Ο σχεδιασμός ενός φορτιστή μπαταρίας επί του οχήματος είναι μια πολύπλοκη διαδικασία. Απαιτεί γνώση και εξειδίκευση στη θεωρία των ηλεκτρονικών ισχύος.
Φόρτισηένα ηλεκτρικό όχημα απαιτεί φορτιστή υψηλής ισχύος για την παροχή ρεύματος στις μπαταρίες. Επιπλέον, ο φορτιστής EV πρέπει να πληροί τα πρότυπα ασφαλείας.
Εξουσία
Οι μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων (EV) απαιτούν φόρτιση προκειμένου να διατηρηθεί η τροφοδοσία ρεύματος. Αυτό γίνεται μέσω φορτιστών μπαταριών που μετατρέπουν εναλλασσόμενο ρεύμα από το ηλεκτρικό δίκτυο του οχήματος σε συνεχές ρεύμα για να φορτίζουν τις μπαταρίες.
Το κύριο μέλημα για τους ενσωματωμένους φορτιστές μπαταριών είναι να διασφαλιστεί ότι δεν υπερφορτώνουν τις μπαταρίες ή τις υπερφορτώνουν, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη του συστήματος. Επιπλέον, ένας ενσωματωμένος φορτιστής μπαταρίας θα πρέπει να μπορεί να υποστηρίζει ένα ευρύ φάσμα τρόπων φόρτισης, συμπεριλαμβανομένης της γρήγορης και αργής φόρτισης.
Για να ανταποκριθεί σε αυτές τις απαιτήσεις, ένας ενσωματωμένος φορτιστής μπαταρίας σχεδιάζεται συνήθως ως ενσωματωμένο μέρος του EV και όχι ως ξεχωριστή συσκευή. Αυτό εξαλείφει ορισμένους από τους περιορισμούς που θα προέκυπταν από την εγκατάσταση ξεχωριστού φορτιστή εκτός του οχήματος, όπως το μέγεθος, το βάρος και το κόστος.
Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι ένας ενσωματωμένος φορτιστής είναι περιορισμένος όσον αφορά την ισχύ. Ευτυχώς, υπάρχουν νέα σχέδια που επιτρέπουν υψηλότερες βαθμολογίες ισχύος.
Για παράδειγμα, ένας μετατροπέας SEPIC τριών επιπέδων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή υψηλής ισχύος εξόδου για τη φόρτιση της μπαταρίας του EV. Αυτός ο μετατροπέας εστιάζει στη μείωση της τάσης στους διακόπτες και στις απώλειες μεταγωγής, γεγονός που συμβάλλει σε υψηλότερη βαθμολογία διακόπτη και συνολική απόδοση.
Ομοίως, ο έλεγχος τροφοδοσίας χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της αναλογίας τάσης εξόδου/ρεύματος και για την αποφυγή υπερφόρτισης της μπαταρίας του EV. Επιπλέον, ο προτεινόμενος μετατροπέας μπορεί να λειτουργεί σε λειτουργία σταθερής μετατροπής (CCM) για μία περίοδο μεταγωγής εξασφαλίζοντας καλύτερη ποιότητα ισχύος και μειώνοντας την ολική αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος τροφοδοσίας.
Επιπλέον, προτείνεται επίσης ένας μετατροπέας PFC με βάση το SEPIC τριών επιπέδων για τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος μειώνοντας την τάση τάσης και την απώλεια μεταγωγής μεταξύ των διακοπτών. Επιπλέον, ο μετατροπέας προσφέρει επίσης βελτιωμένη απόδοση, επιτρέποντας διακόπτες χαμηλότερης ονομαστικής τάσης και εξαλείφοντας τις απώλειες ανάστροφης ανάκτησης στις διόδους εξόδου.
Τάση
Οι φορτιστές μπαταριών λειτουργούν συχνά κάτω από βρώμικες και υγρές συνθήκες, επομένως τα σχέδιά τους πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Για το λόγο αυτό, θα πρέπει να έχουν αδιάβροχα, αδιάβροχα και ανθεκτικά στη σκόνη μηχανικά σχέδια.
Ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα για έναν ενσωματωμένο φορτιστή μπαταρίας είναι η τάση. Αυτό συμβαίνει επειδή η τάση επηρεάζει την απόδοση και τη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας.
Μια μπαταρία έχει μια συγκεκριμένη τάση, η οποία καθορίζεται από τη θερμοκρασία του στοιχείου. Επομένως, η τάση πρέπει να ρυθμιστεί για να διατηρείται σε ασφαλές επίπεδο.
Οι φορτιστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια σειρά ή μια παράλληλη διαμόρφωση για να το κάνουν αυτό. Σε μια διαμόρφωση σειράς, οι τάσεις δύο μπαταριών αθροίζονται μαζί. Αυτό επιτρέπει στην μπαταρία να παρέχει διπλάσια ενέργεια από μια μπαταρία.
Σε μια παράλληλη διαμόρφωση, οι τάσεις πολλών μπαταριών αθροίζονται μαζί. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα μπαταρίας να παρέχει διπλάσια ενέργεια, αλλά για το ίδιο χρονικό διάστημα.
Εξαιτίας αυτού, είναι σημαντικό για έναν φορτιστή μπαταρίας να έχει σταθερό ρεύμα φόρτισης που δεν υπερφορτίζεται. Η υπερφόρτιση δεν είναι μόνο επιβλαβής για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε θερμική διαρροή.
