Onboard चार्जर जानबूझकर छोटा क्यों डिज़ाइन किया जाता है?

इलेक्ट्रिक वाहन की घर पर चार्जिंग गति दीवार पर लगी यूनिट नहीं, बल्कि उसके अंदर मौजूद 7-22 kW रेंज में रखा गया ऑनबोर्ड चार्जर तय करता है।
इलेक्ट्रिक वाहन की घर पर चार्जिंग गति दीवार पर लगी यूनिट नहीं, बल्कि उसके अंदर मौजूद 7-22 kW रेंज में रखा गया ऑनबोर्ड चार्जर तय करता है।

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इलेक्ट्रिक वाहन की घर पर AC चार्जिंग की गति तय करने वाली चीज़ दीवार पर लगी चार्जिंग यूनिट नहीं, बल्कि वाहन के अंदर मौजूद onboard charger है; यह उपकरण जानबूझकर 7-22 kW बैंड में, यानी एक संकीर्ण पावर रेंज में रखा जाता है, क्योंकि फास्ट चार्जिंग का असली बोझ स्टेशन की ओर के DC कन्वर्टर्स उठाते हैं। इस लेख में हम OBC क्या करता है, इसे छोटा क्यों डिज़ाइन किया जाता है और DC फास्ट चार्जिंग इसे कैसे बायपास कर देती है, यह सब पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के स्तर पर समझाते हैं।

मुख्य बातें

  • AC चार्जिंग में बैटरी तक जाने वाली शक्ति, स्टेशन की अधिकतम शक्ति और वाहन के onboard charger की शक्ति में से जो छोटी हो वही होती है.
  • सामान्य OBC पावर श्रेणियां 7 kW, 11 kW और 22 kW के रूप में होती हैं।
  • Onboard charger आम तौर पर 5 kg से हल्का और कॉम्पैक्ट होने के लिए डिज़ाइन किया जाता है।
  • DC फास्ट चार्जिंग में AC-DC रूपांतरण स्टेशन पर होता है; OBC सर्किट से बाहर हो जाता है और DC सीधे बैटरी तक जाती है।
  • DC फास्ट चार्जिंग में पीक पावर 50 kW से 250 kW+ के बीच होती है।

Onboard Charger वास्तव में क्या है और क्या करता है?

आम भाषा में "चार्जर" कहे जाने वाले दीवार यूनिट तकनीकी रूप से चार्जर नहीं होते; इन्हें इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग उपकरण, यानी EVSE कहा जाता है। असली चार्जर वाहन के अंदर होता है: onboard charger ग्रिड से आने वाली AC शक्ति को बैटरी में संग्रहीत की जा सकने वाली DC शक्ति में बदलता है। इस काम से आगे यह वोल्टेज को नियंत्रित करता है, चार्जिंग उपकरण के साथ संवाद करता है और बैटरी की निरंतर निगरानी रखता है।

दीवार यूनिट की भूमिका कहीं अधिक विनम्र है: यह वाहन के साथ संवाद करती है, केबल से गुजर सकने वाली अधिकतम धारा और OBC द्वारा स्वीकार की जा सकने वाली अधिकतम धारा तय करती है, केबल न लगे होने पर शक्ति काट देती है और खराबी की स्थिति में सर्किट बंद कर देती है। यानी दीवार पर लगा बॉक्स एक सुरक्षा और कनेक्शन इकाई है; रूपांतरण का काम वाहन करता है। यही अंतर चार्जिंग गति की पूरी बहस की नींव है।

AC चार्जिंग की गति वाहन ही क्यों तय करता है?

Onboard charger, AC चार्जिंग गति का मुख्य सीमाकारी कारक है। बैटरी को भेजे जाने वाले वोल्ट और एम्पियर यह स्वयं तय करता है और स्वयं नियंत्रित करता है। चार्जिंग स्टेशन चाहे कितनी भी शक्ति दे, OBC अपनी रेटेड शक्ति से अधिक शक्ति कभी स्वीकार नहीं करता: 7,2 kW रेटेड शक्ति वाला वाहन, 80 A पर 19,2 kW देने में सक्षम स्टेशन से जुड़ा होने पर भी केवल 7,2 kW पर ही चार्ज होता है.

