O que é um OBC (carregador a bordo)? Um guia abrangente para carregar veículo elétrico

Os veículos elétricos (VEs) estão revolucionando a maneira como pensamos em transporte, oferecendo uma alternativa ecológica e eficiente aos veículos tradicionais. No entanto, um aspecto crítico da propriedade do VE é entender como esses veículos cobram e a tecnologia que torna possível. No centro deste sistema está o OBC (carregador a bordo), um componente essencial responsável pela conversão da eletricidade em energia utilizável para a bateria.

Introdução

A mudança global para a mobilidade elétrica é impulsionada pela necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, minimizar a dependência de combustíveis fósseis e adotar fontes de energia renovável. À medida que os VEs se tornam mais comuns, o mesmo acontece com a necessidade de entender seus sistemas de carregamento.

Carregar um EV envolve muito mais do que conectá -lo a uma tomada. Requer um mecanismo sofisticado para converter a energia da grade em uma forma que a bateria do veículo pode usar. OOBC (carregador a bordo)é esse mecanismo.

Este guia fornece informações sobre a funcionalidade do EV OBC, por que é parte integrante dos VEs e como ele se compara a carregadores externos, equipando você com o conhecimento para tomar decisões informadas sobre as necessidades de cobrança do seu EV.

O que é um OBC (carregador a bordo)?

Um OBC (carregador a bordo) é um componente crucial integrado aos veículos elétricos (VEs) que facilita o processo de carregamento. A função principal do EV OBC é converter a corrente alternada (AC) de uma fonte de energia externa - como uma saída padrão ou uma estação de carregamento pública - em corrente direta (DC), que é armazenada na bateria do veículo. Essa conversão é necessária porque as baterias de veículos elétricos só podem armazenar e usar energia CC, enquanto a maioria das fontes de energia, como tomadas elétricas, fornece energia CA.

Funções -chave de um EV OBC:

1.Conversão de energia:
O EV OBC converte com eficiência a eletricidade CA de entrada da grade em energia CC que pode ser usada pela bateria do veículo. Esse processo garante que a bateria do veículo receba o tipo certo de energia para armazenamento. A eficiência dessa conversão é crucial para maximizar o uso de energia e minimizar o desperdício durante o processo de carregamento.

2.Gerenciamento de cobrança:
O EV OBC não apenas converte poder; Ele também gerencia o próprio processo de carregamento. Ele regula a quantidade de corrente e tensão fornecidas à bateria, garantindo que a bateria seja cobrada com segurança e eficiência. Esse regulamento ajuda a evitar danos causados ​​por carregamento inadequado, garantindo que a bateria opere no desempenho máximo.

3.Proteção à bateria:
O EV OBC também é responsável por proteger a bateria durante o processo de carregamento. Ele monitora fatores como temperatura e tensão para evitar sobrecarga ou superaquecimento, o que pode reduzir a vida útil da bateria. Esse recurso garante que a bateria seja carregada em um ambiente controlado, estendendo sua longevidade e mantendo o desempenho ideal.

Sem um EV OBC, os VEs exigiriam que os carregadores externos volumosos desempenhassem essas funções, tornando o processo de carregamento muito menos conveniente e menos integrado ao design do veículo. O OBC permite o carregamento contínuo do veículo, essencial para a conveniência e funcionalidade dos veículos elétricos.

Como funciona um OBC?

Um carregador a bordo (OBC) é um componente vital de um veículo elétrico (EV), funcionando como um intermediário entre a fonte de energia externa e a bateria do veículo. O OBC garante que o veículo receba o tipo e a quantidade adequados de energia necessários para carregar sua bateria com segurança e eficiência. Aqui está uma visão detalhada de como o OBC funciona:

Os carregadores a bordo desempenham um papel importante nos veículos elétricos, com uma variedade de funções, e é importante se comunicar com o BMS (sistema de gerenciamento de bateria) e sistemas de monitoramento de veículos. Através da rede de alta velocidade, pode interagir com o BMS, ele pode gerar dinamicamente os parâmetros de corrente e tensão mais adequados para o estado da bateria de energia de acordo com as instruções do BMS e selecione o modo de carregamento ideal para a bateria pacote. Durante o processo de carregamento, o BMS monitora principalmente a tensão, a corrente, a temperatura e o status da conexão da bateria de energia para controlar e proteger a bateria. Comunique-se com o sistema de monitoramento de veículos por meio da rede de alta velocidade, faça o upload de seu próprio status de trabalho, os parâmetros de trabalho e as informações do alarme de falha e aceite o comando de controle para começar a carregar ou parar de carregar. Além disso, também possui funções completas de proteção de segurança. Por exemplo, proteção de tensão excessiva de entrada CA, alarme de subtanomia de entrada CA, proteção de corrente excessiva de entrada CA, proteção contra corrente de saída CC, proteção de curto-circuito de saída CC, partida suave de saída, prevenção de choque de corrente, retardador de chamas, etc, etc, etc, etc, etc. Essas funções protegem a bateria durante o carregamento, impedem a ocorrência de situações perigosas, como superaquecimento, sobrecarga e curto -circuito e garantir a operação segura e estável da bateria. O OBC a bordo consiste em várias partes, incluindo uma porta de entrada CA, uma unidade de energia, uma unidade de controle, uma unidade auxiliar de baixa tensão e uma porta de saída CC. A porta de entrada CA é responsável por receber energia CA da grade de energia e geralmente possui portas de 7 pinos e três tipos de conexões. A interface de entrada padrão adota uma tensão de entrada monofásica de frequência de potência de 220V e, se a energia for necessária, dois pinos sobressalentes também poderão ser ativados para obter uma entrada de 380V.

