أخبار التكنولوجيا

نظرة عامة على محولات التيار المتردد / التيار المستمر لمحطات الشحن السريع


تشكل السيارات الكهربائية شريحة رئيسية من التقنيات الواعدة لتحقيق قطاع نقل مستدام في المستقبل. محولات التيار المتردد / التيار المستمر هي مكونات العمود الفقري لتوسيع وتحسين أداء المركبات الكهربائية. تقدم هذه المقالة نظرة عامة على محولات التيار المتردد / التيار المستمر ، وأنواع محطات الشحن ، والمشكلات التي تواجه محولات التيار المتردد / التيار المستمر التقليدية ثنائية المستوى (2 لتر) وأهمية استخدام المحولات متعددة المستويات (MLC).

رسم توضيحي لشاحن التيار المتردد / التيار المستمر (المصدر: IES Synergy)

أهمية محولات التيار المتردد / التيار المستمر

بشكل أساسي ، يوفر المنفذ طاقة التيار المتردد ، بينما تعمل بطاريات EV مع طاقة التيار المستمر لشحن البطارية. وبالتالي ، هناك حاجة لمحول AC / DC لتحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. وهو أيضًا المكون الرئيسي لشاحن بطارية EV ويعمل كمشكّل تيار إدخال لتصحيح عامل الطاقة والتقليل التوافقي.

نظرة عامة على محولات التيار المتردد / التيار المستمر لمحطات الشحن السريع
رسم تخطيطي لدائرة محول التيار المتردد / التيار المستمر (المصدر: Multisim)

يوضح مخطط الدائرة أعلاه محولًا بسيطًا للتيار المتردد / التيار المستمر: يتم استخدام أربعة صمامات ثنائية مقوم للأغراض العامة هنا لتصحيح إدخال التيار المتردد. تتمثل وظيفة المحول في التنحي عن إمداد 230-VAC إلى 13 VAC ، كما أن ترتيب الدائرة عبارة عن جسر كامل ، حيث تتكون من أربعة صمامات ثنائية. سيقوم المعدل بتصحيح كل من القمم الموجبة والسالبة لإشارة التيار المتردد. يضاف مكثف مرشح بعد محول الجسر لتنعيم جهد الخرج. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توصيل منظم Zener في انحياز عكسي قبل الإخراج لتنظيم جهد الخرج.

أنواع محطات الشحن

نظرًا لأن البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي مصدر الطاقة لتشغيل المركبات الكهربائية ، فمن المهم جدًا فهم بعض معلمات محطات الشحن. ستحدد معظم المعلمات الأساسية مثل كفاءة الطاقة والبنى المدمجة والشحن السريع الإنتاجية الإجمالية لمحطات الشحن المستهدفة.

يتم تصنيف محطات شحن المركبات الكهربائية في المستويات الأول والثاني والثالث.

يشكل المستوى الأول شريحة ذات أحجام أصغر للبطاريات. مدة الشحن في المستوى الأول هي ما يقرب من ثماني إلى 10 ساعات ؛ ومع ذلك ، قد يختلف ذلك اعتمادًا على سعة طاقة البطارية. يستخدم فقط شحن التيار المتردد ويوجد شاحن على متنه ، حيث يوجد مكون الشحن داخل EV.

مدة الشحن في المستوى الثاني أقل من نصف وقت الشحن من المستوى الأول تقريبًا. علاوة على ذلك ، تستخدم محطات الشحن السريع من المستوى الثالث شاحنًا خارجيًا (خارج اللوحة) لتزويد الجهد العالي. إنه قادر على شحن السيارة الكهربائية في أقل من 20 إلى 30 دقيقة ، بينما يمكن لمحطات الشحن من المستوى الأول أو المستوى الثاني شحن السيارة في غضون أربع إلى ثماني ساعات.

متطلبات تمكين محطات الشحن السريع

نطاق طاقة الشحن السريع أعلى من 50 كيلو وات ، وهو ما يعتبر مرتفعًا وفقًا لمعايير الصناعة. لذلك هناك حاجة إلى محول تيار متردد / تيار مستمر أكبر لتوفير هذه الطاقة الإضافية للشحن السريع. وبالتالي ، من الأفضل تنفيذ الشحن عالي الطاقة عندما تكون محولات التيار المتردد / التيار المستمر مدمجة في محطة الشحن ولا يتم تثبيتها داخل السيارة بسبب قيود الحجم.

