قسمت یازدهم دوره آنلاین
ویدیو قسمت یازدهم دوره آنلاین
شارژر AC
در این ارائه به ۴ سوال زیر پاسخ خواهیم داد:
۱) قسمت‌های کلیدی یک شارژر AC چیست؟
۲) یک شارژر AC چگونه کار میکند؟
۳) چه مدل اتصال دهندههایی برای شارژر AC به کار می‌روند؟
۴) قدرت شارژ AC چگونه محاسبه میشود؟
قسمت‌های شارژر AC
ابتدا نگاهی به قسمت‌های مختلف شارژر AC می‌اندازیم. در ساده‌ترین شکل شارژر AC از یک شارژر on-board استفاده میکند تا الکتریسیته را از شکل AC برای شارژ باتری به قدرت DC تبدیل کند. خودروها دارای ورودی استاندارد برای شارژ هستند و کابل شارژ، اتصال دهنده خودرو را به سوکت AC ایستگاه شارژ وصل میکند. در مواردی کابل شارژ شبیه پمپ بنزین به طور دائم به ایستگاه شارژ متصل است. برای داشتن یک پروسه ایمن و قابل اعتماد شارژ ، باید چند جزء ضروری در ایستگاه شارژ AC وجود داشته باشد. نگاهی می‌اندازیم به جریان قدرت از شارژر به خودرو الکتریکی: زمانی که شارژر و خودروی الکتریکی برای اولین بار به هم متصل می‌شوند، کنترل کننده شارژ در ایستگاه با خودرو الکتریکی ارتباط برقرار میکند. در این ارتباط اطلاعاتی شامل اتصال، وضعیت عیوب و محدودیت‌های جریان بین شارژر و خودرو الکتریکی رد و بدل میشود. برای اطمینان از فرآیند شارژ ایمن از بندهای ایمنی برای متوقف کردن شارژ در صورت بروز خطا یا اتصال نامناسب بین خودرو الکتریکی و شارژر استفاده میشود.
اساس اولیه شارژر AC
زمانی که جریان AC به خودرو الکتریکی می‌رسد، شارژر on-board یکسو کننده‌ای دارد که جریان AC را به جریان DC تبدیل میکند. سپس واحد کنترل نیرو ولتاژ و جریان مبدل DC را تنظیم میکند تا قدرتی که به باتری می‌رسد را کنترل کند. واحد کنترل نیرو نیز برای کنترل شارژ باتری به نوبه خود از سیستم مدیریت باتری یا BMS ورودی دریافت میکند. سیستم مدیریت باتری پارامترهای کلیدی باتری مثل ولتاژ، جریان و دما را کنترل میکند. سپس ورودی واحد کنترل نیرو که از مبدل DC/DC دریافت شده را برای کنترل قدرت شارژ فراهم میکند. جدا از این یک مدار محافظتی درون شارژر on-board وجود دارد. اگر ولتاژ یا جریان باتری از محدوده مجاز فراتر روند، سیستم مدیریت باتری مدار محافظتی را فعال میکند. بدین ترتیب باتری را در صورت نیاز برای عملکرد ایمن ایزوله میکند.
