میدان جنگ در عصر شارژ خودروهای برقی!

1. فن آوری کلیدی برای حل نقطه درد - شارژ فوق العاده

1.1 شارژ خودرو: منبع انرژی

بازار خودروهای انرژی جدید عملکرد قوی داشت. در حال حاضر، نرخ رشد وسایل نقلیه با انرژی جدید به طور قابل توجهی شتاب گرفته است.

شتاب برق رسانی: تقاضای زیادی برای شارژ ایجاد کرده است. روند جهانی برق رسانی آشکار است، که ناچار است تقاضای زیادی برای شارژ ایجاد کند.

شارژ داخل هواپیما: منبع انرژی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید. متفاوت از وسایل نقلیه سوختی، وسایل نقلیه برقی عمدتاً برای تامین انرژی به باتری برق روی برد متکی هستند. خودروهای برقی در حین رانندگی به طور مداوم برق مصرف می کنند. وقتی برق تمام شد، انرژی باتری باید دوباره پر شود. شکل مکمل انرژی آن تبدیل انرژی شبکه یا سایر وسایل ذخیره انرژی به انرژی باتری است و به این فرآیند شارژ می گویند. در عین حال، OBC (شارژر روی برد) به یک جزء کلیدی در فرآیند شارژ تبدیل شده است که عمدتاً مسئول شارژ باتری از طریق اتصال ولتاژ شبکه از طریق شمع شارژ یا رابط AC است.

طبقه بندی شارژ: شارژ آهسته AC: یعنی روش سنتی شارژ باتری که به عنوان شارژ معمولی نیز شناخته می شود. تجهیزات شارژ AC مبدل برق ندارند و مستقیما برق متناوب را خروجی و به خودرو متصل می کنند. شارژر داخلی، برق متناوب را برای شارژ به برق DC تبدیل می کند. بنابراین، راه حل شارژ آهسته AC را می توان با اتصال به منبع تغذیه خانگی یا یک شمع شارژ اختصاصی از طریق شارژر قابل حمل همراه با خودرو شارژ کرد.

قدرت شارژ AC به قدرت شارژر داخلی بستگی دارد. در حال حاضر شارژرهای آنبرد مدل های اصلی به 2Kw، 3.3Kw، 6.6Kw و مدل های دیگر تقسیم می شوند. جریان شارژ AC به طور کلی حدود 16-32 آمپر است و جریان می تواند DC یا AC دو فاز و AC سه فاز باشد. در حال حاضر، 4 تا 8 ساعت طول می کشد تا شارژ آهسته AC خودروهای هیبریدی به طور کامل شارژ شود و نرخ شارژ شارژ AC اساساً زیر 0.5 درجه سانتیگراد است.

مزیت شارژ آهسته AC این است که هزینه شارژ آن کم است و می توان بدون تکیه بر شمع های شارژ یا شبکه های شارژ مشترک، شارژ را تکمیل کرد. با این حال، کاستی های شارژ معمولی نیز بسیار مشهود است. بزرگترین مشکل این است که زمان شارژ طولانی است. در حال حاضر، محدوده حرکت بیشتر ترامواها بیش از 400 کیلومتر است و زمان شارژ مربوط به شارژ معمولی حدود 8 ساعت است. برای دارندگان خودرو که نیاز به رانندگی در مسافت طولانی دارند، اضطراب شارژ در جاده بسیار بیشتر از عوامل دیگر است. ثانیاً حالت شارژ شارژ معمولی شارژ با جریان کم است و حالت شارژ آن شارژ خطی است که نمی تواند به خوبی از ویژگی های باتری های لیتیومی استفاده کند.

شارژ سریع DC: مشکل شارژ وسایل نقلیه الکتریکی با شارژ آهسته AC همیشه یک نقطه دردناک اصلی بوده است. با افزایش تقاضا برای راه حل های شارژ با راندمان بالاتر برای وسایل نقلیه با انرژی جدید، راه حل های شارژ سریع همانطور که زمان نیاز دارد ظهور کرده است. شارژ سریع، شارژ سریع یا شارژ زمینی است. شمع شارژ DC دارای یک ماژول تبدیل توان داخلی است که می تواند برق متناوب شبکه یا تجهیزات ذخیره انرژی را به برق DC تبدیل کرده و مستقیماً بدون عبور از شارژر داخلی برای تبدیل، آن را به باتری خودرو وارد کند. توان شارژ DC به سیستم مدیریت باتری و توان خروجی شمع شارژ بستگی دارد و مقدار کمتری از این دو به عنوان توان ورودی در نظر گرفته می شود.

