ایستگاه‌های شارژ سریع چگونه سرعت شارژ را تنظیم می‌کنند؟

اگر تا به حال با یک ماشین برقی مرده یا در حال مرگ به یک ایستگاه شارژ سریع رفته اید، فقط برای وصل شدن و تماشای پرش صفحه شارژر از 150 کیلووات به 80 کیلووات یک دقیقه بعد، احتمالاً از خود پرسیده اید: چرا سرعت تغییر می کند؟ به عنوان یک تامین کننده ایستگاه شارژ سریع، من همیشه این سوال را از صاحبان جدید خودروهای برقی، رهگذران کنجکاو و حتی صاحبان مشاغل دیگری که به دنبال نصب زیرساخت شارژ خود هستند، می‌پرسم. حقیقت این است که سرعت شارژ سریع ثابت نیست - این یک رفت و برگشت پویا بین ایستگاه، ماشین شما و حتی عوامل خارجی مانند آب و هوا و تقاضای شبکه است. بیایید نحوه کارکرد این کار و اینکه چرا برای هر کسی که به آن تکیه می‌کند اهمیت دارد، توضیح دهیمشارژ سریع برای خودروهای Evتا سفر خود را در مسیر درست نگه دارند.

ابتدا، اجازه دهید با بزرگترین بازیکن در این رقص شروع کنیم: سیستم مدیریت باتری خودروی الکتریکی یا BMS. به BMS به عنوان مغز بسته باتری خود فکر کنید. وظیفه آن نظارت بر تک تک سلول‌های باتری است - دما، وضعیت شارژ (SOC)، ولتاژ و حتی میزان جریانی که هر سلول می‌تواند در هر لحظه با خیال راحت تحمل کند. وقتی به یک شارژر سریع وصل می‌شوید، BMS و واحد کنترل خود شارژر (که اغلب به آن واحد کنترل برق یا PCU می‌گویند) با استفاده از یک پروتکل استاندارد مانند CCS یا CHAdeMO مکالمه سریعی دارند. این چت غیرقابل مذاکره است: به شارژر می‌گوید: «هی، باتری من می‌تواند X مقدار انرژی را در حال حاضر مصرف کند—بیش از آن به من ندهید، وگرنه در خطر داغ شدن بیش از حد یا آسیب رساندن به سلول‌ها خواهم بود».

به عنوان مثال، وقتی با باتری کاملاً خالی به ایستگاه می‌رسید، BMS به شارژر می‌گوید که باتری آماده است تا قدرت کامل را مصرف کند - مثلاً 350 کیلووات، که در خودروهای الکتریکی دوربرد جدیدتر رایج است. به همین دلیل است که دارندگان خودروهای برقی جدید اغلب وقتی از 0% به 50% در عرض 10 دقیقه می‌رسند شوکه می‌شوند. اما هنگامی که باتری به حدود 80٪ SOC رسید، شیمی تغییر می کند. باتری‌های لیتیوم یونی زمانی که جریان بالایی از یون‌ها از کاتد به آند وجود دارد، سریع‌تر شارژ می‌شوند، اما زمانی که آند تقریباً به طور کامل از یون‌ها اشباع شود، نمی‌تواند به همان اندازه بدون خطر آبکاری لیتیوم بپذیرد - فرآیندی که در آن فلز لیتیوم روی آند تجمع می‌یابد که می‌تواند در طول زمان باعث اتصال کوتاه شود. برای جلوگیری از این امر، BMS به شارژر می‌گوید که برق را قطع کند. ناگهان، آن شارژر 350 کیلوواتی 100 کیلو وات پمپاژ می کند و 20 درصد شارژ باقیمانده به جای 10 دقیقه، 20 یا 30 دقیقه طول می کشد. این یک نقص در شارژر نیست - BMS از باتری شما برای مدت طولانی محافظت می کند. به همین دلیل است که هر کسی که به دنبال زیرساخت قابل اعتماد و مقیاس پذیر است باید بررسی کندایستگاه های شارژ سریع خودروهای برقیطراحی شده برای کار با طیف گسترده ای از پروتکل های ارتباطی BMS.

