Wie wirkt sich die OBC-Leistung auf die Ladezeit aus?

Die Nennleistung des OBC ist einer der Hauptfaktoren, der bestimmt, wie schnell ein Elektrofahrzeug an einer Wechselstromquelle aufgeladen werden kann. Das On-Board-Ladegerät (OBC) wandelt den vom EVSE gelieferten Wechselstrom in geregelten Gleichstrom für die Hochvoltbatterie um. Die OBC-Bewertung allein bestimmt jedoch nicht die tatsächliche Ladegeschwindigkeit. Verfügbarer Wechselstrom, Batteriespannung, Batteriemanagementgrenzen, Temperatur, Ladezustand, Hilfslasten und Umwandlungseffizienz können die effektive Ladeleistung verringern.

Für Hersteller von Elektrofahrzeugen und Fahrzeugintegratoren stellt sich daher nicht nur die praktische Frage, ob ein OBC mit höherer Leistung schneller lädt. Die bessere Frage ist, ob das Fahrzeug, die Batterie, die Ladeinfrastruktur und das thermische System diese zusätzliche OBC-Leistung effektiv nutzen können.

Eine nützliche Schätzung der ersten Stufe ist:

Ungefähre Ladezeit = vom Akku benötigte Energie ÷ effektive Ladeleistung

Wenn beispielsweise eine 80-kWh-Batterie 40 kWh Energie zurückgewinnen muss, beträgt die ideale Ladezeit etwa 6,1 Stunden bei 6,6 kW, 3,6 Stunden bei 11 kW und 1,8 Stunden bei 22 kW. Die tatsächliche Ladezeit ist normalerweise länger, da das System nicht unter allen Bedingungen mit der idealen Nennleistung arbeitet.

Wichtige Erkenntnisse

• Der Das integrierte Ladegerät wandelt externen Wechselstrom in Gleichstrom um, der zum Laden der Fahrzeugbatterie geeignet ist.

• Die OBC-Nennleistung legt eine Obergrenze für die Wechselstromumwandlungsfähigkeit des Fahrzeugs fest, die tatsächliche Ladeleistung kann jedoch niedriger sein.

• Die Ladezeit hängt von der Menge der zurückzugewinnenden Batterieenergie und der niedrigsten effektiven Leistungsgrenze in der Ladekette ab.

• Eine höhere OBC-Leistung ist nur dann sinnvoll, wenn die Wechselstromversorgung, das EVSE, das Kabel, die Batterie, das Kühlsystem und die Fahrzeugsteuerung dies unterstützen.

• Der Wirkungsgrad wirkt sich auf den Energieverlust und die thermische Belastung aus, die OBC-Leistung sollte jedoch über den tatsächlichen Betriebsbereich hinweg bewertet werden, anstatt sich auf einen Gesamteffizienzwert zu verlassen.

OBC-Nennleistung und AC-Ladegeschwindigkeit

Was ist ein On-Board-Ladegerät?

Die meisten Elektrofahrzeuge, die konduktives AC-Laden unterstützen, verwenden ein Bordladegerät als fahrzeugseitige AC/DC-Leistungsumwandlungsstufe. Der OBC empfängt Wechselstrom von kompatiblen Ladegeräten und wandelt ihn in einen geregelten Gleichstrom um, der entsprechend den Ladeanforderungen der Hochspannungsbatterie gesteuert werden kann.

Das OBC arbeitet normalerweise mit dem Batteriemanagementsystem (BMS), der Fahrzeugsteuereinheit (VCU), der Ladeschnittstelle und dem Wärmemanagementsystem zusammen. Die Batterie nimmt nicht einfach den Strom auf, den das OBC erzeugen kann. Ladespannung und -strom werden auf den Batterieladezustand, die Temperatur, die Schutzgrenzen und die Ladestrategie des Fahrzeugs abgestimmt.

Beim konventionellen Wechselstromladen durchläuft der Strom den OBC, bevor er die Hochspannungsbatterie erreicht. Beim Off-Board-DC-Schnellladen führt das externe DC-Ladegerät die Haupt-AC/DC-Umwandlung durch, sodass Hochleistungs-DC-Ladevorgänge nicht über den normalen AC-Stromumwandlungspfad des OBC erfolgen.

