تفاوت زمان شارژ بین شارژر ۳ کیلوواتی و ۵ کیلوواتی ev چیست؟

نحوه تعیین زمان شارژ واقعی خودروی برقی توسط توان خروجی (3kW در مقابل 5kW)

فیزیک کیلووات: چرا توان بالاتر زمان شارژ را کاهش می‌دهد — اما به صورت خطی نه

زمان شارژ به نرخ انتقال توان — که بر حسب کیلووات (kW) اندازه‌گیری می‌شود — بستگی دارد. یک شارژر 5kW در هر ساعت 67٪ انرژی بیشتری نسبت به یک شارژر 3kW تحویل می‌دهد. برای یک باتری 60kWh، زمان‌های نظری عبارتند از:

• 3kW: 20 ساعت (60 ÷ 3)
• 5kW: 12 ساعت (60 ÷ 5)

خط صاف و خوبی که روی کاغذ می‌بینیم، هنگامی که تلفات تبدیل را در نظر بگیریم، شروع به موجدار شدن می‌کند. وقتی خودروها انرژی را از جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کنند، معمولاً در همینجا حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد از بازدهی خود را از دست می‌دهند. علاوه بر این، مشکل گرما در کابل‌های شارژ نیز وجود دارد. مقاومت با افزایش جریان بدتر می‌شود. پس چه اتفاقی می‌افتد؟ یک شارژر ۳ کیلوواتی ممکن است پس از تلفات، در عمل تنها حدود ۲٫۵۵ کیلووات توان واقعی تأمین کند، اما اگر آن را به ۵ کیلووات افزایش دهیم، ناگهان متوجه می‌شویم که عملکرد واقعی به ۴٫۲۵ کیلووات نزدیک می‌شود. این بدین معناست که محاسبات منظمی که نشان می‌دهند زمان شارژ ۶۷ درصد سریع‌تر می‌شود، زمانی که همه عوامل را در نظر بگیریم، دقیقاً برقرار نخواهند بود. بیشتر مردم متوجه می‌شوند که صرفه‌جویی واقعی آن‌ها حدود نصف آن عدد است.

در نظر گرفتن تلفات بازدهی: چرا در عمل ۵ کیلووات به معنای ۶۷ درصد شارژ سریع‌تر نیست

مزایای واقعی به دلیل محدودیت‌های خاص وسیله نقلیه به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابند. بسیاری از ماشین‌های الکتریکی معمولی با شارژرهای تک‌فاز داخلی عرضه می‌شوند که حداکثر توان آن‌ها حدود ۳٫۷ تا ۴٫۶ کیلووات است. بنابراین حتی اگر فردی یک شارژر بزرگ‌تر ۵ کیلوواتی نصب کند، همچنان نمی‌تواند از این محدودیت‌های داخلی فراتر رود. برای مثال، زمانی که شارژر داخلی یک خودروی الکتریکی حداکثر ۴٫۶ کیلووات باشد، ارتقاء از یک سیستم ۳ کیلوواتی تنها حدود ۱٫۶ کیلووات توان اضافی فراهم می‌کند که معادل تقریباً ۵۳٪ شارژ سریع‌تر است، نه بهبود کامل ۲ کیلوواتی که ممکن است افراد انتظار داشته باشند. همچنین مشکل گرما نیز وجود دارد. هنگامی که دما بالای ۹۵ درجه فارنهایت (۳۵ درجه سانتی‌گراد) باشد، بیشتر سیستم‌های مدیریت باتری شروع به کاهش خروجی توان تا ۲۰٪ می‌کنند. این بدین معناست که صرفه‌جویی اولیه ۵۰٪‌ای در زمان نسبت به شارژ ۳ کیلوواتی، بسته به شرایط، به محدوده‌ای بین ۴۰ تا ۵۰٪ کاهش می‌یابد.

نیسان لیف (۴۰ کیلووات‌ساعت): ۱۳٫۳ ساعت (۳ کیلووات) در مقابل ۸٫۰ ساعت (۵ کیلووات) تا ۸۰٪ — با محدودیت‌های شارژر داخلی

