Strömmoduler i DC-laddare: Varför de är modulära

Två DC-laddare har samma klass på etiketten och beter sig olika på plats. En levererar smidigt över hela bilens sortiment. Den andra hoppar mellan stora block, lämnar kapaciteten tomgångsledig och tjänar den andra vagnen sämre än den första. Skillnaden är vanligtvis inte den totala effekten utan hur den kraften byggs upp och delas.

Konstruktionsenheten är kraftmodulen. Att förstå vad den gör, var den är effektiv och hur många som sitter bakom varje koppling förklarar det mesta av det beteende som ett datablad sammanfattar i ett enda nummer.

Vad en Power Module Gör

En modul är en självständig omvandlare. Den tar trefas växelström från kabinettets fördelning, korrigerar ingångsströmmen så att matningen ser en ren last, likriktar till en likströmsbuss och omvandlar sedan bussen till den spänning och ström som fordonet efterfrågar. Den har sin egen styrslinga, sin egen kylväg och sitt eget skydd.

Modulerna är parallellkopplade på DC-sidan. Deras utgångar kombineras, så ett skåps värde är ungefär antalet moduler multiplicerat med värdet av ett. Den aritmetiken är enkel, och det är också där de flesta upphandlingsjämförelser slutar, vilket är ett misstag: det parallella arrangemanget är det som skapar både flexibiliteten och de begränsningar som följer.

Att bygga en laddare av upprepade identiska enheter ger tre praktiska fördelar. Designarbetet upprepas snarare än uppfinns på nytt, så kvalificeringsarbetet delas mellan konfigurationerna. Tillverkningsavkastningen förbättras eftersom en defekt modul byts ut istället för att ett helt skåp omarbetas. Och servicen blir ett byte snarare än en reparation, vilket är skillnaden mellan att en plats återvänder till service samma dag och att vänta på en tekniker med lödkolv.

Effektivitetskurvan är inte platt

En konverterare har två typer av förluster. Vissa är proportionella mot den effekt som bearbetas: ledningsförluster i halvledare och koppar. Andra är ungefär fasta när enheten är igång: brytningsförluster, styrelektronik, fläktar och hjälpaggregat. Vid lätt belastning dominerar den fasta delen, så verkningsgraden är dålig. När lasten ökar sprids den fasta delen över mer produktion och effektiviteten ökar. Vid full belastning börjar ledningsförlusterna dominera och kurvan planar ut eller svänger nedåt.

Konsekvensen är att den bästa arbetspunkten ligger någonstans i mitten av intervallet, inte högst upp. En laddare som anges vid sin högsta effektivitet anges vid en belastningspunkt som en verklig session kan passera igenom kortvarigt eller inte alls.

Modulär konstruktion ger ett sätt att hantera detta. Istället för att köra alla moduler vid lätt belastning under en långsam session kan kontrollern köra färre av dem närmare deras effektiva band och lämna resten i viloläge. Detta är en anledning till att ett modulskåp kan slå en enda stor omvandlare i verklig energianvändning, trots att det har fler komponenter totalt.

Det betyder också att effektivitetssiffran beror på hur skåpet distribueras, inte bara på hårdvaran. Två enheter med identiska moduler och olika dispatch-logik visar olika förbrukning under en månad av blandade sessioner.

Varför modulantal sätter det minsta kraftsteget

Moduler kan bytas in och ut, men de är odelbara. Om varje modul bidrar med en fast mängd kan utgången endast ta värden som är multiplar av den mängden, plus den delvisa kapacitet modulen själv erbjuder vid låg utgång.

Detta är det minsta power-steget och en specifikation i sig. Ett kabinett med fyra stora moduler kan inte betjäna ett fordon som begär lite mer än en moduls värde utan att byta in en hel andra modul och sedan strypa den. Den extra kapaciteten finns men kan inte säljas till någon annan just då.