نماینده حالت شارژ سریع ایستگاه شارژ فوق العاده تسلا است. جریان و ولتاژ حالت شارژ سریع معمولاً 150-400 آمپر و 200-750 ولت است و قدرت شارژ بیشتر از 50 کیلو وات است. این روش بیشتر یک روش منبع تغذیه DC است. قدرت شارژر روی زمین زیاد است و محدوده جریان و ولتاژ خروجی گسترده است. در حال حاضر قدرت شارژ سریع تسلا در بازار به 120 کیلووات می رسد که می تواند 80 درصد برق را در نیم ساعت شارژ کند و نرخ شارژ نزدیک به 2 درجه سانتیگراد است. BAIC EV200 می تواند به 37 کیلووات برسد و نرخ شارژ حدود 1.3 درجه سانتیگراد است.

سیستم کنترل: فرآیند تبدیل تجهیزات شارژ BMS همچنین نیاز به همکاری با سیستم مدیریت BMS (سیستم مدیریت باتری) باتری برق خودروی الکتریکی دارد. بزرگترین مزیت BMS این است که در طول فرآیند شارژ، طرح شارژ باتری را با توجه به وضعیت واقعی باتری تغییر می دهد، حالت شارژ غیر خطی آن، شارژ سریع را تحت دو شرط ایمنی و عمر باتری انجام می دهد. .

توابع BMS عمدتاً شامل دسته های زیر است:

نظارت بر وضعیت قدرت: اساسی ترین محتوای نظارت بر وضعیت قدرت، نظارت بر وضعیت شارژ (SOC) باتری قدرت است. SOC به درصد باتری باقیمانده و ظرفیت باتری اشاره دارد و پارامتر اصلی برای صاحبان خودرو برای ارزیابی محدوده کروز خودروهای الکتریکی است. BMS اطلاعات پارامتر باتری (ولتاژ، جریان، دما و غیره) را در زمان واقعی با فراخوانی داده های چندین سنسور با دقت بالا روی بسته باتری نظارت می کند و دقت نظارت آن می تواند به 1 میلی ولت برسد. نظارت دقیق اطلاعات به همراه پردازش الگوریتم عالی، دقت ارزیابی توان باقیمانده باتری را تضمین می کند. در طول رانندگی روزانه، صاحبان خودرو می توانند مقدار هدف SOC را برای دستیابی به بهینه سازی پویا مصرف انرژی خودرو تعیین کنند.

نظارت بر دمای باتری: باتری های لیتیومی به دما بسیار حساس هستند. چه دما خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، مستقیماً بر عملکرد سلول باتری تأثیر می گذارد و در موارد شدید باعث آسیب غیرقابل برگشت به عملکرد باتری می شود. BMS را می توان توسط حسگرها برای اطمینان از محیط ایمن برای عملکرد باتری کنترل کرد. در زمستان که دما پایین است، BMS سیستم گرمایش را صدا می کند تا سلول های باتری را گرم کند تا به دمای شارژ مناسب برسد تا از کاهش راندمان شارژ باتری جلوگیری کند. در حالی که در تابستان زمانی که دما زیاد است یا دمای باتری خیلی زیاد است، BMS بلافاصله از خنک‌کننده عبور می‌کند. سیستم دمای باتری را کاهش می‌دهد تا ایمنی رانندگی را تضمین کند.

مدیریت انرژی باتری: خطاهای فرآیند ساخت یا ناهماهنگی در دمای واقعی باتری ها باعث تغییر ولتاژ آنها می شود. بنابراین، در طول فرآیند شارژ، ممکن است برخی از سلول های باتری به طور کامل شارژ شده باشند، در حالی که ممکن است قسمت دیگر سلول ها به طور کامل شارژ نشده باشند. سیستم BMS اختلاف ولتاژ سلول‌های باتری را به‌طور واقعی نظارت می‌کند، اختلاف ولتاژ بین هر سلول باتری را تنظیم و کاهش می‌دهد، تعادل شارژ هر سلول باتری را تضمین می‌کند، راندمان شارژ را بهبود می‌بخشد و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.