به عنوان مثال خودروهای برقی کوچکی مانند نیسان لیف با باتری 40 کیلووات‌ساعت را در نظر بگیرید. شارژ این خودرو از تقریباً خالی تا 80 درصد ظرفیت، با استفاده از یک شارژر استاندارد 3 کیلوواتی، حدود 13 ساعت و 20 دقیقه طول می‌کشد. با یک دستگاه بهتر 5 کیلوواتی، این زمان به کمی بیش از 8 ساعت کاهش می‌یابد که از نظر تئوری به معنی بهبود تقریباً 40 درصدی است. اما اینجاست که موضوع پیچیده می‌شود. اکثر مدل‌های لیف حداکثر فقط قادر به تحمل سرعت شارژ تا 3.7 کیلووات هستند، بنابراین حتی اگر فردی یک شارژر 5 کیلوواتی در خانه نصب کند، آن 1.3 کیلووات اضافی صرف نظر می‌شود. این در عمل به چه معناست؟ زمان‌های واقعی شارژ در مقایسه با آنچه تولیدکنندگان در شرایط ایده‌آل وعده می‌دهند، بین 20 تا 30 درصد کندتر تمام می‌شود.

تسلا مدل 3 دو چرخ محرک (60 کیلووات‌ساعت) و فولکس واگن ID.4 (77 کیلووات‌ساعت): وقتی کاهش عملکرد، مزیت 5 کیلوواتی را از بین می‌برد

وسایل نقلیه برقی با باتری بزرگ‌تر در واقع سود کمتری از شارژرهای AC پیشرفته و پرقدرت نسبت به آنچه انتظار می‌رود، می‌برند. هنگامی که دما به بیش از حدود ۳۰ درجه سانتی‌گراد بالا می‌رود، سیستم شروع به کاهش توان قابل دریافت می‌کند. به عنوان مثال، یک جلسه شارژ تیپیک ۵ کیلوواتی ممکن است در هوای گرم تنها حدود ۴٫۳ کیلووات انرژی تحویل دهد. هم شارژرهای کوچک‌تر ۳ کیلوواتی و هم شارژرهای بزرگ‌تر ۵ کیلوواتی تقریباً از یک نوع کاهش عملکرد مشابه تأثیر می‌بینند، بدین معنا که صرفه‌جویی در زمانی که انتظار داشتیم با ارتقاء دستگاه به دست آید، دیگر وجود ندارد. وضعیت زمانی که باتری به حدود ۸۰٪ شارژ برسد، حتی بدتر هم می‌شود. صرف‌نظر از اینکه فرد از چه شارژری استفاده می‌کند، در این نقطه نرخ شارژ به سرعت کاهش می‌یابد. رانندگان اغلب خود را در موقعیتی می‌یابند که باید چند ساعت اضافی برای تکمیل شارژ ماشین‌شان صبر کنند، حتی اگر در تجهیزات پرمقدرت‌تر سرمایه‌گذاری کرده باشند.

جایگاه شارژرهای ۳ کیلوواتی و ۵ کیلوواتی در چشم‌انداز شارژ AC سطح ۲

شارژ سطح ۲ با جریان متناوب (AC) در سراسر جهان دامنه وسیعی از حدود ۳ تا ۲۲ کیلووات را پوشش می‌دهد و این مقدار بسته به منطقه جغرافیایی شما متفاوت است. در آمریکای شمالی، بیشتر سیستم‌ها تا حداکثر حدود ۱۹٫۲ کیلووات در ۸۰ آمپر قابلیت تحمل دارند، در حالی که کشورهای اروپایی اغلب از ظرفیت کامل ۲۲ کیلووات با استفاده از سیستم برق سه‌فاز بهره می‌برند. انتهای پایین‌تر این طیف شامل واحدهای ۳ کیلوواتی و ۵ کیلوواتی است که بسیاری از صاحبان خانه آن‌ها را نصب می‌کنند. این گزینه‌های پایه‌ای مسکونی هر ساعت شارژ تقریباً ۱۰ تا ۲۰ مایل اضافی فاصله را فراهم می‌کنند که بسیار بهتر از شارژرهای کند سطح ۱ است که تنها ۳ تا ۵ مایل در ساعت ارائه می‌دهند. علاوه بر این، نیازی به ارتقاء گران‌قیمت تابلوهای برق ندارند. بسیاری از خانه‌های قدیمی‌تر با تابلوهای خدمات ۱۰۰ تا ۲۰۰ آمپری به سادگی نمی‌توانند مصرف بالاتر از ۳۰ آمپر را تحمل کنند، بنابراین این واحدهای کوچک‌تر سطح ۲ در آنجا عالی کار می‌کنند. این شارژرها همچنین برای مجتمع‌های آپارتمانی، ویلاهای هم‌دیوار و کسب‌وکارها که قصد دارند هزینه‌ها را هنگام راه‌اندازی ایستگاه‌های شارژ پایین نگه دارند، بسیار مهم هستند. شگفتی نیست که شارژ سطح ۲ تقریباً نیمی از تمام نقاط شارژ خودروهای برقی در سراسر جهان را تشکیل دهد. این روش به اندازه کافی خوب کار می‌کند بدون آن‌که خیلی پیچیده یا گران تمام شود.