Como o canal de transmissão de energia de carregamento, a unidade de energia inclui principalmente módulo de supressão de interferência eletromagnética, módulo de retificador, módulo de correção de fatores de potência, módulo de filtro, módulo de conversão de ponte completa e módulo de saída DC. Com a cooperação da unidade de controle, a corrente alternada de frequência de energia de entrada é convertida em corrente direta adequada para a tensão apropriada que o sistema de bateria de energia pode aceitar. A unidade de controle é a parte principal do carregador de bordo, que controla o processo de conversão da unidade de energia através do dispositivo de comutação, completa com precisão a função de conversão através do controle de loop fechado e fornece funções de proteção. Inclui principalmente o módulo de detecção e proteção lateral primário, módulo de detecção e proteção excessiva, monitoramento de tensão/tensão/monitoramento de tensão/tensão e módulo de controle principal do DSP. A unidade auxiliar de baixa tensão fornece fonte de alimentação de baixa tensão para os eletrônicos da unidade de controle e realiza a conexão entre o sistema e o mundo exterior. Inclui principalmente o módulo de comunicação CAN, o módulo de fonte de alimentação auxiliar e o módulo de interação humano-computador. A porta de saída CC é responsável por fornecer energia CC à bateria, incluindo dois pinos nos pólos positivos e negativos da fonte de alimentação auxiliar de baixa tensão, dois pinos nos pólos positivos e negativos do circuito de carregamento de alta tensão, o solo , as linhas de comunicação não podem e canL (também podem ter a proteção) e a linha de sinal de solicitação de carregamento.

Tipos de carregadores a bordo

Nem todos os OBCs são criados iguais. Diferentes modelos de EV estão equipados com tipos específicos de OBCs com base no uso pretendido e na infraestrutura de carregamento.

Em geral, os carregadores a bordo podem ser divididos em carregadores a bordo, carregadores a bordo e carregadores integrados a bordo.

·（Carregador de bordo da unidade ： ： ： Os fluxos de energia em uma direção, geralmente usando a tecnologia de fonte de alimentação de comutação de alta frequência, e a topologia é dividida em estrutura de estágio único e estrutura de dois estágios; Somente a função de carregamento.

·（Carregador de bordo bi-direção） ： Os fluxos de energia em ambas as direções, principalmente usando uma estrutura de conversão em dois estágios, que é composta por um conversor AC-DC bidirecional e um conversor DC-DC bidirecional. Existe uma função de carregamento e uma função de inversor.

·Os fluxos de energia em ambas as direções, principalmente usando uma estrutura de conversão de dois estágios, que é composta por um conversor AC-DC bidirecional e um conversor DC-DC bidirecional. Existe uma função de carregamento e uma função de inversor.

·V2L （VEÍCULO PARA CARREGAR-Função do inversor: pegue a energia da bateria de energia a bordo e forneça 220VAC CA Power para o equipamento elétrico do solo através do carregador de bordo bidirecional, porta de carregamento AC e placa de soquete Special V2L AC;

·V2G （Função do inversor de veículo a grade): pegue a energia da bateria de energia a bordo e conecte-se à rede elétrica através do carregador bidirecional de bordo, porta de carregamento AC e pilha de carregamento AC.

·Carregador integrado a bordo:OBC 、 DC-DC 、 PDUAND Outras integração de potência a bordo: OBC+DC-DC2-1 Integração 、 OBC+DC-DC+PDU3-in-1 Integração ；

·Motor, controle eletrônico, redutor 、 OBC 、 DC-DC 、 BMS Iguração elétrica igual na integração de potência a bordo: integração all-in-one.