Einige OBC-Architekturen unterstützen auch die bidirektionale Stromumwandlung. Abhängig von der breiteren Fahrzeug- und Ladearchitektur können dadurch Anwendungen wie V2L oder andere bidirektionale Energiefunktionen unterstützt werden. Allerdings stellt bidirektionale OBC-Hardware allein nicht automatisch ein vollständiges V2G- oder V2H-System bereit; Fahrzeugsteuerung, EVSE-Kompatibilität, Kommunikation, Schutz und geltende Netzanforderungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Warum die OBC-Leistungsbewertung wichtig ist

Die OBC-Nennleistung stellt die vorgesehene Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlungsfähigkeit des Ladegeräts unter bestimmten Betriebsbedingungen dar. Wenn ein Fahrzeug über ein 11-kW-OBC verfügt, führt der Anschluss an eine Wechselstrom-Ladestation mit 22 kW nicht automatisch dazu, dass das Fahrzeug mit 22 kW aufgeladen wird. Das Fahrzeug bleibt durch seine OBC-Fähigkeit und andere fahrzeugseitige Bedingungen eingeschränkt.

Umgekehrt garantiert die Installation eines OBC mit höherer Leistung keine schnellere Aufladung, wenn die verfügbare Wechselstromquelle nicht die erforderliche Leistung liefern kann. Ein 22-kW-OBC, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, die nur 7 kW liefern kann, wird auf ungefähr den verfügbaren Eingangspegel begrenzt, bevor andere Verluste und Fahrzeugbeschränkungen berücksichtigt werden.

Die tatsächliche AC-Ladeleistung wird durch den restriktivsten effektiven Grenzwert in der Ladekette bestimmt – nicht allein durch die Nennleistung des OBC-Typenschilds.

So berechnen Sie die AC-Ladezeit

Beginnen Sie mit der Energie, die die Batterie benötigt

Die Akkukapazität allein sagt nicht aus, wie lange ein Ladevorgang dauern wird. Berechnen Sie zunächst, wie viel Energie zwischen Start- und Zielladezustand wiederhergestellt werden muss.

Eine vereinfachte Berechnung lautet:

Erforderliche Energie (kWh) = nutzbare Batteriekapazität × SOC-Erhöhung

Beispielsweise benötigt das Laden einer nutzbaren Batterie mit 80 kWh von 30 % auf 80 % etwa 40 kWh zusätzlich gespeicherte Energie.

Nutzen Sie effektive Ladeleistung, nicht nur Nennleistung

Für eine erste Schätzung:

Ladezeit (h) ≈ Erforderliche Energie (kWh) ÷ Effektive Batterieladeleistung (kW)

Wenn die Umwandlungseffizienz anhand der AC-Eingangsleistung berücksichtigt werden muss, lautet eine vereinfachte Näherung:

Batterieseitige Leistung ≈ AC-Eingangsleistung × OBC-Effizienz

Dies bleibt jedoch nur eine Schätzung. Die tatsächliche OBC-Effizienz ändert sich mit der Eingangsspannung, der Batteriespannung, der Ausgangslast, der Temperatur, der Halbleitertopologie und den Steuerbedingungen. Darüber hinaus verfügt das BMS möglicherweise über weniger Leistung, als das OBC theoretisch liefern könnte.

*Veranschaulichende Idealberechnung basierend auf Energie ÷ Nennleistung. Die tatsächliche Ladezeit ist je nach Effizienz, verfügbarem Wechselstrom, Batteriegrenzen, Temperatur, Ladezustand und Fahrzeugsteuerungsstrategie länger oder unterschiedlich.

Was begrenzt die tatsächliche AC-Ladeleistung?

Aus Sicht der Fahrzeugentwicklung sollte die Ladeleistung als vollständige Systemkette und nicht als isolierte OBC-Spezifikation betrachtet werden.

Wenn die EVSE- oder AC-Versorgung den Engpass darstellt

Stellen Sie sich eine EV-Plattform vor, die mit einem 11-kW-OBC ausgestattet ist. Wenn die verfügbare EVSE etwa 7 kW liefert, kann das Fahrzeug nicht die volle 11 kW-Leistung des OBC nutzen. In diesem Betriebszustand wird die vorgeschaltete Wechselstromversorgung zur primären Leistungsgrenze.

Eine gemeinsame Ladeinfrastruktur kann einen ähnlichen Effekt erzeugen. Flottendepots oder kommerzielle Einrichtungen können die verfügbare Energie dynamisch auf mehrere angeschlossene Fahrzeuge verteilen. Selbst wenn jedes Fahrzeug über ein 11-kW- oder 22-kW-OBC verfügt, erhält jedes Fahrzeug möglicherweise weniger Strom, wenn das Lastmanagement auf Standortebene aktiv ist.

Aus diesem Grund sollten Hersteller von Elektrofahrzeugen bei der Spezifizierung der OBC-Leistung die Ladeinfrastruktur des Zielmarktes bewerten. Eine höhere Bewertung schafft nur dann einen Wert, wenn die vorgesehene Betriebsumgebung regelmäßig genug Wechselstrom für die Nutzung bereitstellen kann.

