دیدگاه نوین ریپورت

مقدمه

وسایل نقلیه الکتریکی  به دلیل کم هزینه بودن نگهداری و نداشتن آلایندگی محبوبیت دارند. برد خودروهای برقی­ها به انرژی ذخیره شده در باتری­های آن­ها بستگی دارد که می توان با استفاده از یک شارژر معمولی (AC) یا یک شارژر سریع (DC) شارژ کرد. باتری‌های موجود در خودروهای برقی می‌توانند به‌عنوان دستگاه‌های ذخیره‌سازی در فناوری‌های خودرو به خودرو (V2V) و انتقال توان از خودرو (V2L) استفاده شوند. شارژرهای سریع نقش مهمی در کاربردهای خودروهای برقی دارند. بنابراین این مقاله به‌طور جامع به بررسی جدیدترین روش‌های شارژ خودروهای برقی و راه‌حل‌های شارژ برای کاربردهای خودروهای برقی می‌پردازد.

استفاده از بنزین و گازوئیل برای حمل و نقل منجر به انتشار CO₂ و اکسیدهای نیتروژن می­شود. وسیله نقلیه برقی هیبریدی (HEV) یک وسیله نقلیه با آلایندگی کم و وسیله نقلیه برقی (EV) یک وسیله نقلیه بدون آلایندگی است. وسایل نقلیه برقی به شکل دو چرخه، سه چرخه، خودرو و اتوبوس در حال استفاده هستند و درصد وسایل نقلیه برقی از کل تعداد وسایل نقلیه به تدریج در حال افزایش است. دولت مرکزی و بسیاری از دولت‌های ایالتی استفاده از وسایل نقلیه برقی را از طریق یارانه ورودی و مالیات کمتر بر روی وسایل نقلیه برقی تشویق می‌کنند. با این حال، افزایش تعداد وسایل نقلیه برقی مسائل جدیدی را برای سیستم های برق مانند اضافه بار بیش از حد و کیفیت برق به همراه خواهد داشت. شرکت‌های پیشرو فناوری مانند زیمنس، ABB و غیره در خط مقدم معرفی پیشرفت‌های جدید در شارژرهای وسایل نقلیه برقی به بازار هستند.

مهم‌ترین دستاوردهای این مقاله را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

• بررسی روش­های شارژ وسایل نقلیه برقی از نظر نوع شارژر، رتبه بندی و گزینه­های دیگری مانند شارژ خودرو به خودرو و خودرو به بار
• بحث در مورد تفاوت شارژرهای AC و DC از نظر جریان شارژ، زمان شارژ و رتبه بندی قدرت

شارژرهای مورد استفاده در هند

زمان شارژ برای شاسی‌بلند برقی میان‌رده بیشتر خودروها در هند از استاندارد شارژ CCS2 استفاده می‌کنند. شارژر AC نصب شده در خانه یا محل کار دارای رتبه بندی 7.2 کیلووات و بالاتر خواهد بود. بسته به ظرفیت و وضعیت باتری، این شارژر می تواند باتری از وضعیت شارژ 0% تا %100 را در 7 تا 9 ساعت شارژ کند. شارژر DC نصب شده در یک مکان تجاری دارای رتبه بندی 50 کیلووات و بالاتر خواهد بود. این می تواند یک باتری وضعیت شارژ 0% تا وضعیت شارژ 80% را در 30 دقیقه تا 50 دقیقه شارژ کند. رابط CCS2 قابل استفاده برای ماشین در شکل 1 و شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 1: رابط شارژر CCS2 برای AC
شکل 2: رابط شارژر CCS2 برای AC/DC

 

مشخصات شارژر CCS2

شارژر AC با ورودی AC سه فاز در بازه توان3/4 کیلووات تا 20 کیلووات و شارژر DC تا سطح توان 400 کیلووات در دسترس است. به­طور معمول، ظرفیت باتری و برد خودرو در بخش رده بالا افزایش می­یابد. خودرو­های این بخش می­توانند از شارژ AC تا سطح توان 11 کیلووات و شارژ DC تا سطح توان 350 کیلووات پشتیبانی کنند.

