحدد ترخيص EV-EVSE ذي الصلة لعملية التفريغ. الغرض منه هو استخدامه مع متطلبات IEEE 1547 وIEEE 1547.1.

تميز إرشادات UL أيضًا بين أنظمة العاكس التفاعلية للشبكة المدمجة ومعدات تصدير الطاقة الخارجية للمركبات الكهربائية. وهذا يعني أنه لا ينبغي على الشركة المصنعة للمعدات الأصلية (OEM) أن تضع معايير مثل SAE J3072 وUL 1741 وIEEE 1547 وISO 15118 في قائمة مرجعية واحدة وتفترض أنها تنطبق جميعها مباشرة على مكون OBC بنفس الطريقة.

بدلاً من ذلك، حدد:

• السوق المستهدف

• بنية ثنائية الاتجاه AC أو DC

• مسؤولية العاكس من جانب السيارة/OBC

• مسؤولية EVSE/معدات التوصيل البيني

• متطلبات الاتصالات

• استراتيجية السلامة وشهادة الشبكة المطلوبة

ما مقدار طاقة OBC ثنائية الاتجاه التي تحتاجها؟

يجب تحديد معدل الطاقة ثنائي الاتجاه من حالة الاستخدام المطلوبة بدلاً من افتراض أنه يساوي الحد الأقصى لمعدل شحن السيارة الممكن.

يمكن أن تؤثر زيادة الطاقة ثنائية الاتجاه على حجم أشباه الموصلات والمغناطيسية والتصميم الحراري وحجم العبوة ومتطلبات نظام التبريد وتصميم الموصل والتكلفة. ولذلك ينبغي التعامل معها على أنها مقايضة هندسة نظام المركبات.

للحصول على مثال للمركبات الكهربائية التجارية ذات الطاقة الأعلى، راجع Landworld's OBC ثنائي الاتجاه بقدرة 44 كيلووات للشاحنات الكهربائية.

صحة البطارية والشحن ثنائي الاتجاه

تجنب النسب العالمية لتدهور البطارية

يوفر الشحن ثنائي الاتجاه إنتاجية إضافية لطاقة البطارية، لذا يجب أخذ تأثير تقادم عمر البطارية في الاعتبار أثناء تطوير السيارة. ومع ذلك، لا توجد نسبة مئوية واحدة تمثل بدقة تأثير V2G أو V2H عبر كل بطارية EV.

يعتمد تدهور البطارية على عوامل منها:

• كيمياء الخلية

• درجة حرارة البطارية

• نافذة حالة الشحن

• عمق التفريغ

• قوة الشحن/التفريغ

• تردد الدورة

• شيخوخة التقويم

• الإدارة الحرارية للمركبة

ولهذا السبب، لا ينبغي التعامل مع ادعاءات مثل 'الاتصال من شبكة إلى غاز يسبب خسارة إضافية في السعة بنسبة 9-14% فقط على مدى عشر سنوات' كافتراض هندسي عالمي. تعتمد هذه القيم بشدة على ظروف الدراسة واستراتيجية إدارة البطارية.

استراتيجية إدارة البطارية مهمة

ينبغي للمركبة المخصصة للتشغيل المتكرر ثنائي الاتجاه أن تحدد استراتيجية لإدارة الطاقة تحمي الحد الأدنى من نطاق القيادة وتتجنب الضغط غير الضروري على البطارية.

قد يتحكم BMS وVCU في:

• الحد الأدنى من التفريغ SOC

• الحد الأقصى لـ SOC لوقوف السيارات لفترة طويلة

• أقصى قوة ثنائية الاتجاه

• حدود درجة حرارة البطارية

• الحد الأقصى لمدة التفريغ

• احتياطي الطاقة القيادة

• الحماية من الأخطاء والتدهور

ولذلك، ينبغي تصميم هدف ضمان السيارة ومتانتها حول حالة الاستخدام ثنائية الاتجاه المقصودة بدلاً من ترك سلوك V2G أو V2H غير خاضع للتحكم.

المتطلبات الحرارية والكفاءة

يتطلب التشغيل ثنائي الاتجاه أن تعمل مرحلة الطاقة بكفاءة في كلا اتجاهي التحويل. لا تكفي كفاءة الشحن الأمامي وحدها لتقييم OBC ثنائي الاتجاه.