Wenn der OBC der Engpass ist

Wenn ein AC-Ladepunkt 22 kW bereitstellen kann, das Fahrzeug jedoch ein 6,6-kW-OBC verwendet, kann das Fahrzeug keine AC-Leistung mit 22 kW umwandeln. In diesem Fall ist der OBC der primäre Grenzwert.

Dasselbe Prinzip gilt auch für andere OBC-Leistungen: Wenn die verfügbare Wechselstromleistung die Nennladeleistung des OBC übersteigt, wird das OBC zum limitierenden Faktor in der Ladekette.

Wenn die Batterie oder das BMS der Engpass sind

Das BMS steuert die zulässige Batterieladespannung und den zulässigen Batterieladestrom entsprechend Batteriezustand, Chemie, Temperatur, Zellbalance und Schutzanforderungen. Selbst wenn sowohl das EVSE als auch das OBC ein höheres Leistungsniveau unterstützen können, kann das BMS daher einen niedrigeren Ladestrom anfordern.

Dieser Effekt kann bei hohem Ladezustand oder ungünstigen thermischen Bedingungen stärker sichtbar werden. Das Ladeverhalten sollte daher auf der tatsächlichen Batteriesteuerungsstrategie basieren und nicht auf der Annahme einer konstanten OBC-Nennleistung vom Beginn bis zum Ende jeder Ladesitzung.

Vergleich gängiger OBC-Leistungswerte

Die OBC-Leistung sollte nicht durch starre Regeln wie „6,6 kW für Familienautos“ oder „22 kW für Luxusfahrzeuge“ den Fahrzeugklassen zugeordnet werden. Fahrzeugarchitektur und Arbeitszyklus sind wichtiger als das Preissegment.

Das aktuelle OBC-Portfolio von Landworld umfasst beispielsweise mehrere Leistungsstufen für Passagier-, Nutzfahrzeug-, Gelände-, Gabelstapler-, Schiffs- und spezielle EV-Programme. Verschiedene Projekte können daher aus sehr unterschiedlichen Gründen ähnliche OBC-Ratings verwenden.

Einphasiger und dreiphasiger AC-Eingang

Die Phasenkonfiguration wirkt sich auf die Menge an Wechselstrom aus, die unter einer gegebenen Netzarchitektur praktisch bereitgestellt werden kann, aber das dreiphasige Laden sollte nicht in jeder Situation als von Natur aus „effizienter“ beschrieben werden.

Beispielsweise wird das AC-Laden mit etwa 11 kW üblicherweise mit einer dreiphasigen Infrastruktur der 400-V-Klasse bei etwa 16 A pro Phase erreicht. Bei einer ähnlichen dreiphasigen Infrastruktur sind etwa 22 kW üblicherweise mit etwa 32 A pro Phase verbunden. Die tatsächlichen Anforderungen hängen vom OBC und den Marktspezifikationen ab.

Einphasige OBC-Lösungen bleiben für viele Fahrzeuganwendungen geeignet, insbesondere wenn die Infrastruktur, der Arbeitszyklus, die Kosten oder die Verpackung des Zielmarkts eine dreiphasige Architektur nicht rechtfertigen.

Weitere Einzelheiten zur 11-kW-AC-Ladeleistung finden Sie im Landworld-Leitfaden zu 11 kW OBC-Ladegeschwindigkeit.

Wie sich die OBC-Effizienz auf die Ladezeit auswirkt

Die OBC-Effizienz bestimmt, wie viel der AC-Eingangsleistung in nutzbare batterieseitige DC-Leistung umgewandelt wird und wie viel verloren geht, hauptsächlich als Wärme.

Es ist jedoch irreführend, feste Effizienzbänder ausschließlich nach der OBC-Leistung zuzuweisen – beispielsweise unter der Annahme, dass alle 6,6-kW-Produkte einen Effizienzbereich haben, während jedes 22-kW-Produkt automatisch effizienter ist.

Die tatsächliche Effizienz hängt ab von:

• AC-Eingangsspannung und Phase

• Batterieausgangsspannung

• Ausgangsleistung/Lastpunkt

• Topologie der Leistungsumwandlung

• Halbleitertechnologie

• Wechselstrategie

• Temperatur- und Kühlbedingungen

Ein höherer Wirkungsgrad reduziert Umwandlungsverluste und verringert somit die Differenz zwischen AC-Eingangsleistung und batterieseitiger Ladeleistung. Außerdem wird die thermische Belastung gesenkt, was dazu beitragen kann, dass das OBC auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen seine Nennleistung aufrechterhält.