بعدی: سخت افزار و طراحی شارژر. همه شارژرهای سریع یکسان ساخته نمی شوند و توانایی آنها برای تنظیم سرعت در هنگام پرواز به نحوه ساخت آنها بستگی دارد. اکثر شارژرهای سریع عمومی مدرن، شارژرهای سریع DC (DCFC) هستند که شارژر داخل خودرو را دور زده و جریان مستقیم را مستقیماً به باتری می فرستند - این همان چیزی است که سرعت بالایی را که همه ما به آن تکیه می کنیم را ممکن می کند. اما حتی قدرتمندترین DCFC نیز محدودیت‌هایی دارد و تنها می‌تواند به همان سرعتی که اجزای داخلی آن قادر به تحمل آن هستند، نیرو را ارائه دهد. به عنوان مثال، یک شارژر 50 کیلوواتی به دلیل ماژول‌های قدرت، سیستم خنک‌کننده و سیم‌کشی محدود شده است که تنها 50 کیلووات را در اوج فشار وارد کند. اما حتی یک شارژر 150 کیلوواتی فقط 150 کیلووات را به هر خودرویی که وصل می‌کند، تخلیه نمی‌کند. PCU آن طوری برنامه‌ریزی شده است که توان خروجی را در زمان واقعی بر اساس سیگنال‌هایی که از BMS دریافت می‌کند، بلکه بر اساس ظرفیت سخت‌افزاری خود تنظیم کند. اگر دمای داخلی شارژر خیلی بالا برود - مثلاً به دلیل اینکه به مدت سه ساعت در گرمای 95 درجه بدون توقف با 150 کیلووات کار کرده است - برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و آسیب دیدگی، برق را کاهش می دهد. به همین دلیل است که گاهی اوقات شارژری را می بینید که باید در روزهای گرم تابستان با سرعت پایین تری کار کند: این شارژر از خودش و به نوبه خود از ماشین شما محافظت می کند.

برای کسانی که شارژ را در خانه ترجیح می دهند، همان منطق اعمال می شود، هرچند در سطوح توان پایین تر. الفشارژر خانگی 50 کیلوواتیبا BMS شما برای تنظیم سرعت کار می کند، اما از آنجایی که شارژ خانگی اغلب در یک شب انجام می شود، زمانی که شما به سرعت نیاز چندانی ندارید، این شارژرها معمولاً کارایی را به اوج قدرت ترجیح می دهند. آنها همچنان تنظیم می‌شوند: اگر BMS شما بگوید باتری شما سرد است، ممکن است تا زمانی که باتری گرم شود، انرژی کمتری ارائه می‌کند تا از آسیب جلوگیری شود. اگر شبکه اوج تقاضا را تجربه می کند (مثلاً یک عصر گرم تابستانی که همه در حال استفاده از AC هستند)، شارژر خانه شما نیز ممکن است کمی برق را قطع کند تا فشار اضافی به شبکه محلی وارد نشود. به همین دلیل استنقاط شارژ در خانهطراحی‌شده با عملکرد شبکه هوشمند محبوب‌تر می‌شود—آن‌ها می‌توانند با شرکت‌های خدماتی هماهنگ کنند تا سرعت شارژ را بر اساس نیازهای شبکه تنظیم کنند، و اغلب به شما امکان می‌دهند در ساعات کم‌مصرف با هزینه کمتر شارژ کنید و در عین حال باتری خود را سالم نگه دارید.

