অনবোর্ড চার্জার কেন ইচ্ছাকৃতভাবে ছোট করে ডিজাইন করা হয়?

তড়িৎচালিত গাড়ির বাড়িতে AC চার্জিংয়ের গতি নির্ধারণ করে দেয়ালের চার্জিং ইউনিট নয়, বরং গাড়ির ভেতরের অনবোর্ড চার্জার; এই ডিভাইসটি সচেতনভাবে 7-22 kW পরিসরে, অর্থাৎ একটি সংকীর্ণ ক্ষমতার সীমার মধ্যে রাখা হয়, কারণ দ্রুত চার্জিংয়ের মূল ভারটি স্টেশনের দিকের DC কনভার্টারগুলো বহন করে। এই নিবন্ধে আমরা OBC ঠিক কী করে, কেন এটি ছোট আকারে ডিজাইন করা হয় এবং DC দ্রুত চার্জিং কীভাবে এটিকে বাইপাস করে, তা পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের স্তরে ব্যাখ্যা করছি।

অনবোর্ড চার্জার আসলে কী এবং এটি কী করে?

সাধারণ মানুষের কাছে "চার্জার" নামে পরিচিত দেয়াল ইউনিটগুলো কারিগরিভাবে চার্জার নয়; এগুলোকে তড়িৎচালিত যানবাহন চার্জিং সরঞ্জাম, অর্থাৎ EVSE হিসেবে অভিহিত করা হয়। আসল চার্জারটি গাড়ির ভেতরে থাকে: অনবোর্ড চার্জার গ্রিড থেকে আসা AC ক্ষমতাকে ব্যাটারিতে সঞ্চয়যোগ্য DC ক্ষমতায় রূপান্তরিত করে। এই কাজের পাশাপাশি এটি ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে, চার্জিং সরঞ্জামের সাথে যোগাযোগ করে এবং ব্যাটারিকে ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ করে।

দেয়াল ইউনিটের ভূমিকা তুলনামূলকভাবে সাদামাটা: এটি গাড়ির সাথে যোগাযোগ করে, তারের মধ্য দিয়ে যেতে পারে এমন সর্বোচ্চ কারেন্ট এবং OBC যে সর্বোচ্চ কারেন্ট গ্রহণ করতে পারে তা নির্ধারণ করে, তার সংযুক্ত না থাকলে বিদ্যুৎ বন্ধ করে দেয় এবং ত্রুটির ক্ষেত্রে সার্কিট বন্ধ করে দেয়। অর্থাৎ দেয়ালের বাক্সটি একটি নিরাপত্তা ও সংযোগ ইউনিট; রূপান্তরের কাজটি গাড়িই করে। এই পার্থক্যটিই চার্জিং গতি নিয়ে যেকোনো আলোচনার সূচনাবিন্দু।

AC চার্জিংয়ের গতি কেন গাড়িই নির্ধারণ করে?

অনবোর্ড চার্জারই AC চার্জিংয়ের গতির প্রধান সীমাবদ্ধকারী উপাদান। ব্যাটারিতে পাঠানো ভোল্ট ও অ্যাম্পিয়ার এটি নিজেই নির্ধারণ করে এবং নিজেই নিয়ন্ত্রণ করে। চার্জিং স্টেশন যত বেশি ক্ষমতাই সরবরাহ করুক না কেন, OBC কখনোই তার রেট করা ক্ষমতার বেশি ক্ষমতা গ্রহণ করে না: 7,2 kW রেট করা একটি গাড়ি, 80 A দিয়ে 19,2 kW দিতে সক্ষম একটি স্টেশনে সংযুক্ত থাকলেও তবুও কেবল 7,2 kW দিয়ে চার্জ হয়।

বাস্তবে AC চার্জিং ক্ষমতা চারটি সীমার মধ্যে সর্বনিম্নটির ভিত্তিতে গঠিত হয়: তার, গাড়ির অনবোর্ড চার্জার, আউটলেটে পৌঁছানো ফেজের সংখ্যা এবং সরবরাহ। ক্ষমতার হিসাব আরও সহজ: ভোল্ট × অ্যাম্পিয়ার। 240 V × 30 A প্রায় 7,2 kW হয়; 48 A দিয়ে এই মান 11,5 kW পরিসরে পৌঁছায়। প্রতিটি গাড়ির দুটি ভিন্ন ক্ষমতার মানও রয়েছে: কমটি হলো AC ক্ষমতা এবং বেশিটি হলো DC ক্ষমতা। এই দুটি মানের পার্থক্য হলো স্থাপত্যের দুটি পৃথক রূপান্তর পথে বিভক্ত হওয়ার সরাসরি ফলাফল।

ক্ষমতার শ্রেণিসমূহ: 7, 11 এবং 22 kW পরিসর কেন এত প্রচলিত?

