Как преобразователь зарядного устройства для электромобилей оптимизирует скорость зарядки

Поскольку электромобили (EV) заняли прочное место на автомобильном рынке, производители продвигают усовершенствования в области более мощных трансмиссий, аккумуляторов большей емкости и более высоких скоростей зарядки. Чтобы удовлетворить потребности клиентов и увеличить запас хода, производители электромобилей продолжают увеличивать энергоемкость аккумуляторов. Однако батареи большего размера требуют более длительного времени зарядки. Поскольку эра двигателей внутреннего сгорания как основного источника энергии для транспортных средств подходит к концу, электродвигатели стали предпочтительной альтернативой. Производители оригинального оборудования (OEM) в автомобильной промышленности обращаются к полупроводниковому сектору за электронными инновациями, необходимыми для достижения этого электрифицированного будущего. Хотя многие в восторге от гаджетов и функций внутри транспортных средств, ключевыми проблемами остаются запас хода и возможности зарядки.

Понимание роли преобразователей зарядных устройств для электромобилей

Быстрое развитие рынка электромобилей привело к значительным достижениям, но скорость зарядки автомобильных аккумуляторов и необходимое время остаются серьезными препятствиями. Повышение скорости и эффективности зарядки аккумуляторов является ключевым фактором, определяющим, смогут ли электромобили полностью заменить автомобили с двигателем внутреннего сгорания.

Как преобразователи зарядных устройств для электромобилей оптимизируют скорость зарядки: обеспечение высокоскоростной зарядки

Технологии с широкой запрещенной зоной (WBG), такие как карбид кремния (SiC), значительно улучшили преобразование энергии в автомобилях. По сравнению с традиционными силовыми устройствами, такими как IGBT, технологии WBG обеспечивают значительные преимущества. Производители пассивных компонентов также внедряют инновации. Новые конструкции индукторов гарантируют, что технологии WBG могут поддерживать топологии более быстрого переключения, обеспечивая большую дальность действия и более быструю и надежную зарядку.

Поскольку прогнозируемый доход от электромобилей к 2024 году превысит 620 миллиардов долларов и будет расти на 10% в год, спрос на усовершенствованные SiC MOSFET и улучшенные пассивные компоненты очевиден. Инженеры все больше внимания уделяют оценке этих технологий для улучшения производительности и дальности зарядки.

Управление эффективностью преобразования энергии

Энергоэффективность имеет решающее значение для минимизации теплопотерь, экономии энергии и соблюдения конструктивных ограничений по весу и пространству. Электромобили все чаще рассматриваются как потенциальные источники для балансировки нарушений в сети (автомобиль-сеть, V2G) или обеспечения аварийного электроснабжения домов (автомобиль-дом, V2H). Это требует создания топологий двунаправленной зарядки, что приводит к таким инновациям, как тотемный PFC, двойной активный мост (DAB) и DC/DC-преобразователи LLC.

Силовые преобразователи на основе SiC, известные своим высоким КПД и удельной мощностью, становятся все более популярными в силовой электронике. Устройства SiC быстро внедряются в энергетической инфраструктуре, включая солнечные батареи, системы ИБП, системы хранения и зарядки электромобилей, благодаря их способности повышать эффективность и удельную мощность — ключевые факторы для решения проблем окружающей среды и затрат на электроэнергию.

Технологии адаптивной зарядки и интеграция системы интеллектуальной зарядки

Принципы интеллектуальных систем зарядки

Интеллектуальные системы зарядки являются неотъемлемой частью электромобилей, управляя высоковольтными и низковольтными сетями и их связью. Вот как они работают:

1. Высоковольтная сеть:

   • Системы быстрой зарядки преобразуют переменный ток зарядных станций в постоянный ток высокого напряжения для прямой зарядки аккумуляторов, часто при мощности, достигающей сотен киловатт.
   • В системах медленной зарядки используются бортовые зарядные устройства (OBC) для преобразования внешней энергии переменного тока в постоянный ток для зарядки, подходящей для дома или на рабочем месте.

2. Низковольтная сеть:

   • Преобразователи постоянного тока в постоянный ток понижают напряжение высоковольтной батареи до 12 В или 24 В для вспомогательных систем.
   • Системы управления батареями (BMS) отслеживают и контролируют состояние батареи, чтобы обеспечить безопасную зарядку и обмениваться данными с OBC и преобразователями постоянного тока через сигналы CAN.

3. Процесс зарядки:

   • После подключения зарядного штекера OBC проверяет соединение и отправляет запрос на зарядку в BMS.
   • BMS оценивает состояние батареи и реагирует, выполняя этапы включения или выключения высокого напряжения.
   • Зарядка включает в себя скоординированные действия, включая подачу питания переменного тока, пробуждение системы, определение потребности в зарядке, команды зарядки и остановку.

Благодаря этим процессам интеллектуальные системы зарядки обеспечивают безопасную и эффективную зарядку, отвечая при этом различным экологическим и эксплуатационным требованиям.

