Что такое OBC (бортовое зарядное устройство)? Комплексное руководство по зарядке электромобилей

Электромобили (EV) меняют наше представление о транспорте, предлагая экологически чистую и эффективную альтернативу традиционным транспортным средствам. Однако одним из важнейших аспектов владения электромобилем является понимание того, как эти транспортные средства заряжаются, и технологии, которые делают это возможным. В основе этой системы лежит OBC (бортовое зарядное устройство), ключевой компонент, отвечающий за преобразование электроэнергии в полезную энергию для аккумулятора.

Введение

Глобальный переход к электрической мобильности вызван необходимостью сократить выбросы парниковых газов, свести к минимуму зависимость от ископаемого топлива и использовать возобновляемые источники энергии. По мере того, как электромобили становятся все более распространенными, растет и необходимость понимания их систем зарядки.

Зарядка электромобиля требует гораздо большего, чем просто подключение его к розетке. Требуется сложный механизм для преобразования энергии из сети в форму, которую может использовать аккумулятор автомобиля.OBC (бортовое зарядное устройство)это механизм.

В этом руководстве представлена ​​информация о функциях EV OBC, о том, почему он является неотъемлемой частью электромобилей и чем он отличается от внешних зарядных устройств, давая вам знания для принятия обоснованных решений о потребностях в зарядке вашего электромобиля.

Что такое OBC (бортовое зарядное устройство)?

OBC (бортовое зарядное устройство) — это важнейший компонент электромобилей (EV), который облегчает процесс зарядки. Основная функция EV OBC — преобразовывать переменный ток (AC) из внешнего источника питания, такого как стандартная домашняя розетка или общественная зарядная станция, в постоянный ток (DC), который затем сохраняется в аккумуляторе автомобиля. Это преобразование необходимо, поскольку аккумуляторы электромобилей могут хранить и использовать только энергию постоянного тока, в то время как большинство источников питания, таких как электрические розетки, подают мощность переменного тока.

Ключевые функции EV OBC:

1.Преобразование мощности:
EV OBC эффективно преобразует поступающее из сети переменное электричество в постоянный ток, который может использоваться аккумулятором автомобиля. Этот процесс гарантирует, что аккумулятор автомобиля получит нужный тип энергии для хранения. Эффективность этого преобразования имеет решающее значение для максимального использования энергии и минимизации отходов в процессе зарядки.

2.Управление зарядкой:
EV OBC не просто преобразует мощность; он также управляет самим процессом зарядки. Он регулирует силу тока и напряжение, подаваемые на батарею, обеспечивая безопасную и эффективную зарядку батареи. Это регулирование помогает избежать повреждений в результате неправильной зарядки и обеспечивает работу аккумулятора с максимальной производительностью.

3.Защита аккумулятора:
EV OBC также отвечает за защиту аккумулятора во время процесса зарядки. Он отслеживает такие факторы, как температура и напряжение, чтобы предотвратить перезарядку или перегрев, которые могут сократить срок службы аккумулятора. Эта функция гарантирует, что аккумулятор заряжается в контролируемой среде, продлевая его срок службы и поддерживая оптимальную производительность.

Без OBC электромобилям для выполнения этих функций потребовались бы громоздкие внешние зарядные устройства, что сделало бы процесс зарядки гораздо менее удобным и менее интегрированным в конструкцию автомобиля. OBC обеспечивает беспрепятственную зарядку в автомобиле, что важно для удобства и функциональности электромобилей.

Как работает OBC?