يجب على الفرق الهندسية تقييم:

• كفاءة التيار المتردد إلى التيار المستمر أثناء الشحن

• كفاءة التيار المستمر إلى التيار المتردد أثناء تصدير الطاقة

• الكفاءة عبر نقاط التحميل التمثيلية

• نطاق تشغيل جهد البطارية

• ظروف إدخال/إخراج التيار المتردد

• وقت التشغيل المستمر ثنائي الاتجاه

• متطلبات التبريد أو تدفق الهواء

• سلوك التخفيض الحراري

يوفر Landworld خلفية إضافية حول كفاءة OBC في مقالته التي تشرح مدى كفاءة الشاحن الموجود على متن الطائرة.

عندما يكون OBC التقليدي هو الخيار الأفضل

لا تحتاج كل منصة EV إلى وظيفة ثنائية الاتجاه. قد يظل OBC التقليدي هو الخيار الهندسي الأفضل عندما:

• تتطلب السيارة شحن بطارية التيار المتردد فقط.

• لا توجد حالة استخدام محددة لـ V2L أو V2H أو V2G أو تصدير الطاقة.

• لا تدعم البنية التحتية لشحن السوق المستهدفة البنية ثنائية الاتجاه المقصودة.

• تعد تكلفة السيارة ومساحة العبوة أكثر أهمية من القدرة على تصدير الطاقة في المستقبل.

• لا يمكن تبرير متطلبات التحقق الإضافية والاتصال والسلامة والتجانس من خلال القيمة المتوقعة للعميل.

ولذلك يجب التعامل مع القدرة ثنائية الاتجاه باعتبارها أحد متطلبات المنتج مع حالة استخدام واضحة، وليس مجرد ميزة يمكن إضافتها إلى مواصفات OBC.

حلول OBC ثنائية الاتجاه من Landworld

حلول ثنائية الاتجاه لمنصات EV المختلفة

تقوم شركة Landworld Technology بتطوير حلول إمداد الطاقة على متن السيارات الكهربائية، بما في ذلك OBCs التقليدية، وOBCs ثنائية الاتجاه، ومحولات DC/DC، وأنظمة الشحن المتكاملة.

الشركة تتضمن مجموعة أجهزة الشحن المدمجة حلولاً ثنائية الاتجاه عبر مستويات طاقة مختلفة لتطبيقات الركاب والتطبيقات التجارية والطرق الوعرة والمركبات الكهربائية المتخصصة.

بالنسبة لتطبيقات سيارات الركاب، قامت Landworld أيضًا بتقييمها أداء OBC ثنائي الاتجاه في سيارات الركاب الكهربائية.

ما هي المعلومات التي يجب عليك تقديمها لمشروع OBC ثنائي الاتجاه؟

عند الاتصال بمورد OBC، حدد حالة الاستخدام ثنائية الاتجاه المقصودة من البداية. تتضمن معلومات المشروع المفيدة ما يلي:

تعمل Landworld بموجب نظام إدارة جودة السيارات المعتمد IATF 16949. بالنسبة للمشاريع ذات متطلبات السلامة الوظيفية، يمكن معالجة التطوير والتحقق من صحة ISO 26262 وفقًا للمنتج المحدد ونطاق المشروع.

لتقييم المشروع، قم بمراجعة Landworld حلول الشاحن المدمج ، اعرف المزيد عن الشركة أو اتصل بـ Landworld بخصوص سيارتك ومتطلبات الشحن ثنائي الاتجاه.

بالنسبة لبرامج سيارات الركاب، يمكنك أيضًا مراجعة Landworld's حلول سيارات الركاب الكهربائية.

خاتمة

يجب استخدام OBC ثنائي الاتجاه عندما يكون لدى منصة السيارة متطلبات واضحة لتصدير الطاقة وكذلك استقبالها. يمكن لـ V2L دعم المعدات الخارجية وتطبيقات الطاقة المتنقلة، ويمكن لـ V2H/V2B توصيل السيارة بأنظمة طاقة البناء المتوافقة، ويمكن لـ V2G أن يسمح للمركبة بالمشاركة في بنيات الطاقة التفاعلية للشبكة حيث تسمح البنية التحتية واللوائح بذلك.