व्यवहार में AC चार्जिंग शक्ति चार सीमाओं में से सबसे कम के अनुसार तय होती है: केबल, वाहन का onboard charger, आउटलेट तक पहुंचने वाले फेज की संख्या और आपूर्ति। शक्ति का हिसाब सरल है: वोल्ट × एम्पियर। 240 V × 30 A लगभग 7,2 kW होता है; 48 A के साथ यह मान 11,5 kW बैंड तक पहुंच जाता है। हर वाहन की दो अलग शक्ति मान भी होते हैं: कम वाली AC शक्ति और अधिक वाली DC शक्ति। इन दोनों मानों का अंतर, आर्किटेक्चर के दो अलग रूपांतरण मार्गों में विभाजित होने का सीधा परिणाम है।

पावर श्रेणियां: 7, 11 और 22 kW बैंड इतना प्रचलित क्यों है?

बाजार में AC पावर श्रेणियां तीन स्तरों में सिमटी हुई हैं। 7 kW सिंगल-फेज घरेलू वातावरण का मानक है, 11 kW थ्री-फेज घर और छोटे व्यवसाय पक्ष की पसंद है, 22 kW थ्री-फेज कनेक्शन द्वारा दिया जाने वाला सबसे तेज़ AC विकल्प है। केवल शक्ति के आधार पर 11 kW, 7 kW से लगभग %57 तेज़ है; यह अंतर रात में चार्जिंग के दौरान तीन-चार घंटे स्तर की समय बचत का मतलब है।

पावर श्रेणीवातावरणपूर्ण चार्ज समय (लगभग)
7 kWTek fazlı घररात भर
11 kWतीन फेज़ वाला घर / छोटा व्यवसाय5-6 घंटे
22 kWतीन फेज़, सबसे तेज़ AC2,5-3 घंटे

सीमाओं से आगे बढ़ना निर्माता की पसंद से संभव है: Nissan LEAF जैसे आम मॉडलों में 7,2 kW का OBC पर्याप्त माना जाता है, जबकि Lucid Air 19,2 kW के onboard charger के साथ इस सीमा से ऊपर निकल जाता है। हालाँकि 22 kW AC स्टेशनों का फैलना तीन-फेज़ बुनियादी ढाँचे की आवश्यकता और आधिकारिक अनुमोदन के कारण सीमित रहता है; यानी ऊपरी सीमा को बुनियादी ढाँचा भी तय करता है।

DC फास्ट चार्जिंग Onboard Charger को कैसे बायपास करती है?

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DC फास्ट चार्जिंग (DCFC) में AC-DC रूपांतरण वाहन में नहीं बल्कि स्टेशन पर होता है। परिवर्तित DC, OBC तक पहुँचे बिना सीधे बैटरी को आपूर्ति किया जाता है; इस मोड में वाहन बैटरी मैनेजमेंट सिस्टम (BMS) के माध्यम से प्रक्रिया को नियंत्रित करता है। Mode 4 के रूप में वर्गीकृत DC चार्जिंग उपकरण ठीक यही छोड़ने का काम करता है।

इसीलिए DC फास्ट चार्जिंग में शक्ति स्तर बड़े पैमाने पर केवल स्टेशन तक सीमित होता है: चरम गति 50 kW से 250 kW से अधिक मूल्यों तक जाती है। रूपांतरण को वाहन तक न ले जाने का वास्तुशिल्प तर्क भी यहीं है: स्टेशनों के कन्वर्टर इलेक्ट्रॉनिक्स किसी वाहन के वहन कर सकने से कहीं अधिक बड़े और शक्तिशाली हो सकते हैं। वाहन को हर बार भारी रूपांतरण उपकरण साथ ले जाने की ज़रूरत नहीं पड़ती।

Onboard Charger को जानबूझकर छोटा क्यों डिज़ाइन किया जाता है?

किसी EV में ढुलाई का भार और मात्रा दोनों सीमित होते हैं; onboard charger आमतौर पर 5 kg से हल्का और संक्षिप्त होने के लिए डिज़ाइन किया जाता है। इस सीमा को पार करना तीन लागतों को एक साथ बढ़ा देता है:

  • लागत: अधिक क्षमता वाला OBC सीधे वाहन की लागत बढ़ाता है।
  • वज़न और मात्रा: प्रत्येक अतिरिक्त किलोग्राम, रेंज और पैकेजिंग के लिहाज़ से सीधा दंड है।
  • थर्मल प्रबंधन: अधिक शक्ति का मतलब है अधिक ऊष्मा जिसे प्रबंधित करना होता है; OBC को फैन या द्रव-cooling प्रणालियों के साथ डिज़ाइन किया जाता है और अच्छी कूलिंग ऊष्मा के नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण है।