عوامل حیاتی غیرتوانی که تفاوت شارژر ۳ کیلووات و ۵ کیلووات در باره آنها بی‌اهمیت است

اگرچه توان نامی شارژر اهمیت دارد، اما سه عامل غیرتوانی اغلب تفاوت بین واحدهای ۳ کیلوواتی و ۵ کیلوواتی را خنثی می‌کنند و در عمل آنها را در استفاده روزمره اغلب کاملاً یکسان می‌سازند.

محدودیت شارژر داخلی: چرا بیشتر خودروهای الکتریکی در جریان متناوب تک‌فاز به ۳٫۷ تا ۴٫۶ کیلووات محدود می‌شوند

شارژر داخلی، که برق متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند، اساساً همه چیز را در مورد سرعت شارژ کنترل می‌کند. اکثر خودروهای الکتریکی ارزان‌قیمت دارای شارژرهای تک فاز OBC هستند که حدود 16 تا 20 آمپر در ولتاژ 230 ولت را پشتیبانی می‌کنند و این امر حداکثر توان مصرفی آنها را در محدوده‌ای بین 3.7 تا 4.6 کیلووات محدود می‌کند. به مدل‌هایی مانند MG ZS EV یا نسخه‌های پایه VW ID.3 نگاه کنید؛ حتی اگر شخصی یک دستگاه wallbox 5 کیلوواتی نصب کند، این خودروها باز هم بیش از حدود 3.7 کیلووات از شبکه انرژی دریافت نمی‌کنند. نیسان لیف در اینجا برجسته می‌شود، زیرا سیستم داخلی 6.6 کیلوواتی دارد و برخی از مدل‌های تسلا نیز توانسته‌اند از اتصالات AC با ظرفیت بالاتر به خوبی استفاده کنند. پس چه اتفاقی می‌افتد وقتی کسی پول بیشتری برای خرید شارژر 5 کیلوواتی خرج می‌کند اما خودرویی دارد که حداکثر توان شارژ آن به 3.7 کیلووات محدود شده است؟ خب، او دقیقاً همان تجربه شارژ را خواهد داشت که کسی که یک دستگاه ارزان‌تر 3 کیلوواتی برای گاراژ خود خریده است.

ولتاژ شبکه، دمای محیط و سطح شارژ – چگونه توان مؤثر تحویلی (kW) را کاهش می‌دهند

چهار متغیر محیطی به‌طور یکسان عملکرد 3 کیلووات و 5 کیلووات را کاهش می‌دهند:

• افت ولتاژ (به عنوان مثال، <230 ولت) باعث کاهش نسبی توان می‌شود – P = VI – بنابراین کاهش 5٪ ولتاژ، خروجی 5 کیلوواتی را حدود 250 وات کاهش می‌دهد.
• دمای بالای 35 درجه سانتی‌گراد منجر به کاهش ظرفیت توسط سیستم مدیریت باتری (BMS) می‌شود و جریان را به میزان 10 تا 25 درصد محدود می‌کند تا از سلامت باتری محافظت شود.
• شرایط زیر 10 درجه سانتی‌گراد مقاومت داخلی باتری را افزایش می‌دهد و تا 30 درصد از انرژی ورودی را به گرما تبدیل می‌کند، نه به شارژ ذخیره‌شده.
• شارژ کردن بالای 80 درصد سطح شارژ (SOC)، نرخ شارژ را به تدریج کاهش می‌دهد – گاهی تا نصف – صرف‌نظر از قابلیت شارژر.

این عوامل توضیح می‌دهند که چرا آزمایش‌های واقعی – مانند شارژ کردن یک فولکس‌واگن ID.4 سرد تا 90 درصد – اغلب تفاوت کمتر از 15 درصدی در سرعت شارژ بین سخت‌افزار 3 کیلوواتی و 5 کیلوواتی نشان می‌دهند، هرچند اختلاف توان نظری 67 درصدی وجود داشته باشد. استانداردهای SAE J1772 این محدودیت‌های رفتاری را پایه‌ریزی می‌کنند و بازتاب توافق دهه‌ها طول‌کشیده مهندسی خودروسازی در مورد شارژ متناوب ایمن و پایدار هستند.

