همه چیزهایی که باید در مورد شارژ سریع بدانید

شارژ سریع چیست؟ چگونه کار می کند؟ چقدر سریع می تواند برسد؟ و چرا شبکه ای از ایستگاه های شارژ سریع برای پیشرفت خودروهای الکتریکی بسیار مهم است؟

اصول اولیه در مورد شارژ

همه باتری‌ ها ، از جمله باتری‌ های خودرو های الکتریکی – از جریان مستقیم (DC) برای شارژ و دشارژ استفاده می‌کنند.
اما شبکه الکتریکی جریان متناوب (AC) را ارائه می دهد. بنابراین AC از شبکه باید به DC تبدیل شود تا بتوان از آن برای شارژهای باتری استفاده کرد. این کار توسط یک مبدل AC/DC انجام می شود.

این مبدل AC / DC بخشی از چیزی است که ما شارژر می نامیم. شارژر ها می توانند به عنوان یک شارژر داخلی در خودرو ادغام شوند یا شارژر ها می توانند خارج از خودرو باشند (به عنوان مثال یک شارژر سریع).
امروزه تقریباً تمام خودرو های برقی دارای یک شارژر کوچک داخل هواپیما هستند. می توانید از یک کابل برای اتصال شارژر داخلی به یک سوکت معمولی AC در گاراژ خود استفاده کنید یا آن را به نقطه شارژ وصل کنید.
نقطه شارژی، جریان متناوب مورد نیاز شارژر داخلی را برای باتری شما ارائه می دهد. بنابراین نقطه شارژ در واقع یک شارژر نیست، بلکه یک سوکت هوشمند برای وصل کردن کابل شارژهای شماست.

اگر می خواهید باتری خود را سریعتر شارژ کنید، مبدل AC/DC و بنابراین شارژر باید بزرگتر باشد. اما یک شارژر بزرگ‌ تر، سنگین‌ تر است، فضای بیشتری را در خودرو اشغال می‌کند و پیچیدگی و هزینه را به خودرو اضافه می‌کند.
علاوه بر این، هر جزء در یک وسیله نقلیه برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد آن در طول عمر وسیله نقلیه ، باید از درجه خودرویی برخوردار باشد. بنابراین سازندگان خودرو معمولاً یک شارژر نسبتاً کوچک – و در نتیجه کند – را برای بهینه سازی بین این عوامل انتخاب می کنند.

شارژ سریع متفاوت است

یک شارژر خارجی که تبدیل AC/DC را انجام می‌دهد، می‌تواند بسیار بزرگ‌تر، سنگین‌تر، پیچیده‌تر و گران‌تر از یک شارژر داخلی باشد. اما سرعت آن نیز بسیار بیشتر است. به همین دلیل است که معمولاً به آنها “شارژرهای سریع DC” یا فقط ” شارژرهای سریع ” گفته می شود.
یک شارژر سریع بسیار رایج 50 کیلو وات انرژی ارائه می دهد که یک وسیله نقلیه را حدود 5 تا 15 برابر سریعتر از یک شارژر داخلی شارژ می کند.
نسل بعدی شارژرهای سریع در اوایل سال 2018 معرفی شد و 175 کیلو وات را ارائه می دهد و حتی می تواند بعداً به 350 کیلووات ارتقا یابد.

شارژ سریع چقدر کار می کند؟

باتری وسیله نقلیه از تعداد زیادی “سلول” تشکیل شده است. یک سلول کاملاً شبیه باتری قابل شارژی است که در خانه استفاده می کنید، فقط بزرگتر است.
یک تسلا مدل S با بسته باتری 85 کیلووات ساعتی شامل 7104 سلول جداگانه است. یک BMW i3 با باتری 21.6 کیلووات ساعتی فقط 96 سلول دارد، اما سلول های آن بزرگتر از سلول های مورد استفاده تسلا هستند. سلول ها همراه با تمام سیم کشی ها و بسته بندی ها، بسته باتری را تشکیل می دهند.