Бортовое зарядное устройство (OBC) является жизненно важным компонентом электромобиля (EV), выполняющим роль посредника между внешним источником питания и аккумулятором автомобиля. OBC гарантирует, что автомобиль получает необходимый тип и количество энергии, необходимой для безопасной и эффективной зарядки аккумулятора. Вот подробный обзор того, как работает OBC:

Бортовые зарядные устройства играют важную роль в электромобилях, выполняя множество функций, и важно поддерживать связь с BMS (системой управления аккумулятором) и системами мониторинга транспортных средств. Через высокоскоростную сеть CAN для взаимодействия с BMS он может динамически выдавать параметры тока и напряжения, наиболее подходящие для состояния силовой батареи согласно инструкциям BMS, и выбирать оптимальный режим зарядки батареи. пакет. Во время процесса зарядки BMS в основном контролирует напряжение, ток, температуру и состояние подключения силового аккумуляторного блока, чтобы контролировать и защищать аккумулятор. Общайтесь с системой мониторинга транспортного средства через высокоскоростную сеть CAN, загружайте собственное рабочее состояние, рабочие параметры и информацию о неисправностях, а также принимайте команду управления, чтобы начать или прекратить зарядку. Кроме того, он также имеет полные функции защиты безопасности. Например, защита от перенапряжения на входе переменного тока, сигнализация о пониженном напряжении на входе переменного тока, защита от перегрузки по току на входе переменного тока, защита от перегрузки по току на выходе постоянного тока, защита от короткого замыкания на выходе постоянного тока, плавный пуск на выходе, предотвращение ударов током, огнестойкость и т. д. Эти функции защищают аккумулятор во время зарядки, предотвращают возникновение опасных ситуаций, таких как перегрев, перезарядка и короткое замыкание, а также обеспечивают безопасную и стабильную работу аккумулятора. Бортовой OBC состоит из нескольких частей, включая входной порт переменного тока, блок питания, блок управления, вспомогательный низковольтный блок и выходной порт постоянного тока. Входной порт переменного тока отвечает за получение питания переменного тока от электросети и обычно имеет 7 портов PIN и три типа соединений. Стандартный входной интерфейс использует однофазное входное напряжение промышленной частоты 220 В, и если требуется питание, можно также включить два запасных контакта для достижения входного напряжения 380 В.

В качестве канала передачи энергии зарядки блок питания в основном включает в себя модуль подавления электромагнитных помех, модуль выпрямителя, модуль коррекции коэффициента мощности, модуль фильтра, модуль полномостового преобразования и модуль вывода постоянного тока. С помощью блока управления входной переменный ток промышленной частоты преобразуется в постоянный ток, подходящий для соответствующего напряжения, которое может принять аккумуляторная система. Блок управления является основной частью бортового зарядного устройства, который управляет процессом преобразования силового блока через коммутационное устройство, точно выполняет функцию преобразования посредством управления с обратной связью и обеспечивает функции защиты. В основном он включает в себя модуль обнаружения и защиты первичной стороны, модуль обнаружения и защиты от перегрузки по току, модуль мониторинга и защиты от повышенного/пониженного напряжения и главный модуль управления DSP. Низковольтный вспомогательный блок обеспечивает низковольтное питание электроники блока управления и реализует связь системы с внешним миром. В основном он включает в себя модуль связи CAN, модуль вспомогательного источника питания и модуль взаимодействия человека с компьютером. Выходной порт постоянного тока отвечает за подачу постоянного тока на батарею, включая два контакта на положительном и отрицательном полюсах низковольтного вспомогательного источника питания, два контакта на положительном и отрицательном полюсах высоковольтной цепи зарядки, землю , линии связи CANH и CANL (также могут иметь экранирование CAN) и сигнальную линию запроса зарядки.

Типы бортовых зарядных устройств

Не все OBC созданы равными. Различные модели электромобилей оснащены конкретными типами OBC в зависимости от их предполагаемого использования и инфраструктуры зарядки.

В целом бортовые зарядные устройства можно разделить на односторонние, двусторонние и встроенные.

·（Встроенное зарядное устройство однонаправленного действия）: мощность течет в одном направлении, обычно с использованием технологии высокочастотного импульсного источника питания, а топология разделена на одноступенчатую и двухступенчатую структуру; Только функция зарядки.