عوامل خارجی نیز نقش زیادی در تنظیم سرعت ایستگاه های شارژ سریع دارند و یکی از کم ارزش ترین آنها دما است. باتری ها سخت هستند: وقتی خیلی سرد یا خیلی گرم هستند خوب شارژ نمی شوند. در دماهای انجماد، یون های لیتیوم بسیار کندتر حرکت می کنند، بنابراین حتی اگر BMS شما آماده پذیرش توان بالا باشد، واکنش شیمیایی نمی تواند ادامه یابد. در نتیجه، BMS سرعت شارژ را برای جلوگیری از آسیب محدود می کند. به همین دلیل است که در میانه یک روز سرد زمستانی، ممکن است متوجه شوید که شارژر سریع خود تنها نیمی از توان معمول خود را در 10 دقیقه اول شارژ ارائه می دهد. برعکس، اگر باتری خیلی داغ باشد - مانند پس از 30 دقیقه رانندگی در بزرگراه با گرمای 100 درجه - جریان یون می تواند ناپایدار شود، بنابراین BMS شارژ را تا زمانی که باتری خنک شود کند می کند. برخی از شارژرهای سریع پیشرفته همچنین دارای پیش تهویه باتری یکپارچه هستند که قبل از شروع شارژ با استفاده از برق از شبکه، باتری را گرم یا خنک می کند. اگر شارژر عمومی را با باتری سرد بالا بکشید، شارژر ممکن است اوج قدرت را برای چند دقیقه به تاخیر بیاندازد تا باتری را قبل از افزایش سرعت به دمای مطلوب خود (حدود 20 تا 25 درجه سانتیگراد) برساند و در دراز مدت در زمان شما صرفه جویی کند.

تقاضای شبکه یکی دیگر از عوامل خارجی کلیدی است، به ویژه برای ایستگاه های شارژ سریع عمومی. شرکت‌های برق معمولاً در ساعات اوج مصرف (معمولاً ظهر و اوایل عصر) برای برق بیشتر شارژ می‌کنند و برای جلوگیری از غلبه بر شبکه، بسیاری از اپراتورهای ایستگاه شارژ شارژرهایی نصب می‌کنند که می‌توانند توان خروجی را بر اساس ظرفیت شبکه تنظیم کنند. به عنوان مثال، اگر یک شبکه محلی فقط می تواند 1 مگاوات توان برای گروهی از شارژرها را پشتیبانی کند، و 10 DCFC هر کدام با توان 150 کیلووات وجود داشته باشد، سیستم مدیریت شبکه توان را به صورت دینامیکی تخصیص می دهد. اگر فقط یک ماشین شارژ شود، می تواند 150 کیلووات کامل را دریافت کند. اگر دو خودرو به طور همزمان به برق وصل شوند، سیستم توان موجود را تقسیم می‌کند - مثلاً هر کدام 100 کیلووات - بنابراین هیچکدام گرسنه نمی‌مانند و شبکه بیش از حد بارگذاری نمی‌شود. این دلیل بزرگی برای هوشمندتر بودن شارژرهای عمومی مدرن نسبت به مدل های قدیمی است. آنها می توانند نه تنها با ماشین شما، بلکه با شبکه محلی برای تنظیم سرعت در زمان واقعی ارتباط برقرار کنند و مطمئن شوند که شارژ برای همه کارآمد است. به عنوان تامین کنندهایستگاه شارژ سریع DC عمومیما واحدهای خود را با ماژول‌های داخلی مدیریت شبکه طراحی می‌کنیم که این تنظیم پویا را یکپارچه می‌سازد، بنابراین اپراتورها نگران محدودیت‌های شبکه در کاهش سرعت شارژ مشتریان خود نباشند.