انتظار می رود 1.2 4C به یک روند صنعتی تبدیل شود

مشکل شارژ به دردسری برای مصرف کنندگان تبدیل شده است. سرعت شارژ همیشه در طول استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته است. نفوذ و گسترش سریع فعلی وسایل نقلیه الکتریکی در جهان، تأثیر سرعت شارژ بر راندمان رانندگی صاحبان خودرو و تجربه کاربر را بیشتر تقویت کرده است. لنگر انداختن روانی: پر کردن انرژی خودروهای سوخت سنتی بسیار سریع است. در سناریوهای کلی، سوخت گیری خودروهای سوخت از زمان ورود به پمپ بنزین تا خروج از پمپ بنزین بیش از 10 دقیقه طول نمی کشد. هر توقف بزرگراه با در نظر گرفتن یک خودروی الکتریکی سنتی با سرعت 400 کیلومتر ساعت، سرعت شارژ خودروهای الکتریکی به طور کلی بیش از 30 دقیقه است و تعداد کم شمع های شارژ، زمان انتظار قبل از شارژ را طولانی می کند. فناوری شارژ فعلی هیچ مزیتی نسبت به روش سوخت‌گیری خودروهای سوخت‌رسان ندارد. 10 دقیقه زمان لنگر روانی خودروهای سوختی همیشه اولین استاندارد برای مشتریان برای اندازه گیری سرعت شارژ خودروهای برقی است.

استاندارد Supercharging تصور شد. تعریف C: معمولاً از C برای بیان میزان شارژ و دشارژ باتری استفاده می کنیم. برای تخلیه، تخلیه 4C نشان دهنده قدرت فعلی است که در آن باتری در 4 ساعت به طور کامل تخلیه می شود. برای شارژ، 4C به این معنی است که در یک شدت جریان معین، 1 ساعت طول می کشد تا باتری تا 400 درصد ظرفیت آن کاملاً شارژ شود، یعنی با شدت جریان معین، باتری را می توان در عرض 15 دقیقه به طور کامل شارژ کرد. 4C چیست: 4C یک نشانگر جدید نیست، بلکه گسترش نشانگرهای سنتی شارژ و دشارژ مانند 1C و 2C است. اثر حاشیه ای تقویت ضعیف تر است. هنگامی که نرخ شارژ باتری از 4 درجه سانتیگراد بیشتر می شود، دشواری فنی افزایش می یابد و فشار فعلی روی باتری بیشتر می شود، اما تأثیر مثبت حاصل از بهبود فنی کمتر می شود. بنابراین، ما معتقدیم که 4C در حال حاضر راه حل بهینه ای است که بهبود عملکرد و مقرون به صرفه بودن فناوری باتری را ترکیب می کند.

روند تکراری نرخ شارژ باتری نیرو: در روزهای اولیه، محدود به سطح فناوری در آن زمان، نه فناوری شارژ و نه فناوری باتری اجازه نمی‌داد باتری با نرخ بالاتری شارژ شود. نرخ تنها 0.1 درجه سانتیگراد است و افزایش نرخ شارژ تأثیر زیادی بر عمر باتری خواهد داشت. با پیشرفت مداوم فناوری باتری لیتیومی و بهبود مستمر BMS، میزان شارژ و دشارژ باتری به طور قابل توجهی بهبود یافته است. نرخ شارژ اولین طرح شارژ آهسته AC زیر 0.5 درجه سانتیگراد است. با نفوذ سریع خودروهای الکتریکی در سراسر جهان در سال‌های اخیر، فناوری شارژ باتری‌های قدرت پیشرفت‌های بزرگی را ایجاد کرده است و خودروهای الکتریکی از 1C به سرعت به 2C تبدیل شده‌اند. در سال 2022 خودروهای داخلی مجهز به باتری 3C وارد بازار خواهند شد. در 23 ژوئن 2022، CATL یک باتری Kirin جدید منتشر کرد و گفت که انتظار می رود شارژ 4C سال آینده برسد.

