مزود الطاقة PUMBAA للمركبات الكهربائية PPS550

تكامل كهربائي عالي التكامل

تصميم بمواصفات السيارات، متوافق مع معايير ASIL

يدعم V2L وV2G وV2V ومتطلبات المشاهد المتعددة الأخرى

تصميم أصغر حجمًا وأخف وزنًا، وأداء تقني مستقر وكفاءة عالية

طريقة تبريد سائلة، تبديد سريع للحرارة، مقاومة للغبار، وضوضاء منخفضة

وظائف حماية متعددة مثل التوافق الكهرومغناطيسي، ومقاومة الجهد، والعزل، والاهتزاز، والحماية الكهربائية

تخصيص ومراقبة أجهزة الجهد العالي في المركبة بأكملها من خلال وحدة التحكم المركزية للمركبة لضمان الأداء الآمن لكل نظام

● تكوين أجهزة قوي
تعتمد المكونات الرئيسية على مكونات السيارات لتحسين موثوقية المنتج؛

● التشغيل الفعال
يمكن أن تصل كفاءة وحدة التحكم إلى 98%، مع كثافة طاقة عالية، وتطبيقات أكثر مرونة؛

● تصميم حماية موثوق
مستوى الحماية العام مرتفع ونطاق درجة حرارة التشغيل واسع، وبالتالي يمكنه التكيف بشكل أفضل مع جميع أنواع بيئات التطبيق القاسية.

مقدمة: عند توصيل سيارة كهربائية بمحطة شحن، كيف يتحول التيار المتردد إلى التيار المستمر اللازم للبطارية؟ يكمن سر هذه العملية التحويلية الهامة في شاحن السيارة الكهربائية المدمج (OBC). وباعتباره حلقة الوصل بين البنية التحتية الخارجية للشحن والبطارية، فإن أداء هذا الشاحن يحدد بشكل مباشر كفاءة الشحن، وسلامة القيادة، ومدى سير السيارة. ستتناول هذه المقالة الجوانب التقنية لهذا الشاحن المدمج بالتفصيل، من خلال استعراض تعريفه، ووظائفه، ومبادئ عمله، والاتجاهات التكنولوجية الحديثة.

أولاً: تعريف وحدة التحكم في الشحن (OBC): "مترجم الشحن" الخاص بالسيارة الكهربائية

شاحن السيارة المدمج (OBC)، وهو اختصار لعبارة "شاحن السيارة"، عنصر أساسي في نظام القيادة الكهربائية للسيارة الكهربائية، مسؤول عن تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. وهو في جوهره "محول طاقة مخصص" يعالج التيار المتردد (مثل شواحن المنازل 220 فولت أو الشواحن السريعة التجارية 380 فولت) الخارج من بطاريات الشحن، ويحوله إلى تيار مستمر عالي الجهد (مثل 400 فولت/800 فولت) يحتاجه البطارية، وذلك من خلال عمليات التقويم والترشيح وتحويل الجهد. كما يقوم بضبط معايير الشحن ديناميكيًا بناءً على حالة البطارية (مثل مستوى الشحن ودرجة الحرارة) لضمان شحن آمن وفعال.

بعبارات بسيطة، تعمل منظمة OBC كـ "مترجم":

المدخلات: تيار متردد من أعمدة الشحن الخارجية؛

المعالجة: تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر عالي الجهد عبر إلكترونيات الطاقة؛

·مخرج التيار المستمر: تيار مستمر مستقر مصمم خصيصًا لتلبية احتياجات شحن البطارية، مما يتيح "الشحن الدقيق".

(شحن التيار المتردد)

ثانيًا: الوظائف الأساسية لبطارية الشحن الداخلية: ضمانات مزدوجة لكفاءة الشحن والسلامة

يمكن تلخيص وظائف وحدة الشحن على متن المركبة (OBC) على أنها "ثلاث قدرات أساسية + نظامان داعمان"، تغطي عملية الشحن بأكملها من البداية إلى النهاية (انظر الشكل 1).

2.1 الوظيفة 1: تحويل الطاقة - "التحويل الدقيق" من التيار المتردد إلى التيار المستمر

تتمثل المهمة الأساسية لوحدة التحكم في البطارية في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، ويتضمن ذلك ثلاث خطوات: التقويم ← الترشيح ← تحويل الجهد.

