Bagaimana konverter pengisi daya EV mengoptimalkan kecepatan pengisian

Sejak kendaraan listrik (EV) telah menetapkan kehadiran yang kuat di pasar otomotif, produsen telah mendorong kemajuan dalam drivetrain daya lebih tinggi, kapasitas baterai yang lebih besar, dan kecepatan pengisian yang lebih cepat. Untuk memenuhi permintaan pelanggan dan memperluas rentang mengemudi, produsen EV terus meningkatkan kapasitas energi baterai. Namun, baterai yang lebih besar datang dengan waktu pengisian yang lebih lama. Sebagai era mesin pembakaran internal sebagai sumber daya utama untuk kendaraan berkurang, motor listrik telah muncul sebagai alternatif yang disukai. Produsen Peralatan Asli (OEM) dalam industri otomotif mencari sektor semikonduktor untuk inovasi elektronik yang diperlukan untuk mencapai masa depan yang dielektrik. Sementara banyak yang senang dengan gadget dan fitur di dalam kendaraan, rentang mengemudi dan kemampuan pengisian tetap menjadi perhatian utama.

Memahami peran konverter pengisi daya EV

Perkembangan yang cepat dari pasar EV telah membawa kemajuan yang signifikan, tetapi kecepatan pengisian baterai kendaraan dan waktu yang diperlukan tetap menjadi rintangan besar. Meningkatkan kecepatan dan efisiensi pengisian baterai adalah faktor kunci dalam menentukan apakah EV dapat sepenuhnya menggantikan kendaraan pembakaran.

Bagaimana EV Charger Converters Mengoptimalkan Kecepatan Pengisian: Mengaktifkan Pengisian Berkecepatan Tinggi

Teknologi Wide-BandGap (WBG), seperti Silicon Carbide (SIC), telah sangat menguntungkan konversi daya otomotif. Dibandingkan dengan perangkat daya tradisional seperti IGBT, teknologi WBG memberikan keunggulan yang signifikan. Produsen komponen pasif juga telah berinovasi. Desain induktor baru memastikan bahwa teknologi WBG dapat mendukung topologi switching yang lebih cepat, memungkinkan jangkauan yang lebih besar dan lebih cepat, lebih andal pengisian daya.

Dengan pendapatan EV yang diproyeksikan melebihi $ 620 miliar pada tahun 2024 dan tumbuh pada tingkat tahunan sebesar 10%, permintaan untuk MOSFET SIC canggih dan komponen pasif yang lebih baik jelas. Insinyur semakin fokus pada evaluasi teknologi ini untuk meningkatkan kinerja dan jangkauan pengisian.

Mengelola efisiensi konversi daya

Efisiensi daya sangat penting untuk meminimalkan kehilangan panas, menghemat energi, dan memenuhi berat desain dan kendala ruang. Kendaraan listrik semakin dipandang sebagai sumber potensial untuk menyeimbangkan gangguan jaringan (kendaraan-ke-grid, V2G) atau menyediakan daya darurat untuk rumah (kendaraan ke rumah, V2H). Ini mengharuskan topologi pengisian dua arah, yang mengarah pada inovasi seperti totem-pole PFC, dual active bridge (DAB), dan konverter LLC DC/DC.

Konverter daya berbasis SIC, yang dikenal karena efisiensi tinggi dan kepadatan daya mereka, menjadi semakin populer dalam elektronik daya. Perangkat SIC dengan cepat diadopsi dalam infrastruktur energi, termasuk sistem surya, sistem UPS, penyimpanan, dan sistem pengisian EV, untuk kemampuan mereka meningkatkan efisiensi dan kepadatan daya - pertimbangan kunci untuk mengatasi biaya lingkungan dan energi.

Teknologi pengisian daya adaptif dan integrasi sistem pengisian daya pintar

Prinsip Sistem Pengisian Smart

Sistem pengisian daya pintar merupakan bagian integral dari EV, mengelola jaringan tegangan tinggi dan tegangan rendah dan komunikasi mereka. Begini cara kerjanya:

1. Jaringan tegangan tinggi:

   • Sistem pengisian cepat mengonversi AC dari stasiun pengisian ke daya dc tegangan tinggi untuk pengisian baterai langsung, seringkali pada tingkat daya mencapai ratusan kilowatt.
   • Sistem pengisian yang lambat menggunakan pengisi daya onboard (OBC) untuk mengubah daya AC eksternal menjadi DC untuk pengisian daya, cocok untuk lingkungan rumah atau tempat kerja.

2. Jaringan tegangan rendah:

   • Konverter DC/DC menurunkan daya baterai tegangan tinggi ke 12V atau 24V untuk sistem tambahan.
   • Sistem Manajemen Baterai (BMS) memantau dan mengontrol status baterai untuk memastikan pengisian yang aman dan berkomunikasi dengan OBC dan konverter DC/DC melalui sinyal CAN.

3. Proses Pengisian:

   • Setelah menghubungkan steker pengisian daya, OBC memverifikasi koneksi dan mengirimkan permintaan pengisian ke BMS.
   • BMS menilai status baterai dan merespons, melaksanakan langkah-langkah power-up tegangan tinggi atau power-down.
   • Pengisian melibatkan langkah-langkah terkoordinasi termasuk catu daya AC, bangun sistem, pengisian deteksi permintaan, perintah pengisian, dan berhenti.

Melalui proses ini, sistem pengisian daya pintar memastikan pengisian yang aman dan efisien sambil memenuhi berbagai persyaratan lingkungan dan operasional.