इंजीनियरिंग के स्तर पर आकार घटाने के तरीके भी हैं: बहु-कार्य चार्जरों में साझा हीट सिंक का उपयोग कुल आकार घटाता है। उन्नत सेमीकंडक्टर तकनीकें शक्ति घनत्व और दक्षता के बीच trade-off को सुधार सकती हैं, लेकिन इसकी कीमत gate-drive डिज़ाइन, अधिक सतर्क थर्मल मार्गों और उन्नत चुंबकीय घटकों की माँग है। यानी आकार घटाना "मुफ़्त" नहीं है; प्रत्येक लाभ के लिए किसी अन्य इंजीनियरिंग क्षेत्र में भुगतान करना पड़ता है।

क्या 800V आर्किटेक्चर इस तस्वीर को बदलता है?

800V आर्किटेक्चर बैटरी पैक, DC-DC कन्वर्टर और onboard charger को शामिल करने वाला एक सिस्टम निर्णय है; कम करंट पर अधिक चार्जिंग शक्ति प्रदान करके अल्ट्रा-फास्ट चार्जिंग को सरल बनाता है और %10-80 रेंज को 20 मिनट से नीचे ले जा सकता है। उपयुक्त स्टेशनों पर 200 kW से अधिक शक्ति के साथ लगभग 20-30 मिनट में %80 तक पहुँचा जा सकता है; यह आर्किटेक्चर 350 kW तक की चार्जिंग गति का समर्थन कर सकता है।

ध्यान देने योग्य बारीकी यह है: 800V से मिलने वाली गति DC पक्ष पर है। AC और घरेलू चार्जिंग में 800V आर्किटेक्चर कोई फायदा नहीं देता; क्योंकि AC पक्ष की ऊपरी सीमा फिर भी OBC की रेटेड पावर से तय होती है। यहाँ तक कि कुछ bidirectional घरेलू चार्जिंग यूनिट 400V DC बैटरी को तो संभाल सकती हैं लेकिन 800V को नहीं। 400V वाहन का 800V स्टेशन से जुड़ने पर 400V आउटपुट तक सीमित रहना भी उसी तर्क का दूसरा पहलू है: सीमा हमेशा संकरे पक्ष वाले वाहन की होती है।

क्या धीमी AC चार्जिंग बैटरी के लिए अधिक सौम्य है?

छोटे OBC की मौजूदगी को कमी नहीं समझना चाहिए। AC चार्जिंग धीमी है, लेकिन यह धीमापन बैटरी के स्वास्थ्य को वाहन के जीवनकाल भर सुरक्षित रखने में मदद करता है; रात में घरेलू चार्जिंग वह तरीका है जिसमें बैटरी पर सबसे कम तनाव पड़ता है। DC फास्ट चार्जिंग का गति लाभ अकाट्य है और लंबी यात्रा के लिए अपरिहार्य है, लेकिन रोज़मर्रा के उपयोग में AC पक्ष की पर्याप्तता भी अकाट्य है।

इसके अलावा यह जानना उपयोगी है कि कम शक्ति वाली चार्जिंग की एक व्यावहारिक सीमा है: कुछ वाहन चार्जिंग के दौरान सिस्टम के चालू रहने के लिए प्रति घंटा 100-200 W खर्च करते हैं। यह खपत बहुत कम शक्ति पर सेट की गई चार्जिंग को असंगत रूप से धीमा कर देती है; यानी OBC की निचली सीमा जितना ही, वाहन का अपना स्थिर भार भी प्रवाह का आकार तय करता है।

निष्कर्ष: छोटा OBC, सही तरीके से बाँटा गया कार्यभार

Onboard charger का छोटा होना कोई कमी नहीं, बल्कि एक आर्किटेक्चरल निर्णय है। AC चार्जिंग में ऊपरी सीमा वाहन तय करता है, DC चार्जिंग में रूपांतरण स्टेशन पर चला जाता है और वाहन केवल बैटरी की डेटा और नियंत्रण की बातें संभालता है। 7-22 kW बैंड का OBC वजन, लागत और थर्मल भार को उचित रखता है, जबकि वास्तविक गति की ज़रूरत को बुनियादी ढाँचे के पक्ष के विशाल कन्वर्टर पूरे करते हैं। किसी EV की चार्जिंग वैल्यू पढ़ते समय हमें दो अलग संख्याएँ दिखने का कारण भी ठीक यही विभाजन है: एक वाहन के अंदर की छोटी लेकिन लगातार चलने वाली इकाई, दूसरी स्टेशन पर की बड़ी लेकिन वाहन में कभी न ढोई जाने वाली शक्ति।

स्रोत