·（Встроенное зарядное устройство двунаправленного действия）: мощность течет в обоих направлениях, в основном с использованием двухступенчатой ​​структуры преобразования, которая состоит из двунаправленного преобразователя переменного тока в постоянный и двунаправленного преобразователя постоянного тока в постоянный. Имеется как функция зарядки, так и функция инвертора.

·Мощность течет в обоих направлениях, в основном с использованием двухступенчатой ​​структуры преобразования, которая состоит из двунаправленного преобразователя переменного тока в постоянный и двунаправленного преобразователя постоянного тока в постоянный. Имеется как функция зарядки, так и функция инвертора.

·V2L (автомобиль-нагрузка) Функция инвертора: получает питание от встроенной аккумуляторной батареи и подает питание переменного тока 220 В переменного тока на заземляющее электрическое оборудование через двунаправленное встроенное зарядное устройство, порт зарядки переменного тока и специальную розетку переменного тока V2L;

·V2G (автомобиль-сеть) Функция инвертора: получайте питание от встроенной аккумуляторной батареи и подключайтесь к электросети через двунаправленное встроенное зарядное устройство, порт зарядки переменного тока и заземляющую зарядную группу переменного тока.

·Встроенное зарядное устройство:OBC, DC-DC, PDU и другая встроенная интеграция питания: интеграция OBC+DC-DC2-в-1, интеграция OBC+DC-DC+PDU3-в-1;

·Двигатель, электронное управление, редуктор, OBC, DC-DC, BMS Равный электропривод + встроенная интеграция питания: интеграция «все в одном».

Преимущества использования OBC в электромобилях

Интеграция OBC (бортового зарядного устройства) в электромобили (EV) предлагает множество преимуществ, которые повышают общий опыт владения электромобилем. Вот некоторые ключевые преимущества использования OBC:

1. Удобство:

OBC позволяет владельцам электромобилей заряжать свои автомобили от стандартных розеток или специальных зарядных устройств для электромобилей без необходимости использования дополнительного внешнего оборудования. Это встроенное решение избавляет от необходимости носить с собой дополнительные зарядные устройства или искать специализированные зарядные станции, позволяя легко заряжать автомобиль дома или в дороге.

2. Эффективность:

OBC минимизирует потери энергии в процессе преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Обеспечивая эффективную передачу энергии, он оптимизирует использование электроэнергии, обеспечивая более быструю и эффективную зарядку, что может сэкономить как время, так и деньги.

3. Безопасность:

Современные OBC оснащены расширенными функциями безопасности, такими как защита от перезарядки, перегрева и короткого замыкания. Эти встроенные средства защиты обеспечивают безопасность аккумулятора и электрических систем автомобиля, снижая риск повреждения во время процесса зарядки.

4. Портативность:

Будучи встроенной системой, OBC устраняет необходимость носить с собой громоздкие внешние зарядные устройства. Эта оптимизированная настройка делает электромобиль более удобным для пользователя и требует меньшего количества компонентов.

5. Гибкость:

OBC совместимы с различными стандартами зарядки, что позволяет заряжать электромобили в разных местах, будь то дома, на общественных зарядных станциях или на рабочих местах. Такая гибкость повышает удобство владения электромобилем.

6. Экономия средств:

Уменьшая зависимость от дорогих внешних зарядных устройств, особенно для домашних зарядных устройств, OBC помогает владельцам электромобилей сэкономить на первоначальных и долгосрочных затратах. Это упрощает процесс зарядки и устраняет необходимость в специализированном зарядном оборудовании.