حال با درک اصول اولیه فرآیند شارژ AC ، نگاهی می‌اندازیم به چهار نوع اصلی اتصال دهنده‌های شارژر AC که در دنیا استفاده میشود. متاسفانه صنعت خودرو الکتریکی در رابطه با یک اتصال دهنده AC مشخص به توافق نرسیده است و بسته به برند خودرو و کشور اتصال دهنده‌ها در شکل، ابعاد و ساختار پین‌ها متفاوت‌اند. یکی از دلایل تفاوت در ولتاژ و فرکانس AC در نقاط مختلف دنیاست. به طور مثال در آمریکا قدرت با ۱۲۰ ولت و فرکانس ۶۰ هرتز در حالت تک فاز و ۲۴۰ فاز و فرکانس ۶۰ هرتز در حالت دو فاز تامین میشود در حالیکه در اروپا این اعداد ۲۳۰ ولت و ۵۰ هرتز برای حالت AC تک فاز و ۴۰۰ ولت و ۵۰ هرتز برای حالت سه فاز استفاده میشود. این تفاوت‌ها در ولتاژ، تعداد فازها و فرکانس منجر به شارژرهای متفاوت در دو ناحیه میشود. به طور کلی یک اتصال دهنده AC یک یا دو پین بزرگ برای انتقال قدرت و چند پین کوچک‌تر به خاطر برقراری ارتباط دارد. ۴ نوع اتصال دهنده AC در دنیا استفاده می‌شوند که عبارتند از : نوع ۱ اتصال دهنده‌ها که عمدتا در آمریکا و ژاپن استفاده میشود. نوع دوم اتصال دهنده‌ها که عمدتا در اروپا و همچنین خودروهای تسلا به کار گرفته می‌شوند. نوع سوم اتصال دهنده‌ها که در اروپا استفاده می‌شوند که به طور فزاینده‌ای جای خود را به اتصال دهنده‌های نسل دوم می‌دهند و در نهایت اتصال دهنده‌های اختصاصی خودرو تسلا که برای خودروهای خود در آمریکا به کار گرفته میشود. به علاوه کشور چین استانداردهای خاص خود برای اتصال دهنده دارد که شبیه به نوع دوم اتصال دهنده‌ها است. حال به بررسی تفاوت‌های این اتصال دهنده‌ها می‌پردازیم.
اتصال دهنده نوع یک
اتصال دهنده نوع اول به طور ویژه برای شارژ با جریان AC تک فاز استفاده میشود که دارای یک سطح گرد با ۵ پین است. دو پین L1 و L2 برای حریان تک فاز AC، یک پین اتصال به زمین برای حفاظت و دو پین مجزا برای برقراری ارتباط در این اتصال دهنده وجود دارد. پین‌های برقرار کننده ارتباط تحت نام‌های Proximity pilot (PP) و Control pilot (CP) شناخته می‌شوند. Proximity pilot برای اطمینان حاصل کردن از اتصال درست بین شارژر و خودرو الکتریکی و Control pilot برای کنترل جریان شارژ است. ماکزیمم ولتاژ و جریان شارژر نوع ۱، ۱۲۰ یا ۲۴۰ ولت تک فاز AC با ماکزیمم جریان ۸۰ امپر است.
اتصال دهنده نوع دو
اتصال دهنده‌های نوع دوم معمولا تحت عنوان اتصال دهنده‌های Mennekes نیز شناخته می‌شوند. اتصال دهنده‌های نوع ۲ که درسراسر اروپا استفاده میشود دارای شکل دایره‌ای و دارای لبه‌ی بالایی صاف است. ردیف بالایی از دو پین کوچک برای برقراری ارتباط تشکیل شده است که در بالا با نام آنها آشنا شدیم. ردیف وسط و ردیف پایین از ۵ پین برای انتقال جریان AC تشکیل شده است که ۳ پین برای اتصال جریان AC سه فاز و دو پین وجود دارد که یکی برای اتصال خنثی و دیگری پین اتصال به زمین است. ماکزیمم ولتاژ و جریان شارژر برای حالت تک فاز ۲۳۰ ولت و تا ۸۰ آمپر جریان و برای حالت سه فاز ولتاژ میتواند به ۴۰۰ ولت وجریان به ۶۳ آمپر برسد.
شارژر تسلا
حال به سراغ شارژرهای تسلا می‌رویم. در مورد تسلا آنها از یک اتصال دهنده خاص در آمریکا استفاده می‌کنند که در تصویر می‌بینیم. در اروپا خودروهای تسلا از اتصال دهنده‌های نوع ۲ برای شارژ خودروها استفاده می‌کنند. بر خلاف سایر تولید کننده‌های خودرو تسلا منحصر به فرد است چراکه از یک اتصال دهنده برای شارژ AC و DC استفاده میکند. با این اتصال دهنده‌های آمریکایی تسلا ماکزیمم قدرت KW ۱۷.۲ از یک خروجی AC ۲۴۰ ولت میتواند به خودرو برسد.