Sistem pengisian onboard yang terintegrasi telah mendapatkan perhatian berkelanjutan dari akademisi dan industri. Struktur umumnya, seperti yang diilustrasikan di bawah ini, menampilkan beberapa prinsip dan keuntungan berbeda:

1. Prinsip Umum:
   Saat diparkir, sistem penggerak motor listrik dalam kendaraan listrik dikonfigurasi ulang menjadi pengisi daya, memungkinkan daya jaringan untuk mengisi baterai. Ini memungkinkan penggunaan kembali pembagian waktu dari motor penggerak dan komponen daya, membutuhkan komponen daya minimal atau tidak ada tambahan. Pendekatan ini menawarkan keunggulan yang signifikan dalam hal biaya, berat, dan volume.

2. Fitur konfigurasi ulang:

   • Gulungan motor umumnya berfungsi sebagai induktansi sisi jaringan.
   • Inverter drive biasanya dikonfigurasi ulang sebagai penyearah yang sepenuhnya terkontrol atau konverter DC untuk menyelesaikan konversi energi dan mengisi daya baterai daya kendaraan.

3. Potensi pengisian daya cepat berdaya tinggi:
   Secara umum, tingkat daya sistem penggerak kendaraan listrik jauh melebihi sistem pengisiannya. Secara teoritis, ini memungkinkan pengisi daya onboard yang terintegrasi untuk mencapai pengisian daya tinggi dan cepat.

Mengingat keunggulan ini, konsep sistem pengisian terintegrasi telah diteliti secara luas sejak didirikan pada tahun 1985. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan cepat elektronik daya modern dan teknologi kontrol penggerak motor, berbagai sistem pengisian daya terintegrasi berdasarkan berbagai jenis motor dan topologi yang dimiliki muncul, masing -masing dengan karakteristik dan kinerja yang unik. Meringkas dan menganalisis topologi dan metode kontrol ini sangat penting untuk memandu penelitian di masa depan.

Di sisi lain, industri kendaraan listrik memiliki tuntutan yang lebih tinggi untuk regulasi kecepatan motor dan toleransi kesalahan. Motor eksitasi hibrida, yang mewarisi efisiensi tinggi dan kepadatan daya motor magnet permanen tradisional sambil menawarkan regulasi medan magnet langsung seperti motor yang tereksitasi secara elektrik, semakin menarik perhatian pada kendaraan listrik. Struktur unik dan karakteristik elektromagnetik mereka memberikan keuntungan yang signifikan untuk sistem pengisian terintegrasi, menawarkan solusi teknologi baru untuk pengembangannya.

Manfaat dari konverter pengisi daya EV yang dioptimalkan

Pengisian kenyamanan tetap menjadi tantangan kritis. Sementara pengemudi dapat mengisi EV mereka semalaman di rumah atau di siang hari di tempat kerja, metode ini memberikan tingkat daya yang bervariasi. DitingkatkanOnboard Charger (OBC)Kapasitas membahas waktu pengisian yang panjang tetapi menambah tantangan kompleksitas dan desain. Pergeseran dari sistem baterai 400V ke 800V meningkatkan efisiensi kecepatan pengisian daya dan output daya sambil mengurangi arus pengisian daya, sehingga memperpendek waktu pengisian keseluruhan.

Faktor -faktor kunci seperti tegangan dan frekuensi switching memengaruhi desain OBC. Dengan meningkatkan parameter ini, kapasitas OBC dapat meningkat secara signifikan. Perangkat 1200V berbasis SIC sekarang disukai karena kemampuan tegangan pemblokiran yang lebih tinggi, memenuhi tuntutan platform EV generasi berikutnya.

Fitur Utama Konverter Pengisi Daya EV Lanjutan

1. Rasio konversi step-down tegangan tinggi
Konverter DC-DC terintegrasi dapat mengekstraksi daya dari baterai tegangan tinggi dan mengirimkannya ke perangkat tegangan rendah seperti baterai 12V.

2. Penghapusan arus yang beredar
Desain konverter baru termasuk sirkuit penyerapan khusus untuk menghilangkan arus yang bersirkulasi, meningkatkan efisiensi konversi daya.

3. Output rendah arus riak
Dengan mengadopsi mode konverter ke depan, konverter mengurangi riak arus induktor output, memastikan pengiriman daya yang lebih halus.

4. Fungsi OBC terintegrasi
Konverter pengisi daya EV tingkat lanjut mengintegrasikan fungsi OBC, memungkinkan pengisian jaringan-ke-kendaraan (G2V), pelepasan kendaraan-ke-grid (V2G), dan transfer daya yang efisien antara baterai utama dan tambahan.

5. Pertimbangan Desain
  ·Rasio step-down tinggi memastikan konversi tegangan yang efektif.
  ·Riak output yang dikurangi memastikan daya yang stabil untuk komponen sensitif.

Fitur -fitur ini memberikan efisiensi dan keandalan yang tinggi sambil meningkatkan kinerja dan kegunaan sistem secara keseluruhan.

Kesimpulan

Elektrifikasi dan teknologi cerdas mendorong industri otomotif ke depan. Kemajuan dalam teknologi baterai memberdayakan pertumbuhan EV, sementara sistem pintar meningkatkan keamanan dan efisiensi. Ketika pangsa pasar EV terus tumbuh, inovasi -inovasi ini akan memainkan peran penting dalam mengubah lanskap transportasi.