Stroommodules in DC-laders: Waarom ze modulair zijn

Twee DC-laders hebben dezelfde waarde op het etiket en gedragen zich anders ter plaatse. Eén levert soepel over het hele assortiment dat een voertuig vraagt. De andere springt tussen grote blokken door, laat de capaciteit stationair en bedient de tweede auto slechter dan de eerste. Het verschil zit meestal niet in het totale vermogen, maar in hoe die kracht wordt opgebouwd en verdeeld.

De bouweenheid is de krachtmodule. Begrijpen wat het doet, waar het efficiënt is en hoeveel van hen achter elke connector zitten, verklaart het grootste deel van het gedrag dat een datasheet in één getal samenvat.

Wat een Power Module Doet

?

Een module is een zelfstandige converter. Het neemt driefasige wisselstroom uit de distributie van de kast, corrigeert de ingangsstroom zodat de voeding een schone belasting ziet, richt op een DC-bus, en zet die bus vervolgens om naar de spanning en stroom die het voertuig vraagt. Het heeft zijn eigen regeling, een eigen koelpad en zijn eigen bescherming.

Modules zijn parallel bedraad aan de DC-zijde. Hun uitgangen worden gecombineerd, dus de waarde van een kast is ongeveer het aantal modules vermenigvuldigd met de waarde van één. Die rekenkunde is eenvoudig, en daar stoppen de meeste inkoopvergelijkingen, wat een vergissing is: de parallelle opstelling creëert zowel de flexibiliteit als de beperkingen die daaruit volgen.

Het bouwen van een oplader uit herhaalde identieke units brengt drie praktische voordelen met zich mee. De ontwerpinspanning wordt herhaald in plaats van opnieuw uitgevonden, waardoor de kwalificatie-inspanning wordt gedeeld over de configuraties. De productieopbrengst verbetert doordat een defecte module wordt vervangen in plaats van een hele kast die wordt herzien. En service wordt een ruil in plaats van een reparatie, wat het verschil is tussen een locatie die dezelfde dag weer in dienst komt en wachten op een technicus met een soldeerbout.

De efficiëntiecurve is niet vlak

Een converter heeft twee soorten verlies. Sommige zijn evenredig met het verwerkte vermogen: geleidingsverliezen in halfgeleiders en koper. Andere zijn ruwweg vastgelegd wanneer de eenheid draait: schakelverliezen, besturingselektronica, ventilatoren en hulpvoorzieningen. Bij lichte belasting domineert het vaste deel, waardoor de efficiëntie slecht is. Naarmate de belasting stijgt, wordt het vaste deel over meer output verspreid en stijgt de efficiëntie. Bij bijna volledige belasting beginnen geleidingsverliezen te domineren en vlakt de curve af of draait naar beneden.

Het gevolg is dat het beste werkpunt ergens in het midden van het bereik ligt, niet bovenaan. Een lader die op zijn piekefficiëntie wordt geciteerd, wordt geciteerd op een belastingspunt waar een echte sessie kort of helemaal niet doorheen kan gaan.

Modulaire constructie biedt een manier om dit te beheren. In plaats van alle modules tijdens een langzame sessie op lichte belasting te laten draaien, kan de controller er minder dichter bij hun efficiënte band laten draaien en de rest inactief laten. Dit is een van de redenen waarom een modulaire kast een enkele grote omzetter kan overtreffen op het daadwerkelijke energieverbruik, ondanks dat er in totaal meer componenten zijn.

Het betekent ook dat het efficiëntiecijfer afhangt van hoe de kast wordt ingezet, niet alleen van de hardware. Twee units met identieke modules en verschillende dispatch-logica tonen een verschillend verbruik over een maand van gemengde sessies.

Waarom het aantal modules de kleinste machtsstap bepaalt

Modules kunnen worden in- en uitgewisseld, maar ze zijn ondeelbaar. Als elke module een vast bedrag bijdraagt, kan de output alleen waarden aannemen die veelvouden van dat bedrag zijn, plus de gedeeltelijke capaciteit die de module zelf biedt bij lage output.

Dit is de kleinste powerstap en een specificatie op zich. Een kast met vier grote modules kan een voertuig dat iets meer dan één module vraagt niet kunnen bedienen zonder een hele tweede module te vervangen en vervolgens te beperken. De extra capaciteit bestaat wel, maar kan op dat moment niet aan iemand anders worden verkocht.