Vantagens de usar um OBC em veículos elétricos

A integração de um OBC (carregador a bordo) em veículos elétricos (VEs) oferece inúmeras vantagens que aprimoram a experiência geral de propriedade do VE. Aqui estão alguns benefícios importantes do uso de um OBC:

1. Conveniência:

Um OBC permite que os proprietários de veículos elétricos cobrem seus veículos de tomadas de energia padrão ou carregadores de EV dedicados sem a necessidade de equipamentos externos adicionais. Essa solução interna elimina o incômodo de transportar dispositivos de carregamento extras ou encontrar estações de carregamento especializadas, facilitando a carga do veículo em casa ou enquanto estiver em movimento.

2. Eficiência:

O OBC minimiza a perda de energia durante o processo de conversão da corrente alternada (AC) para a corrente direta (CC). Ao garantir uma transferência eficiente de energia, otimiza o uso de eletricidade, permitindo um carregamento mais rápido e eficaz, o que pode economizar tempo e dinheiro.

3. Segurança:

OBCs modernos estão equipados com recursos de segurança avançados, como proteção contra sobrecarga, superaquecimento e curto -circuitos. Essas salvaguardas embutidas garantem a segurança da bateria e os sistemas elétricos do veículo, reduzindo o risco de danos durante o processo de carregamento.

4. Portabilidade:

Como um sistema interno, o OBC elimina a necessidade de transportar dispositivos de carregamento externo volumosos. Essa configuração simplificada torna o EV mais fácil de usar, com menos componentes para se preocupar.

5. Flexibilidade:

Os OBCs são compatíveis com vários padrões de carregamento, permitindo que os VEs cobrem em diferentes locais, seja em casa, em estações de carregamento público ou carregadores de trabalho. Essa flexibilidade aumenta a conveniência de possuir um EV.

6. Economia de custos:

Ao reduzir a dependência de carregadores externos caros, principalmente para configurações de cobrança doméstica, um OBC ajuda os proprietários de veículos elétricos a economizar em custos iniciais e de longo prazo. Ele simplifica o processo de carregamento e elimina a necessidade de equipamentos de carregamento especializados.

Principais características dos OBCs modernos

Os OBCs EV modernos são projetados para atender às necessidades em evolução dos usuários de veículos elétricos. Alguns recursos de destaque incluem:

• Alta eficiência:Muitos OBCs agora atingem taxas de eficiência acima de 95%, reduzindo o desperdício de energia.
• Design compacto e leve:Materiais e projetos avançados tornam os OBCs menos volumosos, contribuindo para a eficiência do veículo.
• Carregamento inteligente:A integração com aplicativos e sistemas domésticos inteligentes permite que os usuários agendem e monitorem sessões de carregamento.
• Sistemas de gerenciamento térmico:Os mecanismos de resfriamento embutidos evitam superaquecimento, garantindo um desempenho confiável.
• Ampla faixa de tensão:O suporte a vários níveis de tensão permite a cobrança em diferentes regiões com padrões variados de energia.

OBC vs. Chargers externos: Qual é a diferença?

A distinção entre um OBC (carregador a bordo) e um carregador externo é essencial para entender a infraestrutura de carregamento EV:

Embora os OBCs sejam perfeitos para cobrança diária, os carregadores externos são frequentemente usados ​​para cobrança rápida em estações públicas.

Dicas para manter seu OBC

Manter seu carregador a bordo (OBC) é essencial para garantir sua eficiência, confiabilidade e longevidade. Siga estas dicas para manter seu OBC em estado ideal:

1. Use carregadores compatíveis

Sempre carregue seu VE usando fontes de energia e carregadores que atendem às especificações descritas pelo fabricante. O uso de carregadores incompatíveis pode forçar o OBC e potencialmente danificar o sistema elétrico do seu veículo.

2. Inspecione regularmente

Verifique periodicamente as portas e cabos de carregamento quanto a qualquer dano físico, sujeira ou corrosão. Limpe as portas suavemente para garantir o contato elétrico adequado e evitar interrupções de carregamento causadas por detritos ou desgaste.

3. Monitore o comportamento de carregamento

Esteja atento ao comportamento de cobrança do seu veículo. Sinais incomuns, como tempos de carregamento mais lentos, ruídos estranhos ou códigos de erro exibidos no painel, podem indicar um problema com o OBC que requer atenção.

4. Instale atualizações

Mantenha seu firmware OBC atualizado com o software mais recente fornecido pelo fabricante. As atualizações geralmente incluem aprimoramentos de desempenho, novos recursos e correções para problemas conhecidos.

5. Consulte profissionais

Para quaisquer reparos ou preocupações com o seu OBC, consulte os técnicos certificados por EV. A tentativa de corrigir os componentes elétricos complexos você mesmo pode levar a problemas adicionais ou a garantias anuladas.

Seleção de dispositivos de energia para OBCs a bordo

O OBC do carregador de bordo é um dos principais componentes que determinam o poder de carregamento e a eficiência dos veículos elétricos e os semicondutores de energia, como MOSFETs e IGBTs de alta tensão à base de silício, SBDs e MOSFETs SIC são os principais componentes para perceber o que Conversão da corrente direta e corrente alternada do OBC.

Comparação de MOSFETs de carboneto de silício, MOSFETs de super junção de silício e IGBTS

Os MOSFETs SIC estão disponíveis para PFC, DCDC do lado primário e retificação do lado secundário (bidirecional) e são recomendados para sistemas de bateria de 800VDC. Essa tecnologia atinge a maior eficiência e densidade de energia em comparação com os MOSFETs de IGBTs ou Silicon Superjunção. Entre os muitos designs que usam MOSFETs SIC, pode haver soluções híbridas, ou seja, IGBTS ou Silicon Superjunção MOSFETs também podem ser usados ​​para alguns estágios de energia do OBC.

1. Em um sistema de bateria de 400VDC, a eficiência dos MOSFETs do SiC pode ser aumentada em 0,2%-0,5% se forem usadas topologias tradicionais de intensificação ou booste escalonado; Se usado para DCDC do lado primário ou retificação do lado secundário (bidirecional), a densidade e a eficiência da potência podem ser melhoradas. Os MOSFETs de carboneto de silício podem oferecer benefícios ainda maiores quando são usados ​​em níveis mais altos de potência, onde a eficiência é fundamental para reduzir as cargas de calor.

2. Recomenda -se usar MOSFETs de 1200V SiC para sistemas de bateria de 800VDC e MOSFETs SIC de 650V para sistemas de bateria de 400VDC. Ao usar PFCs totens, a tecnologia MOSFET de carboneto de silício é uma solução recomendada para qualquer tensão da bateria.

3. Os MOSFETs de superjunção de silício estão disponíveis para PFC, DCDC do lado primário e retificação do lado secundário (bidirecional). Os MOSFETs de superjunção de silício funcionam bem para o PFC em projetos tradicionais de impulso, impulso sem ponte e retificador de Viena, mas não tão bem quando usados ​​em PFCs de totem. As desvantagens dos PFCs totem de troca dura são as perdas de recuperação reversa do diodo corporal e a incapacidade de operar no modo de condução contínua. Comparado aos IGBTs, os MOSFETs de superjunção de silício têm maiores velocidades de comutação e eficiência. Para células OBC com uma tensão nominal de 400VDC, os MOSFETs de superjunção de silício de 650V são ideais para a retificação primária e secundária em projetos bidirecionais.

Os IGBTs não possuem um diodo corporal embutido e precisam embalar um diodo dentro ou conectar um diodo externo em paralelo. O IGBT híbrido contém um diodo de carboneto de silício no pacote.

1. Para PFCs, os IGBTs podem ser usados ​​na maioria das topologias e podem ser usados ​​para tubos de "baixa velocidade" de PFCs totem, mesmo que outras técnicas sejam usadas para tubos de "alta velocidade". Ao considerar o custo da conversão DCDC do lado primário, os IGBTs podem ser usados ​​em projetos com níveis mais baixos de potência.

2. Velocidades de comutação mais lentas e eficiências mais baixas deverão estar dentro da faixa aceitável do projeto em comparação com os MOSFETs de superjunção de silício ou os MOSFETs de carboneto de silício. Os IGBTs também podem ser usados ​​para retificação do lado secundário em projetos bidirecionais de baixa potência, mas não são comumente usados ​​devido a altas perdas de comutação (em comparação com a superjunção de silício ou os MOSFETs de carboneto de silício).

3. Comparação de diodos de silício e diodos de carboneto de silício: os diodos de silício podem ser usados ​​para o estágio OBC PFC e a retificação do lado secundário (projeto unidirecional) em sistemas de bateria de 400V. Os diodos de carboneto de silício são ideais para sistemas de bateria de 800V devido à sua alta densidade de potência, classificações de alta tensão e sem perdas de recuperação reversa. Os diodos SiC também podem operar com tensões mais baixas para aumentar a eficiência.

Conclusão

O OBC (a bordo do carregador) é uma pedra angular da tecnologia de veículos elétricos, permitindo carregamento de bateria eficiente e seguro. Sua capacidade de converter, regular e monitorar o fluxo de energia garante que os proprietários de veículos elétricos possam confiar em seus veículos para uso diário e viagens longas.

Melhorar a eficiência energética requer a ajuda de novos materiais semicondutores, como dispositivos de energia WBG. O OBC bidirecional para a indústria automotiva, por exemplo, combina os benefícios de novos materiais em aplicações, incluindo maior eficiência de energia, tamanho reduzido, peso reduzido e menor custo geral, além de apoiar casos inovadores de uso de energia verde, como o V2G. Como o principal fornecedor mundial da OBC e as tecnologias de apoio, a Pumbaa EV está trabalhando com seus clientes para criar um futuro mais verde e sustentável.

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