Där steget är litet fördelas kapaciteten fint och mindre blir strandade. Där steget är stort beter sig skåpet bra vid full effekt och dåligt i mitten. En enhet på 120 eller 180 kW som växlar i steg om 30 kW, eller en hubb som allokerar i steg om 40 kW, beskriver exakt denna egenskap — inte den totala värdestyrkan, utan upplösningen med vilken totalen kan delas.

Central Dispatch vs Fixed Per-Connector

I en fast konfiguration äger varje kontakt en uppsättning moduler. En bil på en kontakt har ett hårt tak och kan inte låna från en stånd som står tom. Detta är enkelt att resonera kring och enkelt att certifiera, och det slösar kapacitet när efterfrågan är ojämn.

I en central konfiguration sitter alla moduler bakom en gemensam buss och styrenheten tilldelar ström till kontakter efter sessioner. Ett ensamt fordon kan dra nästan hela kabinettet; Två fordon delar på det enligt en policy. laddningshubvärd är byggd på detta sätt, med värdskåpet som håller konverteringen och terminalerna som hämtar från den.

Policyn är viktigare än topologin. En rättvis fördelning ger båda bilarna halva och kan lämna en nästan full bil med kraft som den inte längre kan acceptera. En efterfrågeföljningspolicy ger varje bil vad den begär tills poolen tar slut, och fördelar sedan resten. Det första är lättare att förklara för en förare; Den andra levererar mer energi per timme från samma hårdvara.

Vad N+1-redundans verkligen köper.

Termen läses ofta som att kabinettet kan förlora en modul och ändå leverera sin nominella effekt. Den tolkningen är fel. Redundans innebär att kabinettet kan förlora en modul och fortsätta fungera med reducerad effekt istället för att stängas av.

Det den köper är tillgänglighet, inte kapacitet. En plats med N+1-moduler förblir öppen genom ett enda modulfel; en sajt utan den förlorar skåpet tills en ersättning anländer. För en motorvägsplats där en stängd stånd är en nyhetsrubrik är den handeln värd att betala för. För en depå där sessioner kan ombokas över natten är det ofta inte så.

Värdet beror också på en andra faktor: om modulen kan bytas ut live. Hot-swap-funktionalitet omvandlar ett fel till en underhållsuppgift utan serviceavbrott. En modul som kräver att kabinettet stängs av förvandlar redundans till ett schemalagt avbrott istället, vilket är en mycket mindre fördel än vad etiketten antyder.

Jämförelse av två enheter med samma nominella effekt

Sex frågor skiljer två kabinetter som delar rubriknummer.

Hur många moduler, och med vilken klassning varje? Vad är det minsta effektssteg som styrenheten kan tilldela? Delas poolen mellan kopplingar eller är den fast per kontakt, och vilken policy styr fördelningen? Kommer verkningsgraden från mitten av lastområdet eller från toppen? Är en modul utbytbar utan att ta skåpet ur funktion? Och när en modul är ute, vad återstår då för utgång?

Dessa svar förutspår beteendet på plats mycket bättre än den angivna effekten, som bara är en övre gräns. 120 och 180 kW-enheter publicerar sin modulkonfiguration och växlingssteg för just denna jämförelse, och samma siffror är värda att begära från alla leverantörer som utvärderas tillsammans med dem.

Det är därför samma topplinjefigur kan prestera så annorlunda mellan en livlig butik och en lugn depå. Butikssidan bryr sig om steget, eftersom kapacitet måste omfördelas var några minuter. Depån bryr sig om energi över natten, där ett grovare steg kostar lite. Inget av det är fel; De ställer olika frågor av samma specifikation.

Ett praktiskt sätt att testa en föreslagen konfiguration är att modellera den mest hektiska timmen istället för den genomsnittliga dagen. Ta antalet fordon som förväntas under den timmen, energin varje person behöver och hur lång tid de stannar kvar. Om allokeringspolicyn och steglängden kan hantera dem utan att lämna moduler stilla medan en kö bildas, är konfigurationen korrekt. Om inte, så löser inte totaleffekten det, eftersom begränsningen är upplösning snarare än kapacitet. Utbudet av kabinett- och terminalkombinationer anges under snabbladdningsstationer.