ومع ذلك، لا ينبغي أن تنسب هذه الوظائف إلى OBC وحدها. يعتمد الشحن ثنائي الاتجاه الناجح على النظام الكامل، بما في ذلك البطارية، وBMS، وVCU، وEVSE، والاتصالات، والحماية، والتصميم الحراري، وواجهة الشبكة، واستراتيجية الامتثال الإقليمية.

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية للمركبات الكهربائية وشركات تكامل المركبات، فإن السؤال الصحيح ليس ببساطة 'هل نحتاج إلى شاحن ثنائي الاتجاه؟ ' بل: 'ما هي وظيفة تصدير الطاقة التي يجب أن تؤديها هذه السيارة، وتحت أي ظروف تشغيل، وما هي بنية النظام المطلوبة لدعمها بشكل موثوق؟ '

التعليمات

هل كل EV مزود بـ OBC ثنائي الاتجاه يدعم V2G؟

لا. يوفر OBC ثنائي الاتجاه إمكانية تحويل الطاقة من جانب السيارة، ولكن يتطلب V2G أيضًا أدوات تحكم متوافقة في السيارة، وEVSE، والاتصالات، ووظائف الاتصال البيني بالشبكة، والموافقة التنظيمية. الأجهزة ثنائية الاتجاه وحدها لا تضمن تشغيل V2G.

ما الفرق بين V2L وV2H وV2G؟

يوفر V2L الأحمال الكهربائية الخارجية، ويستخدم V2H طاقة السيارة ضمن نظام طاقة منزلي متوافق، ويتيح V2G للمركبة التفاعل مع شبكة المرافق. تصبح المتطلبات الفنية والتنظيمية أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي مع تحرك السيارة من الأحمال المعزولة نحو التشغيل المتوازي للشبكة.

هل ISO 15118 يجعل EV V2G قادرًا؟

ليس في حد ذاته. يحدد ISO 15118 الاتصال بين EV وEVSE، ويتضمن ISO 15118-20 متطلبات الاتصال التي تدعم نقل الطاقة ثنائي الاتجاه. لا تزال السيارة بحاجة إلى إلكترونيات طاقة مناسبة ثنائية الاتجاه، والتحكم، وتوافق EVSE، والحماية، وأي امتثال معمول به للاتصال البيني بالشبكة.

هل يؤدي الشحن ثنائي الاتجاه إلى إتلاف بطارية السيارة الكهربائية؟

يمكن أن يساهم إنتاج الطاقة الإضافية في شيخوخة البطارية، لكن التأثير الفعلي يعتمد على كيمياء البطارية ودرجة الحرارة وعمق التفريغ ونافذة SOC وطاقة التفريغ وتكرار الدورة واستراتيجية إدارة الطاقة. ليس من الدقة تطبيق نسبة تدهور واحدة على كل مركبة أو برنامج V2G.

هل يمكن لـ OBC ثنائي الاتجاه توفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار؟

يمكن أن يوفر إمكانية تحويل الطاقة العكسية من جانب السيارة من أجل بنية V2H متوافقة أو بنية طاقة احتياطية. ومع ذلك، تتطلب عملية النسخ الاحتياطي الفعلية أيضًا معدات خارجية مناسبة، ووظائف العزل أو النقل حيثما أمكن، والتحكم في السيارة، والامتثال للكود الكهربائي المحلي.

متى يجب على OEM اختيار OBC ثنائي الاتجاه؟

اختر القدرة ثنائية الاتجاه عندما تؤدي V2L أو V2H/V2B أو V2G أو إدارة طاقة الأسطول أو حالة استخدام محددة أخرى لتصدير الطاقة إلى إنشاء قيمة كافية للعملاء أو القيمة التشغيلية لتبرير متطلبات الأجهزة الإضافية والبرامج والمتطلبات الحرارية والتحقق من الصحة والامتثال.

كيف يمكن لـ Landworld دعم مشروع OBC ثنائي الاتجاه؟

تقوم Landworld بتطوير OBC ثنائي الاتجاه وحلول الطاقة المتكاملة لتطبيقات المركبات الكهربائية المختلفة. يمكن لمصنعي المركبات توفير جهد البطارية، ومتطلبات الطاقة الأمامية والخلفية، وظروف إدخال/إخراج التيار المتردد، والاتصالات، والتبريد، وقيود الحزمة، والسوق المستهدف، وحالة استخدام V2X المقصودة للتقييم الفني.