Οι ενσωματωμένοι φορτιστές θα πρέπει να μπορούν να παρακολουθούν το ρεύμα φόρτισης μιας μπαταρίας και να διακόπτουν τη φόρτισή τους όταν είναι υπερφορτισμένη. Θα πρέπει επίσης να διαθέτουν λειτουργία float που να μπορεί να διατηρεί σταθερή τάση επ' αόριστον.
Για να επιτευχθούν αυτοί οι στόχοι, ένας ενσωματωμένος φορτιστής μπαταρίας θα πρέπει να χρησιμοποιεί μετατροπείς πηγής τάσης με διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) για τη γραμμή τροφοδοσίας και έναν αμφίδρομο μετατροπέα DC-DC για την πλευρά της μπαταρίας. Αυτός ο σχεδιασμός διπλού σκοπού είναι σε θέση να ικανοποιήσει και τις δύο απαιτήσεις, ενώ παρέχει ανώτερη απόδοση και ευνοϊκή δομή κόστους.
Θερμοκρασία
Για να λειτουργούν με πλήρη ισχύ σε υψηλές θερμοκρασίες, οι φορτιστές μπαταριών πρέπει να είναι υψηλής απόδοσης και να διαχέουν όλη τη θερμική θερμότητα που παράγεται από τα εξαρτήματά τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τις ηλεκτρονικές συσκευές, οι οποίες γίνονται πιο λεπτές και ελαφρύτερες τα τελευταία χρόνια, προκαλώντας αύξηση της πυκνότητάς τους και αύξηση της ποσότητας θερμότητας που παράγουν.
Για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αυτό το αποτέλεσμα είναι σημαντικό επειδή η θερμοκρασία μπορεί να επιταχύνει τον ρυθμό των «ανεπιθύμητων» χημικών αντιδράσεων που κάνουν την μπαταρία να υποβαθμίζεται πιο γρήγορα. Αυτά περιλαμβάνουν την αποσύνθεση ενεργών υλικών, την οξείδωση του στρώματος της ενδιάμεσης φάσης του στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) και τη συσσώρευση παθητικοποιητικών μεμβρανών.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι υψηλές θερμοκρασίες επιταχύνουν τους ρυθμούς χημικών αντιδράσεων και την ενέργεια που παράγεται από αυτές τις αντιδράσεις, γεγονός που οδηγεί σε υψηλότερη συνολική θερμοκρασία συστήματος. Επιπλέον, η αυξημένη θερμοκρασία μπορεί να μειώσει την αποτελεσματική χωρητικότητα μιας μπαταρίας λόγω της προκύπτουσας απώλειας της συνολικής απόδοσής της.
Για να καταπολεμηθεί αυτό, οι κατασκευαστές μπαταριών συχνά περιορίζουν το ανώτερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας στους 50-60 βαθμούς C. Αυτό επιτρέπει στη μπαταρία να φορτίζεται σε θερμοκρασία υψηλότερη από αυτή που θα βρισκόταν διαφορετικά, αλλά ταυτόχρονα περιορίζει το αέριο γενιά και πρόωρη γήρανση.
Αυτά τα όρια θερμοκρασίας έχουν σημαντική επίδραση στη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας, επομένως είναι σημαντικό οι φορτιστές μπαταριών επί του οχήματος να σχεδιάζονται ώστε να λειτουργούν εντός αυτών των περιορισμών. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για ηλεκτρικά οχήματα που χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες είναι γνωστό ότι χάνουν τη χωρητικότητά τους σε υψηλότερες θερμοκρασίες και παρουσιάζουν μεγαλύτερη υποβάθμιση της απόδοσης σε χαμηλότερες.
Για να μετριαστεί αυτό, οι ενσωματωμένοι φορτιστές μπαταριών μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να μπορούν να προφορτίζουν μια μπαταρία πριν από τη λειτουργία της συσκευής και στη συνέχεια να τη φορτίζουν με τρόπο που να μεγιστοποιεί τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας διατηρώντας παράλληλα τη θερμοκρασία χαμηλή. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό διαφορετικών τρόπων φόρτισης και με γέλεγχος της εισόδου στη βάση φόρτισης σε σχέση με τη θερμοκρασία μιας μπαταρίας.
Διαστάσεις
SMCZ1P-1.5 kW
SMCZ2-2kW
SMHC3-3.3 kW
SMCZ6-1.4 kW
SMCZ7-800W
SMCZ1E-1.5kW / RE1500
SMCZ2E-2kW / RE2000
Ο ενσωματωμένος φορτιστής μπαταριών (OBC) είναι το βασικό εξάρτημα που διαχειρίζεται τη ροή ηλεκτρικής ενέργειας από το ηλεκτρικό δίκτυο στο ηλεκτρικό όχημα. Αυτό γίνεται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρονικά ισχύος, η οποία ελέγχει τη ροή της τάσης και του ρεύματος μέσω της σύνδεσης DC προς τις μπαταρίες. Ο φορτιστής πρέπει να έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί τόσο σε μονοφασικές όσο και σε τριφασικές παροχές AC. Θα πρέπει επίσης να είναι συμπαγές και ελαφρύ. Αυτό είναι μια πρόκληση, καθώς ο σχεδιασμός πρέπει να συμμορφώνεται με πολλές απαιτήσεις του τοπικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Θα πρέπει επίσης να κατασκευαστεί για να μπορεί να χειρίζεται το βάρος της μπαταρίας.