·التقويم: يحول التيار المتردد (على سبيل المثال، 220 فولت / 50 هرتز) إلى تيار مستمر نابض (مع توافقيات كبيرة) باستخدام جسر مقوم ثنائي.

· الترشيح: يزيل التوافقيات عبر المحاثات (L) والمكثفات (C) لإخراج تيار مستمر سلس (تموج ≤5٪).

تحويل الجهد: يقوم بضبط الجهد عبر محول DC-DC (على سبيل المثال، طوبولوجيا الرنين LLC) لمطابقة متطلبات شحن خلايا البطارية الفردية (على سبيل المثال، 4.2 فولت/خلية).

التفاصيل الفنية: خذ على سبيل المثال بطارية السيارة الداخلية (OBC) الخاصة بسيارة تسلا موديل 3. باستخدام تقنية MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون + طوبولوجيا الرنين LLC، تقوم بتحويل 380 فولت تيار متردد إلى 400 فولت تيار مستمر بكفاءة تحويل تصل إلى 97% (مقارنة بـ 85%-90% لحلول IGBT التقليدية القائمة على السيليكون).

2.2 الوظيفة 2: التحكم في الشحن - "المدير الذكي" للتعديل الديناميكي

يقوم نظام الشحن المدمج (OBC) بضبط تيار الشحن وجهده ديناميكيًا بناءً على حالة البطارية (مستوى الشحن، درجة الحرارة) واحتياجات المستخدم (الشحن السريع/البطيء) لمنع الشحن الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة أو نقص الشحن. تتضمن آلية التحكم الخاصة به ما يلي:

الشحن بتيار ثابت (CC): عند انخفاض مستوى الشحن (

الشحن بجهد ثابت (CV): عندما تقترب حالة الشحن من الامتلاء (>80٪)، يتم تقليل التيار (على سبيل المثال، 20 أمبير) للحفاظ على جهد ثابت (على سبيل المثال، 4.2 فولت / خلية).

تعويض درجة الحرارة: يتم تقليل تيار الشحن عند درجات الحرارة العالية (>45 درجة مئوية) لتجنب الهروب الحراري؛ عند درجات الحرارة المنخفضة (

2.3 الوظيفة 3: الحماية الأمنية - "حارس" عملية الشحن

تم تجهيز وحدة التحكم الإلكترونية (OBC) بآليات حماية متعددة لضمان السلامة:

· الحماية من الجهد الزائد/الجهد المنخفض: يقوم تلقائيًا بقطع الإخراج إذا تجاوز جهد الإدخال 480 فولت (الشحن السريع التجاري) أو انخفض إلى أقل من 90 فولت (الشواحن المنزلية).

· الحماية من التيار الزائد: يقوم بتشغيل مصهر (1500 أمبير سريع الاستجابة) إذا تجاوز تيار الشحن القيمة المقدرة (على سبيل المثال، 200 أمبير).

· الحماية من قصر الدائرة: يفصل الطاقة في غضون 1 مللي ثانية في حالة اكتشاف قصر في الدائرة عند الإخراج (ارتفاعات التيار 10x).

مراقبة العزل: يقوم بفحص مقاومة العزل لدائرة الجهد العالي باستمرار (يجب أن تكون ≥100 ميجا أوم) لمنع مخاطر التسرب.

(شحن التيار المستمر)

ثالثًا: مبدأ عمل نظام التحكم في المركبات: تحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر عبر أربع خطوات

يمكن تبسيط مبدأ عمل وحدة التحكم في البطارية إلى عملية ذات حلقة مغلقة: المدخلات → التقويم → الترشيح → تحويل الجهد → المخرجات.

3.1 المدخلات: استقبال التيار المتردد الخارجي

تتصل وحدة الشحن الخارجية (OBC) بمحطات الشحن عبر واجهات الشحن (مثل CCS وGB/T) لاستقبال التيار المتردد. يختلف الجهد والتردد حسب المنطقة (على سبيل المثال، 220 فولت/50 هرتز للمنازل الصينية، و230 فولت/50 هرتز للمنازل الأوروبية، و380 فولت/50 هرتز لأجهزة الشحن السريع التجارية).