بسته های باتری امروزی با قابلیت شارژ سریع طراحی شده اند. به عنوان مثال، پیشرانه BMW i3 با حداکثر توان 125 کیلو وات و قدرت مداوم 75 کیلووات در حالی که شارژ سریع 50 کیلووات انجام می شود، رتبه بندی شده است.

عمر باتری

بسته باتری یک ماشین هرگز 100٪ استفاده نمی شود. ظرفیت قابل استفاده بسته باتری 21.6 کیلووات ساعتی i3 حدود 19 کیلووات ساعت یا حدود 90 درصد ظرفیت کل است. اختلاف 2.6 کیلووات ساعت به عنوان ذخیره ای برای کاهش تاثیر شارژ و تخلیه استفاده می شود.
بسته باتری به طور خودکار بین 5٪ تا 95٪ بسته باتری چرخه می کند. همه اینها توسط سیستم مدیریت باتری (BMS) مدیریت می شود و کاملاً از راننده پنهان می شود.

عواملی که بر عمر باتری موثرند :

عوامل زیادی بر عمر باتری تأثیر می‌گذارند، از جمله دما، عمر باتری ، اندازه باتری ، مواد شیمیایی ، مدت زمان شارژ کامل باتری و تعداد آن – چرخه‌ های تخلیه.
تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده انحصاری از شارژرهای سریع به سختی بر عمر باتری تأثیر می‌ گذارد که با نیسان لیف MY2012 که یکی از اولین خودروهای تمام الکتریکی بود، آزمایش شد. و تحقیقات دیگر نشان می دهد که شارژ سریع ممکن است در واقع برای عمر باتری بهتر باشد.
فناوری باتری به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و این بدان معناست که ویژگی هایی مانند سرعت شارژ و عمر باتری نیز همچنان بهبود خواهند یافت.

به عنوان یک قاعده کلی ، باتری زمانی که اندازه آن افزایش می‌یابد ، بیشتر دوام می‌آورد زیرا شارژ کمتری – چرخه‌ های تخلیه برای مسافت یکسان مورد نیاز است.

سرعت شارژ

در طول شارژ سریع ، ارتباط مداوم بین BMS و شارژر سریع وجود دارد. BMS به شارژر سریع دستور می دهد تا سرعت شارژ را تنظیم کند. این سرعت معمولا در بیان می شود کیلووات (kw ). شارژ کردن یک ماشین به مدت 1 ساعت با 50 کیلووات، 50 کیلووات ساعت انرژی به بسته باتری وارد می کند.
به طور متوسط، یک وسیله نقلیه الکتریکی از 1 کیلووات ساعت برای رانندگی 5 کیلومتر استفاده می کند. برخی از وسایل نقلیه مانند تسلا نیز سرعت را بر حسب کیلومتر برد بدست آمده در هر ساعت شارژ بیان می کنند.
بنابراین 50 کیلو وات برابر است با 250 کیلومتر در ساعت.

چرا آمپر و ولت مهم است؟

توان (بیان شده بر حسب وات) حاصل ضرب ولتاژ (ولت) و جریان (آمپر) است. هنگام شارژ با 50 کیلو وات، این معمولاً در 400 ولت و 125 آمپر (400 * 125 = 50.000 وات = 50 کیلو وات) انجام می شود.
توجه داشته باشید که این بدان معنی است که سرعت شارژ هم تحت تأثیر ولتاژ و هم جریان است. می توانید شارژ برق را با آب جاری از یک شیر آب مقایسه کنید. ولتاژ (V) را به عنوان فشار آب و جریان (A) را به عنوان اندازه شیر در نظر بگیرید.
اگر فشار را افزایش دهید، آب بیشتری جریان می یابد، و در هنگام افزایش اندازه شیر آب نیز صدق می کند.
ولتاژ مشخصه باتری است. اکثر بسته‌های باتری خودرو امروزه با شارژ کامل در حدود 400 ولت کار می‌کنند. اما وقتی یک بسته باتری به طور کامل شارژ نشود، ولتاژ کمتر خواهد شد – به عنوان مثال. 325 ولت.
ولتاژ به تدریج در هنگام شارژ افزایش می یابد ، بنابراین تأثیر مثبتی بر سرعت موثر دارد.