Интегрированная бортовая система зарядки привлекла постоянное внимание научных кругов и промышленности. Его общая структура, как показано ниже, включает в себя несколько различных принципов и преимуществ:

1. Общий принцип:
   При парковке система электропривода электромобиля переконфигурируется в зарядное устройство, позволяя электросети заряжать аккумулятор. Это позволяет повторно использовать приводной двигатель и силовые компоненты с разделением времени, требуя минимальное количество дополнительных силовых компонентов или вообще не требуя их вообще. Этот подход предлагает значительные преимущества с точки зрения стоимости, веса и объема.

2. Особенности реконфигурации:

   • Обмотки двигателя обычно выполняют функцию индуктивности со стороны сети.
   • Приводной инвертор обычно переконфигурируется как полностью управляемый выпрямитель или преобразователь постоянного тока для завершения преобразования энергии и зарядки аккумуляторной батареи автомобиля.

3. Мощный потенциал быстрой зарядки:
   Как правило, уровень мощности системы привода электромобиля намного превышает уровень мощности его системы зарядки. Теоретически это позволяет встроенным бортовым зарядным устройствам обеспечить мощную и быструю зарядку.

Учитывая эти преимущества, концепция интегрированных систем зарядки тщательно исследовалась с момента ее создания в 1985 году. В последние годы, с быстрым развитием современной силовой электроники и технологий управления приводом двигателя, появились различные интегрированные системы зарядки, основанные на различных типах двигателей и топологиях. каждый из них обладает уникальными характеристиками и производительностью. Обобщение и анализ этих топологий и методов управления имеет важное значение для направления будущих исследований.

С другой стороны, в отрасли электромобилей предъявляются более высокие требования к регулированию скорости двигателя и отказоустойчивости. Гибридные двигатели возбуждения, которые унаследовали высокую эффективность и удельную мощность традиционных двигателей с постоянными магнитами, обеспечивая при этом прямое регулирование магнитного поля, как двигатели с электрическим возбуждением, привлекают все большее внимание в электромобилях. Их уникальная структура и электромагнитные характеристики обеспечивают значительные преимущества интегрированным зарядным системам, предлагая новые технологические решения для их разработки.

Преимущества оптимизированных преобразователей зарядных устройств для электромобилей

Удобство зарядки остается критической проблемой. Хотя водители могут заряжать свои электромобили ночью дома или в течение дня на рабочем месте, эти методы обеспечивают различные уровни мощности. УлучшенныйБортовое зарядное устройство (OBC)емкости позволяют сократить время зарядки, но добавляют сложности и проблем при проектировании. Переход с аккумуляторных систем с напряжением 400 В на 800 В улучшает как скорость зарядки, так и эффективность выходной мощности, одновременно снижая зарядные токи, тем самым сокращая общее время зарядки.

Ключевые факторы, такие как напряжение и частота коммутации, влияют на конструкцию OBC. Увеличивая эти параметры, можно значительно улучшить производительность OBC. Устройства на базе SiC с напряжением 1200 В теперь пользуются популярностью из-за их более высокого напряжения блокировки, отвечающего требованиям платформ электромобилей следующего поколения.

Основные характеристики усовершенствованных преобразователей зарядных устройств для электромобилей

1. Коэффициент понижающего преобразования высокого напряжения
Встроенные преобразователи постоянного тока в постоянный могут извлекать энергию из высоковольтных батарей и передавать ее на низковольтные устройства, такие как батареи на 12 В.

2. Устранение циркулирующего тока
Новые конструкции преобразователей включают специальные схемы поглощения для устранения циркулирующих токов, повышающих эффективность преобразования энергии.

3. Низкие пульсации выходного тока.
Используя режимы прямого преобразователя, преобразователи уменьшают пульсации выходного тока дросселя, обеспечивая более плавную подачу мощности.

4. Интегрированные функции OBC
Усовершенствованные преобразователи зарядных устройств для электромобилей объединяют функции OBC, обеспечивая зарядку от сети к транспортному средству (G2V), разрядку от сети к транспортному средству (V2G) и эффективную передачу энергии между основными и вспомогательными батареями.

5. Рекомендации по проектированию
  ·Высокие коэффициенты понижения обеспечивают эффективное преобразование напряжения.
  ·Уменьшение пульсаций выходного сигнала обеспечивает стабильное питание чувствительных компонентов.

Эти функции обеспечивают высокую эффективность и надежность, одновременно повышая общую производительность и удобство использования системы.

Заключение

Электрификация и интеллектуальные технологии двигают автомобильную промышленность вперед. Достижения в области аккумуляторных технологий способствуют развитию электромобилей, а интеллектуальные системы повышают безопасность и эффективность. Поскольку доля рынка электромобилей продолжает расти, эти инновации будут играть ключевую роль в преобразовании транспортной ситуации.