شارژ فوق العاده تنها راه برای ارتقاء فناوری شارژ خواهد بود. مانند وسایل نقلیه جدید انرژی، تلفن‌های همراه نیز تقاضای زیادی برای سرعت شارژ دارند و فناوری شارژ نیز به طور مداوم در روند توسعه تلفن همراه در حال بهبود است: از سال 1983، Motorola DynaTAC8000X به مدت 10 ساعت شارژ و 20 دقیقه صحبت کرد و در سال 2014 OPPO Find 7 به مدت 5 دقیقه به مدت 2 ساعت صحبت می کند، اکنون بسیاری از مدل ها می توانند باتری 4500 میلی آمپر ساعتی را در 15 دقیقه به طور کامل شارژ کنند. پروتکل شارژ گوشی های هوشمند نیز از 5 ولت 1.5 آمپر USC BC 1.2 در سال 2010 به USB PD 3.1 در سال 2021 ارتقا یافته است و حداکثر ولتاژ می تواند 48 ولت را پشتیبانی کند. ما معتقدیم که چه یک گوشی هوشمند یا یک وسیله نقلیه انرژی جدید، تحقق شارژ سریع تجربه محصول را تا حد زیادی بهبود می بخشد و همچنین تنها راه برای ارتقاء فناوری است. در آینده، شارژ 4C برای وسایل نقلیه الکتریکی نیز به یک روند صنعتی تبدیل خواهد شد.

1.3 استقرار چند سازمانی شارژ فوق العاده

در حال حاضر، بسیاری از شرکت‌ها طرح‌های طرح‌بندی شارژ سریع خود را منتشر کرده‌اند و مدل‌های مرتبط از سال 2021 منتشر شده‌اند: پورشه اولین خودروی الکتریکی پلت فرم شارژ سریع 800 ولتی را راه‌اندازی کرد. BYD e platform 3.0 مطابق با مدل مفهومی ocean-X منتشر شد. جیلی جیکریپتون 001 به پلتفرم شارژ سریع 800 ولتی مجهز شده است. در همان زمان، هواوی پلتفرم ولتاژ بالا فول استک شارژ فلش هوش مصنوعی خود را منتشر کرد که انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵ به شارژ سریع ۵ دقیقه‌ای دست یابد.

1.3.1 هواوی: پلتفرم ولتاژ بالا فول استک شارژ فلش هوش مصنوعی، شارژ سریع 5 دقیقه ای را تحقق می بخشد

مسیرهای "جریان بالا" و "ولتاژ بالا" با هم وجود دارند و دومی مقرون به صرفه تر است. برای دستیابی به توان شارژ بالاتر برای رسیدن به هدف شارژ سریع، باید جریان یا ولتاژ را افزایش داد. در حال حاضر، شرکت‌های بیشتری در بازار هستند که مسیرهای فناوری «ولتاژ بالا» بیشتری نسبت به «جریان بالا» اتخاذ می‌کنند. هواوی گفت: هنگام استفاده از مسیر فناوری «ولتاژ بالا»، هزینه BMS و ماژول‌های باتری خودرو مانند مسیر «جریان بالا» است، اما چون نیازی به در نظر گرفتن تأثیر جریان بالا نیست، هزینه دسته سیم ولتاژ بالا و سیستم مدیریت حرارتی آن نسبتا کم است. 800 ولت ممکن است به جریان اصلی تبدیل شود. مدل های رایج امروزی هنوز از معماری ولتاژ 200 الی 400 ولت استفاده می کنند. به منظور دستیابی به توان بالاتر برای برآورده کردن نیازهای شارژ سریع، جریان ممکن است دو برابر شود که بر اتلاف گرما و عملکرد وسیله نقلیه تأثیر می گذارد. امروزه قطعاتی از جمله دستگاه های برق مانند SiC، کانکتورهای ولتاژ بالا و تفنگ های شارژ ولتاژ بالا بالغ شده اند. انتخاب ولتاژ بالاتر و در عین حال اطمینان از اینکه جریان در محدوده نسبتاً ایمن قرار دارد، انتخاب بهتری است.