جریان را می توان با شارژر سریع بر اساس دستورالعمل های دریافتی از BMS افزایش یا کاهش داد .
اکثر شارژرهای سریع 50 کیلوواتی می توانند حداکثر جریان 125 آمپر را ارائه دهند، اما شارژرهای 175 کیلوواتی CCS ما می توانند تا 375 آمپر را ارائه دهند.

چه چیزی بر سرعت شارژ تاثیر می گذارد؟

حال بیایید نگاهی به عواملی بیندازیم که به غیر از ولتاژ بر سرعت شارژ تأثیر دارند. چهار جنبه اصلی وجود دارد:

1- ظرفیت بسته باتری :

به طور کلی، یک بسته باتری بزرگ تر می تواند سریع تر شارژ شود. بنابراین یک تسلا مدل S با باتری بزرگ 100 کیلووات ساعتی می تواند با قدرت بالاتری نسبت به BMW i3 با باتری 21 کیلووات ساعتی شارژ شود.
این همچنین دلیل اصلی عدم شارژ سریع خودروهای برقی هیبریدی پلاگین (PHEV) است: بسته باتری آنها به سادگی بسیار کوچک است. اکثر سازندگان PHEV سخت افزار اضافی (به عنوان مثال ورودی و سیم کشی اضافی) را در خودرو در نظر نمی گیرند.

2- وضعیت شارژ (SoC) :

هنگامی که باتری تقریباً به طور کامل شارژ می شود، سرعت شار ژ کاهش می یابد تا از گرم شدن بیش از حد سلول های باتری جلوگیری شود.
معمولاً در 80 تا 90 درصد SoC سرعت کاهش می یابد و سرعت شارژ به 100 درصد SoC کاهش می یابد. به همین دلیل است که شارژ سریع بین 0٪ و 80-90٪ SoC موثر ترین است.

3- دمای باتری :

سلول های باتری به طور موثر بین 20 تا 25 درجه سانتیگراد (68 تا 77 درجه فارنهایت) کار می کنند. هنگامی که دمای باتری خیلی پایین یا خیلی زیاد است، BMS جریان درخواستی را کاهش می دهد تا از سلامت سلول های باتری محافظت کند.
اگر بسته باتری مجهز به سیستم گرمایش یا سرمایش باشد (به عنوان مثال BMW i3)، BMS این سیستم را برای کنترل دمای سلول فعال می کند.
توجه داشته باشید که دمای باتری تنها تحت تأثیر دمای بیرون نیست، بلکه تحت تأثیر رانندگی (بزرگراه) و شارژ (سریع) نیز قرار می‌ گیرد ، زیرا به طور کلی دمای باتری را افزایش می‌ دهد.

4- شیمی باتری :

هنگام طراحی باتری ، سازندگان باید در مورد اندازه، وزن، هزینه، عمر و عملکرد باتری انتخاب کنند. به عنوان مثال، بسته به مخاطبان هدف خودرو، آن ها می توانند عملکرد باتری را نسبت به هزینه ها و وزن به خطر بیاندازند.
از طرف دیگر یک خودروی رده بالا تر عملکرد بهتری خواهد داشت و ممکن است شامل تنظیم دمای باتری باشد، اما با قیمت بالا تری نیز همراه خواهد بود.

تاثیر شارژر های سریع بر سرعت شارژ

خود شارژرهای سریع می توانند حداکثر سرعت شار ژ خودرو را محدود کنند. اگر شارژر سریع 50 کیلووات باشد ، هرگز قدرت بیشتری را ارائه نخواهد کرد، حتی اگر خودرو بتواند سریعتر شارژ شود.