Ключевые особенности современных OBC

Современные OBC для электромобилей предназначены для удовлетворения растущих потребностей пользователей электромобилей. Некоторые выдающиеся особенности включают в себя:

• Высокая эффективность:Многие OBC в настоящее время достигают уровня эффективности выше 95%, что позволяет сократить потери энергии.
• Компактный и легкий дизайн:Усовершенствованные материалы и конструкция делают OBC менее громоздкими, что способствует повышению эффективности автомобиля.
• Умная зарядка:Интеграция с приложениями и системами умного дома позволяет пользователям планировать и контролировать сеансы зарядки.
• Системы терморегулирования:Встроенные механизмы охлаждения предотвращают перегрев, обеспечивая надежную работу.
• Широкий диапазон напряжения:Поддержка нескольких уровней напряжения позволяет заряжать аккумулятор в разных регионах с разными стандартами мощности.

OBC против внешних зарядных устройств: в чем разница?

Различие между OBC (бортовым зарядным устройством) и внешним зарядным устройством важно для понимания инфраструктуры зарядки электромобилей:

Хотя OBC идеально подходят для повседневной зарядки, внешние зарядные устройства часто используются для быстрой зарядки на общественных станциях.

Советы по поддержанию вашего OBC

Обслуживание бортового зарядного устройства (OBC) необходимо для обеспечения его эффективности, надежности и долговечности. Следуйте этим советам, чтобы поддерживать OBC в оптимальном состоянии:

1. Используйте совместимые зарядные устройства.

Всегда заряжайте свой электромобиль, используя источники питания и зарядные устройства, соответствующие спецификациям, указанным производителем. Использование несовместимых зарядных устройств может привести к перегрузке OBC и потенциально повредить электрическую систему вашего автомобиля.

2. Регулярно проверяйте

Периодически проверяйте зарядные порты и кабели на наличие физических повреждений, грязи или коррозии. Осторожно очистите порты, чтобы обеспечить правильный электрический контакт и предотвратить перерывы в зарядке, вызванные мусором или износом.

3. Мониторинг режима зарядки

Будьте внимательны к поведению зарядки вашего автомобиля. Необычные признаки, такие как замедление времени зарядки, странные шумы или коды ошибок, отображаемые на приборной панели, могут указывать на проблему с OBC, требующую внимания.

4. Установите обновления

Обновляйте прошивку OBC, используя новейшее программное обеспечение, предоставленное производителем. Обновления часто включают повышение производительности, новые функции и исправления известных проблем.

5. Проконсультируйтесь с профессионалами

По вопросам ремонта или беспокойства по поводу вашего OBC обращайтесь к сертифицированным специалистам по электромобилям. Попытка починить сложные электрические компоненты самостоятельно может привести к дальнейшим проблемам или аннулированию гарантии.

Подбор силовых устройств для бортовых ОБЦ

Бортовое зарядное устройство OBC является одним из ключевых компонентов, определяющих мощность и эффективность зарядки электромобилей, а силовые полупроводники, такие как кремниевые высоковольтные MOSFET и IGBT, SiC SBD и SiC MOSFET, являются ключевыми компонентами для реализации преобразование постоянного тока и переменного тока ОВЦ.

Сравнение карбид-кремниевых МОП-транзисторов, кремниевых МОП-транзисторов с суперпереходом и IGBT

SiC MOSFET доступны для PFC, постоянного тока на первичной стороне и выпрямления на вторичной стороне (двунаправленного) и рекомендуются для аккумуляторных систем на 800 В постоянного тока. Эта технология обеспечивает высочайший КПД и удельную мощность по сравнению с IGBT или кремниевыми МОП-транзисторами с суперпереходом. Среди многих конструкций, в которых используются SiC MOSFET, могут быть гибридные решения, т.е. IGBT или кремниевые MOSFET с суперпереходом также могут использоваться для некоторых силовых каскадов OBC.

1. В аккумуляторной системе напряжением 400 В постоянного тока эффективность SiC MOSFET-транзисторов может быть увеличена на 0,2–0,5 %, если используются традиционные повышающие или ступенчатые топологии; Если использовать DCDC на первичной стороне или выпрямление на вторичной стороне (двунаправленное), плотность мощности и эффективность могут быть улучшены. МОП-транзисторы из карбида кремния могут обеспечить еще большие преимущества при использовании на более высоких уровнях мощности, где эффективность имеет решающее значение для снижения тепловых нагрузок.