همانطور که بیان شد اتصال دهنده‌های نوع ۱و ۲ دو پین ارتباط دهنده دارند: Proximity pilot (PP) و Control pilot (CP) . می‌خواهیم نگاهی عمیق‌تر به عملکرد این پین‌ها داشته باشیم. پین Proximity pilot (PP) بررسی میکند که اتصال دهنده خودرو به درستی به ورودی خودرو وصل شده باشد و اتصال برقرار شود. اگر اتصال به درستی برقرار نباشد پین Proximity pilot آن را شناسایی میکند و تمام فرآیند شارژ برای موارد امنیتی غیر فعال میشود. پین Control pilot (CP) برای کنترل جریان شارژ استفاده میشود. این پین به طور مداوم یک سیگنال پالس تعدیل شده یا سیگنال PWM به خودرو ارسال میکند. بدین طریق ماکزیمم جریانی که میتواند از ایستگاه شارژ دریافت کند (IMAX) را به خودرو می‌گوید. سپس خودرو از این سیگنال PMW استفاده میکند و جریان مورد نظر را ترسیم میکند (Iac) و تضمین میکند که این مقدار از ماکزیمم جریان شارز کمتر باشد.
محاسبه قدرت شارژر
حال باید دید چگونه میتوان قدرت شارژ AC را محاسبه کرد. محاسبه قدرت شارژر AC تک فاز محصول ولتاژ تک فاز AC یعنی Vac و جریان شبکه یعنی Iac است. قدرت شارژ AC سه فاز حاصل جذر سه برابر ولتاژ سه فاز AC یعنی V3ac و Iac است. برای محاسبات قدرت AC مهم است که بدانیم جذر به معنی مربع یا مقادیر RMS ولتاژ و جریان استفاده شده است. همچنین باید در ذهن داشت که به دلیل اتلاف در سیستم شارژ تمام قدرت AC به باتری نمی‌رسد. به طور معمول شارژرهای on-board بازدهی ۹۰ تا ۹۵ درصد دارند و باقی آن در تبدیل تلف میشود. بر اساس قدرت شارژ AC که معرفی شد می‌خواهیم نگاهی به نمودار زمان شارژ-قدرت شارژ برای ابعاد مختلف باتری بیاندازیم فرض کنید اتلافی نداریم. زمان شارژ میتواند با تقسیم ظرفیت باتری (Ebatt) بر قدرت شارژ (Pch) محاسبه شود. گرافی که در تصویر می‌بینیم زمان مورد نیاز برای قدرت‌های مختلف شارژ در مورد دو سایز باتری kWh ۳۰ و kWh ۱۰۰ نشان می‌دهد. همانطور که می‌بینیم اگر باتری را با قدرت بالاتر شارژ کنیم به عنوان مثال kW ۲۲، دو ساعت برای شارژ کامل باتری زمان لازم داریم. این به خصوص برای باتری kWh ۱۰۰ صدق میکند. فرض کنید محدودیت فضایی و وزنی برای شارژر on-board و برای قدرت محدوده بالایی برای ماکزیمم جریان AC که میتواند برسد وجود دارد. این دلیلی است که اگر ما نیاز داریم باتری خودرو را سریع‌تر شارژ کنیم باید به سمت شارژ سریع باتری‌های kW ۵۰ و بالاتر با استفاده از شارژرهای off-board با استفاده از جریان DC برویم.
برای دیدن قسمت‌های بعدی دوره اینجا کلیک کنید
برای دیدن قسمت‌های قبلی دوره اینجا کلیک کنید