همچنین ممکن است محدودیت هایی در اتصال به شبکه وجود داشته باشد یا چندین شارژر در یک مکان واحد می توانند برق را به اشتراک بگذارند که ممکن است منجر به وضعیتی شود که شارژر سریع نتواند برق کامل را تامین کند.

شارژ با قدرت بالا

در حال حاضر فقط دو استاندارد شارژ سریع باز وجود دارد: “CCS” و “CHAdeMO”.

سیستم شارژهای ترکیبی (CCS) توسط هفت خودروساز توسعه داده شد و در اصل برای شارژ تا 80 کیلو وات (در 400 ولت) طراحی شده بود.

CHAdeMO قبلاً در سال 2010 توسط انجمن CHAdeMO توسعه داده شد و ابتکار خودروسازان ژاپنی است. طراحی اولیه اجازه شارژ تا 50 کیلو وات (در 400 ولت) را می داد.

اکثر شارژرهای سریع نصب شده تا اواخر سال 2017 می توانند تا 50 کیلو وات را تحویل دهند و تقریباً تمام وسایل نقلیه الکتریکی نیز به 50 کیلو وات محدود می شوند.

نسل بعدی شارژرهای سریع

به نظر می رسد خودروسازان آلمانی مانند فولکس واگن، آئودی و پورشه موافق هستند که شارژهای فوق سریع برای استفاده از خودروهای الکتریکی حیاتی است.
در سال 2017 CharIN مشخصات یک استاندارد پیشرفته CCS را منتشر کرد که امکان شارژ تا 350 کیلو وات را فراهم می کرد. این تا هفت برابر سریعتر از یک شارژر 50 کیلو واتی است که زمان شارژ 250 کیلومتر برد را از یک ساعت به کمتر از 10 دقیقه کاهش می دهد!

مزایای ایستگاه های شارژ سریع

شارژ سریع، ظرفیت ایستگاه و صرفه جویی در مقیاس

این ایستگاه ها کلیدی برای شارژهای تعداد زیادی از وسایل نقلیه الکتریکی خواهند بود. شارژ یک خودروی الکتریکی ترکیبی از شارژ خانگی و مقصد (در محل کار، سوپرمارکت، هتل ها و غیره)، شارژ آهسته عمومی و سریع عمومی خواهد بود.

همانطور که ما به سمت استفاده بیشتری از خودروهای الکتریکی خالص در جاده ها حرکت می کنیم ، فکر کردن به ” هزینه کل زیرساخت ” برای شارژهای این خودرو ها، از جمله هزینه اتصال به شبکه ، بسیار مهم است.
ارتقاء شبکه و کاربری زمین. صرفه جویی در مقیاس می تواند به طور چشمگیری هزینه راه اندازی شبکه ای از ایستگاه های شارژ سریع را کاهش دهد و در نتیجه قیمت ها را برای مصرف کنند گان کاهش دهد.

علاوه بر صرفه جویی در مقیاس، مزایای متمایز دیگری از دسته بندی شارژرهای سریع در یک سایت وجود دارد.
ایستگاه‌ های شارژ سریع با شارژرهای متعدد و یک سایبان می‌توانند دید بسیار خوبی از برند ارائه دهند و در نتیجه باعث رشد در مکان‌های پرترافیک شوند.
ایستگاه های دارای سقف همچنین پوشش می دهند (و می توانند برق را از طریق پنل های خورشیدی تولید کنند) و ارائه خدمات اضافی را در آینده آسان تر می کنند.

مزیت اساسی دیگر ایستگاه های شارژ سریع بزرگ کاهش زمان انتظار است. اگر به طور متوسط ​​30 دقیقه برای شارژیک وسیله نقلیه فرض کنیم، یک غرفه اشغال شده به طور متوسط ​​منجر به 15 دقیقه زمان انتظار برای راننده بعدی EV می شود.
با دو شارژر این زمان به 7.5 دقیقه و با 4 شارژر به کمتر از 4 دقیقه کاهش می یابد. بنابراین یک ایستگاه مجهز به چندین شارژر سریع زمان انتظار را تا حد زیادی کاهش می دهد.