Como um conversor de carregador de EV otimiza as velocidades de carregamento

Como os veículos elétricos (VEs) estabeleceram uma forte presença no mercado automotivo, os fabricantes têm impulsionado os avanços em drivetrans de maior potência, maiores capacidades da bateria e velocidades de carregamento mais rápidas. Para atender às demandas dos clientes e estender as faixas de direção, os fabricantes de EV continuam a aumentar a capacidade de energia da bateria. No entanto, baterias maiores vêm com tempos de carregamento mais longos. Como a era dos motores de combustão interna como a principal fonte de energia para veículos diminui, os motores elétricos emergiram como a alternativa favorecida. Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) na indústria automotiva estão olhando para o setor de semicondutores para as inovações eletrônicas necessárias para alcançar esse futuro eletrificado. Enquanto muitos estão empolgados com os gadgets e recursos dentro de veículos, o driving range e os recursos de cobrança continuam sendo preocupações importantes.

Compreendendo o papel dos conversores de carregador de EV

O rápido desenvolvimento do mercado de VE trouxe avanços significativos, mas a velocidade de cobrança das baterias de veículos e o tempo necessário permanecem grandes obstáculos. Melhorar a velocidade e a eficiência do carregamento da bateria é um fator -chave para determinar se os VEs podem substituir completamente os veículos de combustão.

Como os conversores de carregador EV otimizam a velocidade de carregamento: ativando o carregamento de alta velocidade

As tecnologias de banda larga (WBG), como o carboneto de silício (sic), beneficiaram bastante a conversão de energia automotiva. Comparados aos dispositivos de energia tradicionais, como o IGBTS, as tecnologias WBG fornecem vantagens significativas. Os fabricantes de componentes passivos também estão inovando. Os novos projetos de indutor garantem que as tecnologias WBG possam suportar topologias de comutação mais rápidas, permitindo maior alcance e carregamento mais rápido e confiável.

Com a receita EV projetada para exceder US $ 620 bilhões até 2024 e crescer a uma taxa anual de 10%, a demanda por MOSFETs SIC avançados e componentes passivos aprimorados é clara. Os engenheiros estão cada vez mais focados em avaliar essas tecnologias para melhorar o desempenho e o alcance do carregamento.

Gerenciando eficiência de conversão de energia

A eficiência de energia é fundamental para minimizar a perda de calor, economizar energia e atender às restrições de peso e espaço do projeto. Os veículos elétricos são cada vez mais vistos como fontes potenciais para equilibrar distúrbios da grade (veículo a grade, V2G) ou fornecer energia de emergência para casas (veículo a casa, V2H). Isso requer topologias de carregamento bidirecional, levando a inovações como PFC de totem-POLE, Dual Active Bridge (DAB) e conversores LLC DC/DC.

Os conversores de energia baseados em SIC, conhecidos por sua alta eficiência e densidade de energia, estão se tornando cada vez mais populares em eletrônicos de energia. Os dispositivos SIC são rapidamente adotados em infraestrutura de energia, incluindo sistemas solares, Sistemas UPS, armazenamento e carregamento de VE, por sua capacidade de aumentar a eficiência e a densidade de energia - considerações de chave para lidar com os custos ambientais e de energia.

Tecnologias de carregamento adaptativo e integração do sistema de carregamento inteligente

Princípios de sistemas de carregamento inteligente

Os sistemas de carregamento inteligentes são essenciais para os VEs, gerenciando redes de alta tensão e baixa tensão e sua comunicação. Aqui está como eles funcionam:

1. Rede de alta tensão:

   • Os sistemas de carregamento rápido convertem CA de estações de carregamento em energia CC de alta tensão para carregamento direto da bateria, geralmente em níveis de energia atingindo centenas de quilowatts.
   • Os sistemas de carregamento lento usam carregadores a bordo (OBCs) para converter a energia CA externa em CC para carregamento, adequado para ambientes domésticos ou no local de trabalho.

2. Rede de baixa tensão:

   • Os conversores CC/CC descem a energia da bateria de alta tensão para 12V ou 24V para sistemas auxiliares.
   • Os sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) monitoram e controlam os estados da bateria para garantir o carregamento seguro e se comunicar com os conversores OBCs e DC/DC via podem sinais.

3. Processo de carregamento:

   • Ao conectar o plugue de carregamento, o OBC verifica a conexão e envia uma solicitação de carregamento ao BMS.
   • O BMS avalia o status da bateria e responde, executando as etapas de alta tensão ou desativação.
   • O carregamento envolve etapas coordenadas, incluindo fonte de alimentação CA, despertar do sistema, detecção de demanda de carregamento, comandos de carregamento e parada.

Através desses processos, os sistemas de carregamento inteligente garantem carregamento seguro e eficiente, atendendo a vários requisitos ambientais e operacionais.