چه زمانی ارتقاء به شارژر ۵ کیلوواتی EV معقول است – و چه زمانی یک شارژر ۳ کیلوواتی کافی است

تحلیل مورد استفاده: شارژ خانگی در طول شب، مدارهای مشترک مسکونی و خانوارهای دارای چندین خودروی الکتریکی

برای خانوارهای تک‌وسیله‌ای با برنامه‌های قابل پیش‌بینی، شارژرهای ۳ کیلوواتی به‌طور قابل اعتماد مصرف روزانه معمول (۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلومتر) را در مدت ۸ تا ۱۰ ساعت در طول شب جایگزین می‌کنند — ایده‌آل برای گاراژهایی با ظرفیت الکتریکی محدود و بدون نیاز به ارتقاء تابلو برق

مقدار برق مصرفی در اینجا تأثیر قابل توجهی دارد. یک شارژر پایه‌ای 3 کیلوواتی حدود 12.5 آمپر در ولتاژ 240 ولت می‌کشد، در حالی که یک مدل سریع‌تر 5 کیلوواتی به حدود 21 آمپر نیاز دارد. برای خانه‌هایی با تابلوهای برق 100 آمپری کوچک‌تر، یا جاهایی که مدارها قبلاً بارهای زیادی مانند سیستم‌های تهویه مطبوع، اجاق‌های برقی یا وسایل برقی پرمصرف دیگر را تحمل می‌کنند، نصب یک شارژر 5 کیلوواتی می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. فیوزها ممکن است به طور منظم قطع شوند و برخی شرکت‌های تأمین برق حتی هزینه‌های اضافی برای تقاضای بالا دریافت می‌کنند. هنگامی که چندین خودروی الکتریکی به‌طور همزمان نیاز به شارژ دارند، دو دستگاه 5 کیلوواتی معمولاً به یک مدار اختصاصی 50 آمپری نیاز دارند. اما بیشتر سیستم‌های برق‌رسانی استاندارد خانگی تنها تا 30 آمپر را پشتیبانی می‌کنند، بنابراین استفاده متناوب از خودروها با شارژرهای 3 کیلوواتی برای سیم‌کشی معمول خانه‌ها مناسب‌تر است. اگرچه ارتقاء به 5 کیلووات زمان شارژ را برای یک خودرو به نصف کاهش می‌دهد، اما معمولاً از نظر مالی منطقی نیست مگر اینکه خانه از قبل زیرساخت برقی مناسب را داشته باشد. در نهایت، اکثر مردم می‌توانند هر زمان که نیاز به سفرهای طولانی‌تر دارند، به ایستگاه‌های شارژ سریع عمومی متکی باشند.

سوالات متداول

چه عواملی تفاوت زمان شارژ واقعی بین شارژرهای 3 کیلوواتی و 5 کیلوواتی در خودروهای برقی را تعیین می‌کنند؟

تفاوت زمان شارژ بین شارژرهای 3 کیلوواتی و 5 کیلوواتی تحت تأثیر تلفات تبدیل، محدودیت‌های خودرو، محدودیت‌های شارژر داخلی، دمای محیط، ولتاژ شبکه و سطح شارژ باتری خودروی برقی قرار دارد.

آیا تمام خودروهای برقی می‌توانند از شارژر 5 کیلوواتی بهره ببرند؟

تمام خودروهای برقی قادر به استفاده کامل از شارژر 5 کیلوواتی نیستند. اکثر خودروهای برقی دارای شارژر داخلی با محدودیت مصرف توان هستند که معمولاً در جریان متناوب تک‌فاز بین 3.7 تا 4.6 کیلووات محدود می‌شود. این بدین معناست که نصب شارژر 5 کیلوواتی لزوماً به معنای شارژ سریع‌تر نیست.

چرا شارژر 3 کیلوواتی ممکن است برای استفاده خانگی کافی باشد؟

برای خانواده‌های تک‌خودرویی با الگوی رانندگی منظم، یک شارژر 3 کیلوواتی معمولاً می‌تواند محدوده مورد نیاز روزانه را در طول شب جایگزین کند و نیازی به ارتقاء تابلوی برق ندارد و از این رو از نظر اقتصادی برای نصب خانگی مقرون به صرفه است.

عوامل غیرتوانی که سرعت شارژ را محدود می‌کنند چیستند؟

عوامل غیر مربوط به توان که سرعت شارژ را محدود می‌کنند شامل نوسانات ولتاژ شبکه، اثرات دمایی بر سیستم مدیریت باتری، مقاومت داخلی باتری در شرایط سرد و کاهش بازده شارژ در سطح شارژ بالاتر از ۸۰ درصد است.