3.2 التقويم: تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر نابض

يقوم مقوم الجسر الثنائي (مثل مقوم الجسر الكامل ثلاثي الأطوار) بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر نابض (بأشكال موجية غير منتظمة وتوافقيات كبيرة). على سبيل المثال، يتحول تيار متردد ثلاثي الأطوار بجهد 380 فولت إلى تيار مستمر نابض بجهد 513 فولت تقريبًا بعد التقويم (جهد التيار المستمر = 1.35 × جهد الخط).

3.3 الترشيح: إزالة التوافقيات للحصول على تيار مستمر سلس

يقوم مرشح LC (محث + مكثف) بإزالة التوافقيات عالية التردد (على سبيل المثال، 10 كيلو هرتز - 1 ميجا هرتز) من التيار المستمر النابض، مما ينتج عنه تيار مستمر سلس مع تموج ≤5٪ (على سبيل المثال، 510 فولت).

3.4 تحويل الجهد: ضبط الجهد ليناسب احتياجات البطارية

يقوم محول التيار المستمر إلى التيار المستمر (مثل محول الرنين LLC، أو محول الجسر الكامل ذي الإزاحة الطورية) برفع أو خفض جهد التيار المستمر بسلاسة إلى الجهد المطلوب للبطارية (مثل 400 فولت/800 فولت). على سبيل المثال:

·يقوم نظام الكمبيوتر الداخلي في سيارة تسلا موديل 3 بخفض الجهد من 510 فولت تيار مستمر إلى 400 فولت لشحن نظام البطارية 400 فولت.

يدعم نظام الكمبيوتر الخارجي في سيارة بورش تايكان الجهد العالي 800 فولت، مما يسمح بشحن بطاريتها ذات الجهد 800 فولت مباشرة.

3.5 المخرجات: مصدر طاقة مستقر مع ضبط ديناميكي

يتم نقل التيار المستمر النهائي إلى البطارية عبر ناقل عالي الجهد. في الوقت نفسه، تراقب وحدة التحكم الإلكترونية في السيارة حالة البطارية باستمرار عبر نظام إدارة البطارية، وتضبط تيار/جهد الخرج ديناميكيًا (على سبيل المثال، 100 أمبير أثناء الشحن السريع، و20 أمبير أثناء الشحن البطيء).

(محطة شحن المركبات الكهربائية)

رابعًا: التطور التكنولوجي لشحن المركبات على متنها: من "غير فعال" إلى ثورة "الشحن فائق السرعة"

كانت كفاءة أنظمة الشحن عبر المركبات (OBCs) المبكرة، المحدودة بالأجهزة المصنوعة من السيليكون (مثل IGBTs)، تتراوح بين 85% و90% فقط، ولم تكن تدعم الشحن السريع (بقدرة ≤7.2 كيلوواط). ومع اعتماد الأجهزة ذات فجوة النطاق العريض (مثل SiC MOSFETs) والتقنيات عالية التردد، حقق أداء أنظمة الشحن عبر المركبات (OBCs) تحسينات هائلة.

4.1 تحسين الكفاءة: من 85% إلى أكثر من 97%

تتميز ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بانخفاض خسائر التوصيل بنسبة 50% وترددات تبديل أعلى (تصل إلى 100 كيلو هرتز) مقارنة بترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون، مما يدفع كفاءة نظام الشحن الداخلي إلى ما يزيد عن 97% (على سبيل المثال، يحقق نظام الشحن الداخلي في سيارة Tesla Model 3 كفاءة بنسبة 97.5%).

4.2 ترقية الطاقة: من 7.2 كيلوواط إلى أكثر من 350 كيلوواط

تُقلل التكوينات عالية التردد (مثل رنين LLC) من حجم المكونات المغناطيسية، مما يُتيح قدرة أعلى. ومن الأمثلة على ذلك: [تم حذف أمثلة محددة للاختصار]

4.3 تحسين الحجم والتكلفة: التصميم المتكامل

من خلال "التكامل على مستوى الشريحة" (على سبيل المثال، دمج OBC مع محولات DC-DC في وحدة واحدة)، يتم تقليل حجم OBC بنسبة 30٪ والتكلفة بنسبة 20٪ (على سبيل المثال، يشغل OBC الخاص بسيارة BYD Han EV مساحة 0.05 متر مكعب فقط).