বাজারের AC ক্ষমতার শ্রেণিগুলো তিনটি স্তরে বিভক্ত। 7 kW হলো এক-ফেজের গৃহ পরিবেশের মান, 11 kW হলো তিন-ফেজের বাড়ি ও ছোট ব্যবসার পছন্দ, আর 22 kW হলো তিন-ফেজ সংযোগ থেকে পাওয়া দ্রুততম AC বিকল্প। কেবল ক্ষমতার ভিত্তিতে 11 kW, 7 kW-এর চেয়ে প্রায় %57 দ্রুত; এই পার্থক্যের অর্থ হলো রাতের চার্জে তিন-চার ঘণ্টা মাত্রার একটি সময় সাশ্রয়।

সীমা ছাড়িয়ে যাওয়া নির্মাতার পছন্দের মাধ্যমে সম্ভব: Nissan LEAF-এর মতো প্রচলিত মডেলগুলোতে 7.2 kW এর OBC যথেষ্ট মনে করা হয়, আর Lucid Air 19.2 kW এর একটি অনবোর্ড চার্জার নিয়ে এই ব্যাপ্তির উপরে উঠছে। তবে 22 kW AC স্টেশনের বিস্তার তিন-ফেজ অবকাঠামোর প্রয়োজনীয়তা এবং সরকারি অনুমোদনের কারণে সীমিত থেকে যাচ্ছে; অর্থাৎ সীমাটি নির্ধারণ করে অবকাঠামোও।

DC ফাস্ট চার্জিং কীভাবে Onboard Charger-কে বাইপাস করে?

DC ফাস্ট চার্জিংয়ে (DCFC) AC-DC রূপান্তর গাড়িতে নয়, স্টেশনে হয়। রূপান্তরিত DC, OBC-তে না গিয়ে সরাসরি ব্যাটারিতে সরবরাহ করা হয়; এই মোডে গাড়ি ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের (BMS) মাধ্যমে প্রক্রিয়াটি নিয়ন্ত্রণ করে। Mode 4 হিসেবে শ্রেণিবদ্ধ DC চার্জিং সরঞ্জাম ঠিক এই বাইপাসের কাজটিই করে।

এ কারণেই DC ফাস্ট চার্জিংয়ে পাওয়ার লেভেল মূলত শুধুমাত্র স্টেশনের দ্বারা সীমাবদ্ধ: পিক গতি 50 kW থেকে শুরু করে 250 kW এর বেশি মান পর্যন্ত বিস্তৃত। রূপান্তরটি গাড়িতে স্থানান্তর না করার স্থাপত্যিক যুক্তিও এখানেই: স্টেশনগুলোর কনভার্টার ইলেকট্রনিক্স একটি গাড়ি বহন করতে পারে তার চেয়ে অনেক বড় ও শক্তিশালী হতে পারে। গাড়িকে প্রতিবার ভারী রূপান্তর সরঞ্জাম সঙ্গে বহন করতে হয় না।

Onboard Charger কেন ইচ্ছাকৃতভাবে ছোট ডিজাইন করা হয়?

একটি EV-তে বহনের ভার এবং আয়তন-দুটোই সীমিত; অনবোর্ড চার্জার সাধারণত 5 kg এর কম এবং কমপ্যাক্ট হওয়ার মতো ডিজাইন করা হয়। এই সীমা অতিক্রম করলে একসঙ্গে তিনটি খরচ বেড়ে যায়:

• খরচ: বেশি ক্ষমতাসম্পন্ন OBC সরাসরি গাড়ির দাম বাড়ায়।
• ওজন ও আয়তন: প্রতিটি অতিরিক্ত কিলোগ্রাম রেঞ্জ এবং প্যাকেজিংয়ের দিক থেকে সরাসরি শাস্তি।
• তাপীয় ব্যবস্থাপনা: উচ্চ পাওয়ার মানে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে এমন আরও বেশি তাপ; OBC গুলো ফ্যান বা তরল-শীতলিত সিস্টেম দিয়ে ডিজাইন করা হয় এবং ভালো কুলিং তাপ নিয়ন্ত্রণের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের দিক থেকে আকার ছোট করার উপায়ও আছে: মাল্টি-ফাংশন চার্জারে অভিন্ন হিট সিঙ্ক শেয়ারিং মোট আকার ছোট করে। উন্নত সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তি পাওয়ার ঘনত্ব এবং দক্ষতার মধ্যকার ট্রেড-অফ উন্নত করতে পারে, তবে এর মূল্য হলো gate-drive ডিজাইন, আরও সতর্ক তাপীয় পথ এবং উন্নত চৌম্বকীয় উপাদানের প্রয়োজন। অর্থাৎ ছোট করা "বিনামূল্যে" নয়; প্রতিটি লাভের জন্য ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অন্য কোনো ক্ষেত্রে মূল্য দিতে হয়।

800V স্থাপত্য কি এই চিত্রটি বদলে দেয়?