2. Рекомендуется использовать SiC MOSFET на 1200 В для аккумуляторных систем на 800 В постоянного тока и SiC MOSFET на 650 В для аккумуляторных систем на 400 В постоянного тока. При использовании тотемных PFC технология MOSFET из карбида кремния является рекомендуемым решением для любого напряжения батареи.

3. Кремниевые суперпереходные МОП-транзисторы доступны для PFC, DCDC на первичной стороне и выпрямления на вторичной стороне (двунаправленного). Кремниевые МОП-транзисторы на суперпереходе хорошо работают для ККМ в традиционных схемах повышения, безмостового повышения и венских выпрямителях, но не так хорошо при использовании в ККМ с тотемным полюсом. Недостатками тотемных PFC с жестким переключением являются потери обратного восстановления основного диода и неспособность работать в режиме непрерывной проводимости. По сравнению с IGBT, кремниевые МОП-транзисторы с суперпереходом имеют более высокую скорость переключения и эффективность. Для ячеек OBC с номинальным напряжением 400 В постоянного тока кремниевые МОП-транзисторы с суперпереходом на 650 В идеально подходят для первичного и вторичного выпрямления в двунаправленных конструкциях.

IGBT не имеют встроенного диода в корпусе, и их необходимо размещать внутри или параллельно подключать внешний диод. Гибридный IGBT содержит в корпусе диод из карбида кремния.

1. Что касается PFC, IGBT могут использоваться в большинстве топологий и могут использоваться для «низкоскоростных» трубок тотемных PFC, даже если для «высокоскоростных» ламп используются другие методы. Принимая во внимание стоимость преобразования постоянного тока на первичной стороне, IGBT можно использовать в конструкциях с более низким уровнем мощности.

2. Более медленные скорости переключения и более низкий КПД должны находиться в пределах допустимого диапазона конструкции по сравнению с кремниевыми МОП-транзисторами с суперпереходом или МОП-транзисторами из карбида кремния. IGBT также можно использовать для выпрямления на вторичной стороне в двунаправленных конструкциях малой мощности, но они обычно не используются из-за высоких потерь переключения (по сравнению с кремниевыми суперпереходами или МОП-транзисторами из карбида кремния).

3. Сравнение кремниевых диодов и карбидокремниевых диодов: Кремниевые диоды можно использовать для каскада OBC PFC и вторичного выпрямления (однонаправленная конструкция) в аккумуляторных системах на 400 В. Карбидокремниевые диоды идеально подходят для аккумуляторных систем на 800 В благодаря их высокой плотности мощности, высоким номинальным напряжениям и отсутствию потерь на обратное восстановление. SiC-диоды также могут работать при более низких напряжениях для повышения эффективности.

Заключение

OBC (бортовое зарядное устройство) является краеугольным камнем технологии электромобилей, обеспечивающим эффективную и безопасную зарядку аккумулятора. Его способность преобразовывать, регулировать и контролировать поток энергии гарантирует, что владельцы электромобилей могут рассчитывать на свои автомобили в повседневном использовании и длительных поездках.

Повышение энергоэффективности требует помощи новых полупроводниковых материалов, таких как силовые устройства WBG. Например, двунаправленный OBC для автомобильной промышленности сочетает в себе преимущества новых материалов в приложениях, включая повышенную энергоэффективность, уменьшенный размер, уменьшенный вес и более низкую общую стоимость, одновременно поддерживая инновационные варианты использования экологически чистой энергии, такие как V2G. Являясь ведущим мировым поставщиком OBC и вспомогательных технологий, PUMBAA EV работает со своими клиентами над созданием более экологичного и устойчивого будущего.

Читать далее:Что такое преобразователь постоянного тока в электромобилях