Waar de stap klein is, wordt capaciteit nauwkeurig toegewezen en er minder gestrand. Waar de stap groot is, gedraagt de kast zich goed bij volle output en slecht in het midden. Een 120 of 180 kW-eenheid die schakelt in stappen van 30 kW, of een hub die in stappen van 40 kW toeweet, beschrijft precies deze eigenschap — niet de totale waarde, maar de resolutie waarmee het totaal kan worden gedeeld.

Centrale Dispatch versus vaste Per-Connector

In een vaste opstelling bezit elke connector een set modules. Een auto op één connector heeft een hard plafond en kan niet lenen van een leegstaande stalk. Dit is eenvoudig te bedenken en eenvoudig te certificeren, en het verspilt capaciteit wanneer de vraag ongelijk is.

In een centrale opstelling zitten alle modules achter een gemeenschappelijke bus en wijst de controller stroom toe aan connectoren wanneer sessies dat vereisen. Een eenzaam voertuig kan bijna het hele kabinet trekken; Twee voertuigen splitsen het volgens een polis. De laadhubhost is zo gebouwd, waarbij de hostkast de conversie bevat en de terminals ervan putten.

Het beleid is belangrijker dan de topologie. Een eerlijke verdeling geeft beide auto's de helft en kan een bijna volle auto met vermogen vasthouden die hij niet langer kan accepteren. Een beleid voor het volgen van de vraag geeft elke auto wat hij vraagt totdat de pool op is, en wijst vervolgens de rest toe. Het eerste is makkelijker uit te leggen aan een chauffeur; De tweede levert meer energie per uur van dezelfde hardware.

Wat N+1 redundantie echt koopt

De term wordt vaak gelezen als dat de kast een module kan verliezen en toch zijn nominale vermogen kan leveren. Die lezing is verkeerd. Redundantie betekent dat de kast een module kan verliezen en kan blijven werken, met een verminderd vermogen, in plaats van uit te schakelen.

Wat het koopt is beschikbaarheid, niet capaciteit. Een locatie met N+1-modules blijft open bij een enkele module-uitval; Een locatie zonder deze kast verliest de kast totdat er een vervanger arriveert. Voor een snelweglocatie waar een gesloten kraam een kop is, is die handel het waard om voor te betalen. Voor een depot waar sessies 's nachts kunnen worden verplaatst, gebeurt dat vaak niet.

De waarde hangt ook af van een tweede factor: of de module live kan worden vervangen. De hot-swap capaciteit zet een storing om in een onderhoudstaak zonder onderbreking van de dienst. Een module waarbij de kast moet worden uitgeschakeld, verandert redundantie in een geplande stroomonderbreking, wat een veel kleiner voordeel is dan het label suggereert.

Twee eenheden van hetzelfde opgegeven vermogen vergelijken

Zes vragen scheiden twee kasten die een kopnummer delen.

Hoeveel modules, en met welke beoordeling elk? Wat is de kleinste stroomstap die de controller kan toewijzen? Wordt de pool gedeeld over connectors of is het per connector vast, en welk beleid bepaalt de splitsing? Komt de efficiëntiecijfer uit het midden van het belastingbereik of van boven? Is een module vervangbaar zonder de kast buiten gebruik te nemen? En als één module uitkomt, welke output blijft er dan over?

Die antwoorden voorspellen gedrag op locatie veel beter dan het beaderde vermogen, dat slechts een bovengrens is. De 120 en 180 kW-units publiceren hun moduleconfiguratie en schakelstap precies voor deze vergelijking, en dezelfde cijfers zijn het waard om aan elke leverancier die ernaast wordt geëvalueerd op te vragen.

Daarom kan hetzelfde topline-figuur zo verschillend presteren tussen een drukke winkellocatie en een rustig depot. De winkellocatie geeft om de stap, omdat capaciteit elke paar minuten opnieuw toegewezen moet worden. Het depot geeft om energie die de nacht oplevert, waarbij een grovere stap weinig kost. Geen van beide is verkeerd; Ze stellen verschillende vragen van dezelfde specificatie.

Een praktische manier om een voorgestelde configuratie te testen is door het drukste uur te modelleren in plaats van de gemiddelde dag. Neem het aantal voertuigen dat in dat uur wordt verwacht, de energie die elk nodig heeft en de tijd die er blijft. Als het allocatiebeleid en de stapgrootte ze kunnen bedienen zonder modules inactief te laten terwijl er een wachtrij vormt, is de configuratie solide. Zo niet, dan lost het toevoegen van totale kracht het niet op, omdat de beperking resolutie is in plaats van capaciteit. Het assortiment kast- en terminalcombinaties is opgegeven onder snellaadstations.