ماشین­های برقی در هند

ماهیندرا e-Verito را در سال 2016 با ظرفیت باتری 266 آمپرساعت معرفی کرد. برد آن 140 کیلومتر بود. این احتمالاً تنها ماشینی بود که از موتور القایی 3 فاز استفاده می کرد که بعداً متوقف شد. تمام خودرو­های برقی موجود در حال حاضر از موتور سنکرون مغناطیس دائمی (PMSM) استفاده می­کنند.

خودرو­های برقی در بخش میان رده

تاتا موتورز، ام جی موتور، ماهیندرا، هیوندای و بی وای دی بازیگران اصلی بازار خودرو­های برقی میان رده در هند هستند. خریداران ماشین­های بالقوه اکنون ماشین­های کاربردی اسپرت (SUV) را بر سایر انواع ترجیح می دهند. شاسی‌بلندهای برقی در سبد محصولات بسیاری از شرکت‌های خودروهای برقی تسلط دارند.

 

جدول 1. شاسی بلندهای برقی میان رده

 

خودروهای برقی در بخش رده بالا

ولوو، بی‌ام‌و و مرسدس بنز حضور قوی در بازار خودروهای برقی رده بالا در هند دارند. شاسی‌بلندهای برقی فروخته شده در این بخش دارای باتری با ظرفیت بالاتر، برد بیشتر و گاهی دو موتور برای حرکت خودرو هستند یکی در محور جلو و دیگری در محور عقب.

جدول ۲. شاسی‌بلندهای برقی در رده بالا

 

انتقال توان از خودرو

توان برقی موجود در باتری می‌تواند برای تأمین انرژی وسایل برقی کوچک و سایر بارهای الکتریکی که می‌توانند در خودرو استفاده شوند، به کار رود. باتری، یک محدودیت برای حداکثر توان قابل استفاده وجود (SoC)  بسته به ظرفیت باتری و وضعیت فعلی شارژدارد.

شکل 3: انتقال توان از خودرو در داخل خودروی برقی

شکل 4: انتقال توان از خودرو خارح از خودروی برقی

 

شارژ خودرو به خودرو

در شارژ خودرو به خودرو، یک خودروی برقی کاملاً شارژ شده می‌تواند برای شارژ باتری یک خودروی برقی دیگر با وضعیت شارژ (SoC) پایین‌تر استفاده شود.

شکل 5: شارژ خودرو به خودرو

 

شارژ و شارژ سریع

شارژ خودرو با استفاده از شارژر AC تأمین‌شده حدود 9 تا 10 ساعت طول می کشد. شارژر تأمین‌شده یا در محل خانه یا دفتر نصب می‌شود و برخی از تولیدکنندگان یک شارژر قابل حمل(8/2 کیلووات تأمین‌شده با هیوندای کنا) ارائه می‌دهند که می‌توان آن را به پریز دیواری ۱۵ آمپر متصل کرد. برای شارژ کامل 19 ساعت طول می کشد. یک شارژر قابل حمل در شکل 5 نشان داده شده است. برخی از شرکت‌ها برای خودروهای برقی که با باتری کاملاً تخلیه‌شده متوقف شده‌اند، خدمات امداد جاده‌ای (RSA) ارائه می‌دهند.

شکل 6: شارژر قابل حمل با توان 8/2 کیلووات
شکل 7: وسیله نقلیه کمکی کنار جاده برای شارژ

زمان شارژ برای شاسی‌بلند برقی میان‌رده

زمان شارژ شدن خودرو به عوامل مختلفی از جمله توان شارژر، حداکثر میزان پذیرش شارژ باتری (SoC) باتری و دمای آن بستگی دارد.

جدول 3. زمان شارژ برای شاسی‌بلندهای برقی میان‌رده.

شاسی‌بلندهای برقی رده بالا از سطح توان شارژ بالاتری در شارژ AC و DC پشتیبانی می‌کنند. آن­ها همچنین ظرفیت باتری بالاتری دارند. این ظرفیت بالاتر باتری برای حرکت دو موتور برقی در دو محور نیاز است. این موضوع در جدول 4 زیر خلاصه شده است.

جدول ۴. زمان شارژ برای شاسی‌بلندهای برقی رده بالا

شارژ و شارژ سریع

شارژر ایستگاهی

بیشتر ارائه‌دهندگان راه‌حل‌های شارژ خودروهای برقی، شارژرهای مقصد  AC مقصد، شارژرهای مقصد DC ، شارژرهای DC  سریع و  DC پرتوان را عرضه می‌کنند..

شارژر مقصد در خانه، آپارتمان، اداره، پارک های تجاری، مجتمع ها، هتل ها، موسسات ورزشی و مراکز خرید استفاده می شود. یک شارژر سریع در نقاط شارژ شهری، مراکز خرید و ایستگاه‌های شارژ سریع در بزرگراه‌ها استفاده می‌شود. شارژرهای مقصد AC از سه تولیدکننده مختلف در جدول ۵ مقایسه شده‌اند.

شارژر حالت ۳، شارژ AC است. شارژر مقصد AC در شکل ۸ نشان داده شده است. شارژر مقصد DC در شکل ۹ نشان داده شده است.

جدول 5. شارژرهای مقصد AC  

شکل8: شارژر مقصد AC

 

شارژرهای مقصد DC با توان بالاتری در دسترس هستند. آن­ها از شارژ حالت 4 پیروی می کنند. آنها شامل گزینه­هایی برای کنتور انرژی و ماشین حساب پرداخت هستند. بیشتر شارژرهای مقصد می‌توانند با استفاده از دستگاه‌های توزیع‌کننده، چندین نقطه شارژ را تغذیه کنند. این راه‌حل صرفه‌جویی در هزینه و فضا می‌تواند به صورت انعطاف‌پذیر روی زمین، دیوار یا زیر سقف نصب شود. برخی از شارژرهای مقصد DC در جدول 6 مقایسه شده اند.

جدول 6. شارژرهای مقصد DC

 

شکل 9: شارژر مقصد DC

 

شارژرهای سریع و با توان بالا

اکثر شارژرهای سریع دارای طراحی ماژولار در محدوده 175-350 کیلووات هستند و برای عملیات راهرو بزرگراه و ناوگان EV مناسب هستند. شارژ معمولی با توان بالا DC در شکل 11 نشان داده شده است. شارژ معمولی با توان بالا DC در شکل 11 نشان داده شده است. محدوده ولتاژ خروجی از 150 تا 1000 ولت DC است که از EV های امروزی و نسل بعدی پشتیبانی می کند. جریان خروجی می­تواند تا 500 آمپر باشد. بسیاری از آن­ها از فناوری اشتراک توان DC پویا همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است برای صرفه جویی در هزینه ها و نصب مقیاس پذیر با عایق گالوانیکی یکپارچه استفاده می کنند. آنها با سیستم خنک کننده یکپارچه و اتصال به شبکه استاندارد 400 ولت AC عرضه می شوند.

شکل10: اشتراک برق DC پویا

 

جدول 7. شارژرهای سریع DC

 

شکل 11: شارژ با توان بالا DC

نتیجه گیری

بازار وسایل نقلیه برقی به طور مستقیم با پیشرفت­های اخیر در باتری­ها، شارژ سریع و ماژول های محرک برقی مرتبط است. خودروهای برقی با باتری‌هایی که از تکنولوژی‌های جدیدتری مانند باتری‌های حالت جامد و باتری‌های سدیم-یونی استفاده می‌کنند، در حال تکامل هستند. این باتری‌ها دارای ظرفیت بالاتری تا ۱۱۴ کیلووات‌ساعت، پشتیبانی از AC و تا ۳۵۰ کیلووات در شارژ DC هستند و در نتیجه، برد خودروها تا ۶۵۰ سطوح توان بالاتر تا ۱۱ کیلووات در شارژکیلومتر افزایش می‌یابد.

فرایندهای شارژ اکنون به‌طور خودکار با خودروهای متصل سازگار می‌شوند تا دو هدف را برآورده کنند. این فرایند همیشه سعی دارد از تمام توان شارژ موجود استفاده کند و آن را بر اساس درخواست توان واقعی ازهر خودرو(های) متصل شده مصرف کند. ۲۰۲۲ نصب شده بودند. به‌طور جهانی، بیش از ۶ لک شارژر AC عمومی در سال ۲۰۲۲ نصب شد که ۳.۶ لک ازآن‌ها در چین بودند.  کشورهایی که بیشترین تعداد شارژر سریع را دارند آلمان (بیش از 12000)، فرانسه (9700) و نروژ (9000) هستند. در این مقاله، نمای کلی از روش‌های شارژ و راه‌حل‌های شارژ برای خودروهای برقی ارائه شده است.