800V স্থাপত্য ব্যাটারি প্যাক, DC-DC কনভার্টার এবং অনবোর্ড চার্জারকে অন্তর্ভুক্ত করে এমন একটি সিস্টেম সিদ্ধান্ত; কম কারেন্টে বেশি চার্জিং পাওয়ার সরবরাহ করে আল্ট্রা ফাস্ট চার্জিং সহজ করে এবং %10-80 ব্যাপ্তিকে 20 মিনিটের নিচে নামাতে পারে। উপযুক্ত স্টেশনে 200 kW এর বেশি পাওয়ারে প্রায় 20-30 মিনিটে %80 এ পৌঁছানো যায় বলে জানানো হয়; স্থাপত্যটি 350 kW পর্যন্ত চার্জিং গতি সমর্থন করতে পারে।

মাথায় রাখতে হবে এমন সূক্ষ্ম পার্থক্য হলো: 800V যে দ্রুততা দেয় সেটি DC দিকে। AC এবং ঘরোয়া চার্জিংয়ে 800V আর্কিটেকচার কোনো সুবিধা দেয় না; কারণ AC দিকের সর্বোচ্চ সীমা এখনও OBC-র রেটেড ক্ষমতা দ্বারা নির্ধারিত হয়। এমনকি কিছু দ্বিমুখী ঘরোয়া চার্জিং ইউনিট 400V DC ব্যাটারি সামলাতে পারলেও 800V সামলাতে না-ও পারে। 400V গাড়ি 800V স্টেশনে যুক্ত হলে 400V আউটপুটে সীমাবদ্ধ থাকা একই যুক্তির আরেক দিক: সীমা সবসময় সংকীর্ণ দিকটির।

ধীর AC চার্জিং কি ব্যাটারির জন্য বেশি উপকারী?

ছোট OBC-র অস্তিত্বকে ত্রুটি হিসেবে দেখা উচিত নয়। AC চার্জিং ধীর, কিন্তু এই ধীরগতি গাড়ির আয়ু জুড়ে ব্যাটারির স্বাস্থ্য রক্ষায় সহায়ক; রাতের ঘরোয়া চার্জিং হলো সেই পদ্ধতি যাতে ব্যাটারি সবচেয়ে কম চাপে থাকে। DC ফাস্ট চার্জিংয়ের গতি সুবিধা অবিসংবাদিত এবং দীর্ঘ যাত্রার জন্য অপরিহার্য, তবে দৈনন্দিন ব্যবহারে AC দিকের যথেষ্টতাও অবিসংবাদিত।

এছাড়া কম ক্ষমতায় চার্জিংয়ের একটি ব্যবহারিক সীমা আছে জানা ভালো: কিছু গাড়ি চার্জিং চলাকালীন সিস্টেম চালু রাখতে ঘণ্টায় 100-200 W খরচ করে। এই খরচ খুব কম ক্ষমতায় নির্ধারিত চার্জিংকে অসমানুপাতিকভাবে ধীর করে দেয়; অর্থাৎ OBC-র নিম্নসীমা যতটা, গাড়ির নিজস্ব স্থায়ী লোডও প্রবাহের ধরন নির্ধারণ করে।

উপসংহার: ছোট OBC, সঠিকভাবে বিভক্ত কাজের ভার

Onboard charger-এর ছোট হওয়া কোনো ঘাটতি নয়, বরং একটি আর্কিটেকচারাল সিদ্ধান্ত। AC চার্জিংয়ে সর্বোচ্চ সীমা গাড়ি নির্ধারণ করে, DC চার্জিংয়ে রূপান্তর স্টেশনে চলে যায় এবং গাড়ি শুধু ব্যাটারিতে ডেটা ও কন্ট্রোল দিকটি ধরে রাখে। 7-22 kW পরিসরের OBC ওজন, খরচ ও তাপীয় চাপ যুক্তিসঙ্গত রাখে; আর প্রকৃত গতির চাহিদা অবকাঠামোর দিকের বিশাল কনভার্টারগুলো পূরণ করে। একটি EV-র চার্জিং মান পড়ার সময় আমরা দুটি আলাদা সংখ্যা দেখি, এর কারণই ঠিক এই বিভাজন: একটি গাড়ির ভেতরের ছোট কিন্তু ক্রমাগত চলমান ইউনিট, অন্যটি স্টেশনের বড় কিন্তু গাড়িতে কখনোই বহন করা হয় না এমন ক্ষমতা।

সূত্র

• EV চার্জিংয়ের গতি আসলে কী সীমাবদ্ধ করে? যা আপনি ভাবছেন তা নয়!
• স্টেশনের অ্যাম্পিয়ার ও kW কীভাবে EV চার্জিংয়ের সময়কে প্রভাবিত করে
• DC ফাস্ট চার্জিংয়ের পূর্ণাঙ্গ গাইড
• DC ফাস্ট-চার্জারের সিস্টেম দক্ষতা উন্নয়ন
• Onboard Charger কী?
• On-Board Charger - ScienceDirect Topics
• AC EV চার্জিংয়ে Onboard Charger-এর সীমাবদ্ধতা
• 800 V যানবাহন আর্কিটেকচার কী?
• 800 V প্যাসেঞ্জার EV Onboard Charger-এর একটি সারসংক্ষেপ
• 400V বনাম 800V চার্জিং
• 7kW, 11kW নাকি 22kW EV চার্জার?
• 7kW, 11kW এবং 22kW চার্জার বোঝা
• ধীর EV চার্জিং কেন বেশি বুদ্ধিমান হতে পারে
• চার্জিং স্তর, Onboard Charger kW, DC ফাস্ট