Um sistema de carregamento integrado a bordo chamou a atenção sustentada da academia e da indústria. Sua estrutura geral, como ilustrado abaixo, apresenta vários princípios e vantagens distintos:

1. Princípio geral:
   Quando estacionado, o sistema de acionamento elétrico de acionamento em um veículo elétrico é reconfigurado em um carregador, permitindo que a energia da grade carregue a bateria. Isso permite a reutilização do compartilhamento de tempo do motor de acionamento e dos componentes de energia, exigindo componentes de energia mínimo ou nenhum adicional. Essa abordagem oferece vantagens significativas em termos de custo, peso e volume.

2. Recursos de reconfiguração:

   • Os enrolamentos do motor geralmente funcionam como a indutância do lado da grade.
   • O inversor da unidade é normalmente reconfigurado como um retificador totalmente controlado ou conversor CC para concluir a conversão de energia e carregar a bateria de energia do veículo.

3. Potencial de carregamento rápido de alta potência:
   Geralmente, o nível de potência do sistema de acionamento de um veículo elétrico excede em muito o de seu sistema de carregamento. Teoricamente, isso permite que os carregadores integrados a bordo obtenham carregamento de alta potência e rápido.

Dadas essas vantagens, o conceito de sistemas de carregamento integrado tem sido amplamente pesquisado desde o seu início em 1985. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento de eletrônicos de energia moderna e tecnologias de controle de acionamento motor, vários sistemas de carregamento integrados baseados em diferentes tipos de motores e topologias têm emergiu, cada um com características e desempenho exclusivos. Resumir e analisar essas topologias e métodos de controle é essencial para orientar pesquisas futuras.

Por outro lado, a indústria de veículos elétricos tem maiores demandas por regulação da velocidade do motor e tolerância a falhas. Os motores de excitação híbridos, que herdam a alta eficiência e a densidade de potência dos motores de ímã permanentes tradicionais, oferecendo regulação de campo magnético direto como motores eletricamente excitados, estão ganhando atenção crescente em veículos elétricos. Sua estrutura única e características eletromagnéticas fornecem vantagens significativas para sistemas de carregamento integrados, oferecendo novas soluções tecnológicas para seu desenvolvimento.

Benefícios dos conversores de carregadores de EV otimizados

A conveniência de cobrança continua sendo um desafio crítico. Enquanto os motoristas podem cobrar seus VEs durante a noite em casa ou durante o dia nos locais de trabalho, esses métodos fornecem níveis de energia variados. AprimoradoCarregador a bordo (OBC)As capacidades abordam longos tempos de carregamento, mas adicionam complexidade e desafios de design. A mudança dos sistemas de bateria de 400V para 800V está melhorando a velocidade de carregamento e a eficiência da saída de potência enquanto reduz as correntes de carregamento, reduzindo assim os tempos gerais de carregamento.

Fatores -chave como tensão e frequência de comutação influenciam o projeto OBC. Ao aumentar esses parâmetros, a capacidade OBC pode melhorar significativamente. Os dispositivos de 1200V baseados em SIC agora são favorecidos por seus recursos de tensão de bloqueio mais altos, atendendo às demandas das plataformas de EV de próxima geração.

Principais características dos conversores avançados de carregadores de EV

1. Taxa de conversão de alta tensão
Os conversores DC-DC integrados podem extrair energia de baterias de alta tensão e entregá-lo a dispositivos de baixa tensão, como baterias de 12V.

2. Eliminação da corrente circulante
Os novos projetos de conversores incluem circuitos especiais de absorção para eliminar as correntes circulantes, aumentando a eficiência da conversão de energia.

3. Ripple de corrente de baixa saída
Ao adotar os modos de conversor avançado, os conversores reduzem a ondulação da corrente do indutor de saída, garantindo a entrega mais suave de energia.

4. Funções OBC integradas
Os conversores avançados do carregador de EV integram funções OBC, permitindo que o carregamento da grade em veículo (G2V), descarga de veículo-grade (V2G) e transferência de energia eficiente entre as baterias principais e auxiliares.

5. Considerações sobre o projeto
  ·Altas índices de redução garantem conversão efetiva de tensão.
  ·A onda reduzida de saída garante energia estável para componentes sensíveis.

Esses recursos fornecem alta eficiência e confiabilidade, aumentando o desempenho geral do sistema e a usabilidade.

Conclusão

Eletrificação e tecnologia inteligente estão impulsionando a indústria automotiva. Os avanços na tecnologia de baterias capacitam o crescimento de EV, enquanto os sistemas inteligentes melhoram a segurança e a eficiência. À medida que a participação de mercado de EV continua a crescer, essas inovações desempenharão um papel fundamental na transformação do cenário de transporte.