همچنین مهم است که یک افسانه رایج را شکست دهیم: شارژر با قدرت بالاتر همیشه سریعتر نیست. یک شارژر 350 کیلوواتی فقط به همان سرعتی است که باتری شما می تواند برق را بپذیرد. اگر BMS خودروی برقی شما تنها می‌تواند 100 کیلووات را در یک حالت شارژ معین تحمل کند، صرفنظر از اینکه شارژر چقدر قدرتمند باشد، با وصل کردن یک شارژر 350 کیلوواتی، حداکثر 100 کیلووات را برای شما به ارمغان می‌آورد. به همین دلیل است که خودروهای برقی جدیدتر با بسته‌های باتری بزرگ‌تر و پیشرفته‌تر به گونه‌ای طراحی شده‌اند که سطح انرژی بالاتری داشته باشند تا بتوانند از سریع‌ترین شارژرهای موجود در بازار استفاده کنند. برای مثال، یک تسلا مدل 3 با باتری 75 کیلووات ساعتی می‌تواند تا 250 کیلووات انرژی مصرف کند، در حالی که یک نیسان لیف قدیمی‌تر با باتری 40 کیلووات ساعتی حداکثر 50 کیلووات ساعت مصرف می‌کند. بنابراین وقتی لیف به یک شارژر 350 کیلوواتی وصل می‌شود، برای بیشتر شارژ فقط با 50 کیلووات شارژ می‌شود، تا زمانی که به حد بالای SOC برسد، سپس حتی بیشتر کند می‌شود. این عدم تطابق عمدی است و همه چیز در مورد طول عمر باتری و ایمنی است.

بنابراین، این برای شما به عنوان یک راننده EV یا کسب و کاری که به دنبال نصب زیرساخت شارژ است چه معنایی دارد؟ برای رانندگان، درک نحوه تنظیم سرعت شارژ می تواند استرس سفرهای طولانی را از بین ببرد. اگر به شارژر برسید و سرعت آن کندتر از چیزی است که تبلیغ می شود، تقریباً هرگز شارژر معیوب نیست - این سیستم BMS شما است که از باتری شما محافظت می کند، شارژر خود را خنک می کند یا عاملی مانند دما در حال بازی است. برای کسب‌وکارها، انتخاب ایستگاه‌های شارژ مناسب به معنای مشارکت با تامین‌کنندگانی است که شارژرهایی می‌سازند که می‌توانند به طور مؤثر با همه سیستم‌های مدرن BMS EV ارتباط برقرار کنند، نیازهای شبکه خارجی را برطرف کنند و با شرایط دنیای واقعی سازگار شوند.

اگر آماده سرمایه گذاری در زیرساخت های شارژ سریع برای کسب و کار، ملک یا ناوگان خود هستید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. خط ایستگاه‌های شارژ سریع خودروهای الکتریکی ما با پروتکل‌های ارتباطی پیشرفته، تنظیم برق هوشمند، و ویژگی‌های ایمنی داخلی طراحی شده است تا از شارژ مطمئن برای هر EV، در هر زمان اطمینان حاصل شود. چه به دنبال شارژرهای سریع DC عمومی باشید، چه به دنبال راه‌حل‌های شارژ خانگی مانند شارژر خانگی ۵۰ کیلوواتی ما باشید، یا برای انتخاب راه‌اندازی مناسب برای نیازهای خود به راهنمایی نیاز داشته باشید، تیم ما می‌تواند شما را در تمام مراحل این فرآیند راهنمایی کند. با ما تماس بگیرید تا بیشتر بدانید که چگونه راه حل های شارژ ما می تواند نیازهای شما را برآورده کند و مشتریان یا رانندگان شما را شارژ و در حال حرکت نگه دارد.

مراجع

1. آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL). (2022). عملکرد شارژ سریع DC و ایمنی باتری. وزارت انرژی آمریکا
2. آژانس بین المللی انرژی (IEA). (2023). زیرساخت شارژ سریع برای وسایل نقلیه الکتریکی: فناوری، استقرار و سیاست.
3. انجمن مهندسین خودرو (SAE). (2021). استاندارد برای سیستم شارژ رسانای وسایل نقلیه الکتریکی (SAE J1772/CCS).
4. دانشگاه باتری. (2022). اصول شارژ باتری لیتیوم یونی Cadex Electronics Inc.
5. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC). (2020). الزامات ایمنی ایستگاه شارژ سریع DC (IEC 61851-23).