(سيناريو تشغيل الشاحن المدمج)

خامساً: التوجهات المستقبلية: "الذكاء" و"التكامل" في شركة OBC

مع تطور السيارات الكهربائية لتصبح "محطات تنقل ذكية"، ستستمر وظائف وأداء أنظمة الكمبيوتر المثبتة على متن المركبة في التحسن. ثلاثة اتجاهات رئيسية تستحق الاهتمام:

(إطار الشاحن المدمج)

الجزء السادس: التكامل: "دمج المجالات المتعددة" التصميم الموحد

6.1 وحدات التحكم عبر الإنترنت التقليدية هي مكونات مستقلة (ضخمة ومكلفة). ستحقق وحدات التحكم عبر الإنترنت المستقبلية التكامل من خلال:

· تكامل OBC + DC-DC: دمج الشاحن الموجود على متن السيارة مع محول DC-DC في وحدة واحدة (على سبيل المثال، وحدة الشحن "اثنان في واحد" في سيارة Tesla Model 3)، مما يقلل الحجم بنسبة 30٪ والتكلفة بنسبة 20٪.

· تكامل OBC + BMS: تضمين مراقبة حالة البطارية (مثل SOC ودرجة الحرارة) لتقليل زمن انتقال الاتصال مع BMS (من 100 مللي ثانية إلى 10 مللي ثانية).

6.2 الكفاءة العالية: انتشار منصات الجهد العالي 800 فولت وأجهزة فجوة النطاق العريض

ستصبح منصات الجهد العالي 800 فولت (مثل بورش تايكان، وإكس بينغ جي 9) شائعة الاستخدام، مما يتطلب من وحدات التحكم المدمجة في السيارة دعم جهود أعلى (800-1000 فولت). في الوقت نفسه، سترفع الأجهزة ذات فجوة النطاق العريض (SiC/GaN) الكفاءة إلى ما يزيد عن 98% (على سبيل المثال، تحقق وحدة التحكم المدمجة في السيارة هواوي درايف ون كفاءة قصوى تبلغ 98.5%).

6.3 الذكاء: التطور المشترك مع القيادة الذاتية

ستندمج أنظمة الشحن داخل المركبة (OBCs) بشكل عميق مع أنظمة القيادة الذاتية (ADS) لتمكين "الشحن التنبؤي":

· التنبؤ بحالة الطريق: استخدام بيانات الملاحة ADS (على سبيل المثال، شاحن سريع على بعد 3 كم للأمام) لتسخين البطارية مسبقًا (تحسين كفاءة الشحن).

·تنسيق الحمل: ضبط طاقة الشحن ديناميكيًا بناءً على احتياجات القيادة الذاتية (على سبيل المثال، تقليل التيار مؤقتًا لإعطاء الأولوية لطاقة المحرك أثناء التجاوز).

· تحديثات OTA: تحديث خوارزميات التحكم في OBC عبر السحابة (على سبيل المثال، تحسين استراتيجيات الشحن السريع) لتحسين الأداء باستمرار.

خاتمة

تُعدّ وحدة الشحن الداخلية للسيارة الكهربائية (OBC) بمثابة "المحور الأساسي" الذي يربط الشحن الخارجي بالبطارية. وتُحدد ابتكاراتها التكنولوجية بشكل مباشر كفاءة الشحن، وسلامة القيادة، ومدى سير السيارة. فمن "المحولات غير الفعالة" في بداياتها إلى "محطات الشحن الذكية فائقة السرعة" اليوم، لم يُسهم تطور وحدة الشحن الداخلية في تسريع تبني السيارات الكهربائية فحسب، بل أصبح أيضًا عاملًا تمكينيًا رئيسيًا للاستخدام الأمثل للطاقة في إطار أهداف "خفض الانبعاثات الكربونية المزدوجة".

في المستقبل، ومع التكامل العميق للتقنيات عالية الكفاءة والذكية، ستعمل تقنية الشحن عبر المركبات الكهربائية على إطلاق إمكانات المركبات الكهربائية بشكل أكبر، مما يجعل "الشحن بنفس سرعة إعادة التزود بالوقود" حقيقة واقعة.