من المتطلبات الأخرى لمحطة الشحن السريع ، التي حددها معيار جمعية مهندسي السيارات (SAE) ، “العزل الكهربائي بين شبكة التوزيع وحزمة البطارية”. هناك معمارتان متاحتان لتحقيق ذلك ، إما من خلال استخدام محول منخفض التردد في جانب الإدخال أو من خلال تنفيذ محول عالي التردد مدرج في مرحلة التيار المستمر عن طريق محولات DC / DC المعزولة.

محولات التيار المتردد والتيار المتردد التقليدية وعيوبها

تستخدم محولات التيار المتردد / التيار المستمر التقليدية مثل محولات مصدر الجهد 2 لتر (VSCs) بشكل شائع. عيب استخدام هذه المحولات هو أنها ذات تصنيفات طاقة محدودة وتلوث متناسق عالي. لتجنب مثل هذه العيوب ، يتم استخدام المرشحات الهجينة ، ولكن هذه المرشحات تزيد أيضًا من تكلفة النظام. هذه المحولات لها تردد تحويل عالٍ غير مرغوب فيه أيضًا. في التطبيقات عالية الطاقة ، تعاني المفاتيح من كميات عالية من الجهد والتيار ، وهي محدودة بالتقنيات الحالية لأجهزة أشباه الموصلات.

أهمية MLCs

للتغلب على هذه النكسات ، يجب استبدال محولات 2L AC / DC بـ MLCs. تم إثبات أن MLCs تتمتع بالعديد من المزايا ، مثل التوافقيات المنخفضة والجهد المنخفض والقدرة العالية على الطاقة. يستخدم MLC لتقليل عنصر التبديل وينتج مخرجات متعددة المستويات بواسطة محول أحادي الطور من النوع T.

يحقق العدد المختلف لمستويات MLC شكل موجة إخراج أكثر سلاسة ، مما يقلل من التوافقيات وحجم مرشح الإخراج. الأنواع الرئيسية من MLCs هي نقطة محايدة مثبتة (NPC) ، جسر H متتالي (CHB) ومكثف طيران (FC). من بين هؤلاء ، تتمتع CHB الأكثر شيوعًا بالقدرة على استخدام جهد تيار مستمر مختلف على خلايا جسر H الفردية ، مما يؤدي إلى تقسيم تحويل الطاقة بين محولات الجهد العالي / التردد المنخفض والجهد المنخفض / التردد العالي.

نظرة عامة على محولات التيار المتردد / التيار المستمر لمحطات الشحن السريع
مرحلة واحدة من ثلاثة مستويات NPC VSC (المصدر: ScienceDirect)

يمثل الشكل أعلاه مرحلة واحدة من ثلاثة مستويات العاكس NPC. إنها عائلة من MLCs تتميز باستخدام صمامات ثنائية التثبيت لضمان المشاركة المناسبة للجهد عبر مفاتيح الطاقة. تحتوي كل ساق من العاكس NPC على أربعة ترانزستورات يمكن التحكم فيها ، مما يعطي 24 = 16 حالة إجمالية ممكنة ، لكن ثلاث حالات فقط من هذه الحالات ممكنة ، لأن البعض الآخر ينشئ دوائر قصيرة على وصلة DC.

مستقبل شحن المركبات الكهربائية

يعتبر التحول من محركات الاحتراق إلى المركبات الكهربائية عملية طويلة الأمد. تطالب العديد من شركات النفط بالفعل بحصة في شبكات المركبات الكهربائية من خلال إنشاء محطات شحن أو الترويج للمنتجات التي تهدف إلى صيانة المركبات الكهربائية. تتطلع الأعمال المستقبلية المتوقعة إلى استخدام MLCs في FCs للاستفادة من المزايا المختلفة لهذه المحولات مع إثبات أنظمة شحن عالية الطاقة وفائقة السرعة للسيارات الكهربائية. لمساعدة المركبات الكهربائية في الوصول إلى كل مكان ، يجب على الحكومات وشركات شحن المركبات الكهربائية ضمان توافر البنية التحتية سريعة الشحن. بدون بنية أساسية فعالة للشحن ، قد يكون امتصاص المركبات الكهربائية عملية بطيئة.

كتاب PEN الإلكتروني - مارس 2023.

قم بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *