Движещи сили на технологичното развитие Глобалната трансформация на електрификацията се ускорява, водена от все по-строги екологични разпоредби, пробиви в технологията на батериите и намаляващи разходи за литиево-йонни клетки. Като основна подсистема на електрически превозни средства, бордовата-система за зареждане пряко влияе върху времето за зареждане, енергийната ефективност, безопасността на превозното средство и живота на батерията-например, високо-ефективна система за зареждане може да намали времето за зареждане у дома от 8 часа на 4 часа, докато система с лошо-качествено състояние може да намали живота на батерията с повече от 30%.
Съвременният дизайн на система за зареждане обаче далеч надхвърля обхвата на един преобразувател на енергия, изисквайки мултидисциплинарна рамка за сътрудничество, обхващаща седем основни елемента: системна архитектура (превозно средство/не-превозно средство, едно-стъпало/много-стъпало, със или без електрическа изолация), топология на преобразувателя на мощност (AC/DC срещу DC/DC, изолирани/не-изолирани, еднопосочни/двупосочни), стратегии за управление (регулиране на напрежението и тока, корекция на фактора на мощността), конфигурация на батерията (подреждане на клетките, управление на топлината), химия на литиево-йонните клетки (LFP, NMC, NCA), интегриране на система за управление на батерията (BMS) и защита на безопасността (наблюдение на изолацията, откриване на неизправности). Взаимодействието на тези елементи определя цялостната производителност на системата и дизайнът трябва да се адаптира към различни сценарии-от домашно зареждане с променлив ток до-превозно средство-до-мрежова (V2G) инфраструктура.
Основни компоненти на система за зареждане Основната функция на системата за зареждане на електрически превозни средства е да преобразува енергията от мрежата във форма, която може да се съхранява в батерията. Типичната функционална верига включва четири части: AC мрежов интерфейс (свързване към едно-фазна/три-фазна електрическа мрежа), активно стъпало на токоизправител (постигане на корекция на фактора на мощността, PFC), изолиран DC/DC преобразувател (адаптиране към напрежението на DC шината и осигуряване на електрическа изолация) и пакет батерии (включително LFP/NMC/NCA клетки и BMS).
Има значителни разлики между двата типа системи за зареждане:-вградените зарядни устройства не са ограничени от размера и разсейването на топлината и могат да постигнат 50-350kW ултра{3}}зареждане; бордовите зарядни устройства (OBC) трябва да бъдат вградени в превозното средство и трябва да отговарят на изискванията за компактност (обем<10L), high efficiency (>95%) и електромагнитна съвместимост (EMC), с мощност обикновено варираща от 3,3-22kW. Понастоящем устройствата с широка ширина на лентата (WBG) (силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN)) променят дизайна на преобразувателя. Техните по-високи честоти на превключване (3-5 пъти по-високи от традиционните силициеви устройства) и превъзходна топлинна производителност осигуряват решаваща подкрепа за миниатюризацията и ефективността на вградените зарядни устройства.
Дизайн на основната архитектура на-бордови системи за зареждане
2.1 Вградено-зарядно устройство (OBC) срещу извън{3}}станции за бързо зареждане
В-бордовите зарядни устройства и-извънбордовите станции за бързо зареждане са допълващи се решения, приспособими към различни сценарии на приложение:
-Бордови зарядни устройства: Напълно вградени в автомобила, те могат да се зареждат чрез стандартен AC контакт, без да се изисква специална инфраструктура. Тяхното основно предимство е гъвкавостта-, която потребителите могат да зареждат у дома, в офиса и т.н., по всяко време. Въпреки това, ограничена от пространството на превозното средство и условията на разсейване на топлината, тяхната мощност обикновено е 3,3-22kW. Дизайнът на топологията трябва да дава приоритет на ефективността и компактността (напр. използване на безмостова тотем-полюсна PFC топология). Настоящите основни продукти постигат плътност на мощността от 3-5 kW/L, използвайки SiC/GaN устройства, със стабилна ефективност над 95%. Контролът на зареждането е директно координиран с BMS, което ги прави подходящи за сценарии за дома и градски пътувания на къси разстояния.
Извънбордови станции за бързо зареждане: Те поставят веригата за преобразуване на енергия извън превозното средство и могат да извеждат постоянен ток с високо-волтаж (напр. 800 V) с изходна мощност от 50-350 kW, което позволява ултра{14}}бързо зареждане до 80% за 15 минути. Техният дизайн няма ограничения по отношение на размера и може да приеме модулна архитектура и система за течно охлаждане, за да осигури непрекъснати възможности за обслужване (напр. 24-часова работа на станции за зареждане на таксита). Те обаче разчитат на специална инфраструктура и са подходящи за сценарии за пътувания на дълги разстояния и търговски превозни средства.
Еднопосочни и двупосочни системи за зареждане
Въз основа на посоката на потока на мощността, системите за зареждане могат да бъдат разделени на две категории:
Unidirectional charging systems: Energy flows only from the grid to the vehicle. Due to their simple structure, low cost, and short certification process, they remain the mainstream. Its topology is mostly "Boost/Vienna rectifier front end + isolated DC/DC", focusing on optimizing power factor (>0,99) и хармонично изкривяване (THD<5%), suitable for scenarios such as home charging where "the vehicle is only used as a load", accounting for more than 80% of the current on-board charger market.
Двупосочна система за зареждане: Поддържа обратен енергиен поток (разреждане на превозното средство към мрежата/зареждане), позволявайки функциите V2G (превозно средство към мрежата), V2H (превозно средство към дома) и V2L (превозно средство към зареждане) -например по време на пиковите периоди на мрежата превозното средство може да се разрежда към мрежата, за да намали напрежението на захранването; по време на прекъсване на захранването автомобилът може да действа като авариен източник на захранване за дома. Изисква напълно контролирана топология (като пълен-мост, T-тип, DAB преобразуватели) и отговаря на изисквания като синхронизация на мрежата и поддръжка на реактивна мощност и разчита на протоколи като ISO 15118-20 за сигурна комуникация.