Überprüfen Sie zur technischen Bewertung die Effizienzkarte über repräsentative Betriebspunkte hinweg, anstatt nur die Spitzeneffizienz zu vergleichen. Siehe Landworlds Erklärung von wie effizient ein Bordladegerät sein kann . Weitere Informationen dazu,

Batterietemperatur und thermisches Derating

Die Batterietemperatur kann die angeforderte Ladeleistung verringern

Die Batterietemperatur beeinflusst die Menge des Ladestroms, die das BMS zulässt. Unter kalten Bedingungen reduziert das Fahrzeug möglicherweise den Ladestrom der Batterie oder verbraucht einen Teil der zugeführten Energie für die Batterieerwärmung. Bei erhöhter Temperatur kann auch der Ladestrom reduziert werden, um die Batteriezellen zu schützen.

Aus diesem Grund ist es besser, die Anwendung einer universellen „besten Batterieladetemperatur“ oder einer festen thermischen Grenze für jede Elektrofahrzeugplattform zu vermeiden. Batteriechemie, Packdesign, Anforderungen des Zelllieferanten, Kühlsystem und Steuerungsstrategie bestimmen das akzeptable Temperaturfenster.

Auch das thermische OBC-Derating ist wichtig

Auch der OBC selbst erzeugt bei der Stromumwandlung Wärme. Wenn die Kühlmitteltemperatur, die Komponententemperatur oder die Umgebungsbedingungen den Betriebsbereich des Ladegeräts bei voller Leistung überschreiten, reduziert das System möglicherweise die Leistung, um die Leistungselektronik zu schützen.

Fahrzeughersteller sollten daher Folgendes bewerten:

• Dauernennleistung

• Umgebungsbetriebsbereich

• Grenzwerte der Kühlmitteleinlasstemperatur

• Gegebenenfalls erforderlicher Kühlmitteldurchfluss

• Thermische Derating-Kurve

• Schutz- und Wiederanlaufverhalten

Diese Parameter sind insbesondere für kommerzielle und geländegängige Elektrofahrzeuge von Bedeutung, die nach dem Betrieb unter Hochlast- oder Hochtemperaturbedingungen aufgeladen werden können.

So wählen Sie OBC-Strom für ein Fahrzeugprogramm aus

Eine höhere OBC-Bewertung sollte gewählt werden, weil sie einen Mehrwert für das Zielfahrzeugprogramm schafft – und nicht nur, weil eine größere kW-Zahl fortschrittlicher erscheint.

Landworld OBC-Stromversorgungsoptionen für verschiedene EV-Programme

Mehrere Leistungsklassen und Kühloptionen

Landworld entwickelt On-Board-Ladelösungen für Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge, Offroad-Elektrofahrzeuge, Gabelstapler, elektrische Schiffsfahrzeuge und andere spezialisierte Elektroplattformen. Es ist aktuell Das Angebot an Bordladegeräten umfasst mehrere Leistungsklassen, von OBCs mit geringerer Leistung über 11 kW, 13 kW, 20 kW, 22 kW bis hin zu Lösungen mit höherer Leistung.

Unterschiedliche Produkte nutzen auch unterschiedliche Kühlansätze. Beispielsweise verwenden ausgewählte Landworld-OBCs mit geringerer Leistung eine Lüfterkühlung, während Konfigurationen mit höherer Leistung und hoher Leistungsdichte mit Flüssigkeitskühlung erhältlich sind. Dadurch kann das OBC besser an die thermische Architektur des Fahrzeugs angepasst werden, anstatt für jede Leistungsstufe eine Kühlmethode anzuwenden.

Landworld bietet außerdem bidirektionale und integrierte OBC/DC-DC-Konfigurationen für Projekte, die mehr als eine eigenständige AC-Ladung erfordern.

Fahrzeugspezifische OBC-Auswahl

Bei der Auswahl eines OBC empfiehlt Landworld, den Batteriespannungsbereich, den Ladeleistungsbedarf, die AC-Eingangskonfiguration, die Kühlbedingungen, die Kommunikationsschnittstelle, den Bauraum, die Zielfahrzeuganwendung und die erwartete Betriebsumgebung gemeinsam zu bewerten.

Für Pkw-Projekte können Sie eine Bewertung abgeben Die elektrischen Pkw-Lösungen von Landworld . Andere Fahrzeugplattformen erfordern möglicherweise andere Kombinationen von OBC-Stromversorgung, Spannung, Kühlung und mechanischer Verpackung.

Landworld unterstützt die Anpassung in Bereichen wie Leistung, Spannung und Formfaktor für verschiedene EV-Programme. Erfahren Sie mehr über Landworld bzw Kontaktieren Sie das Team mit Ihren Fahrzeugspezifikationen.

Abschluss

Die Nennleistung des OBC hat einen direkten Einfluss auf die potenzielle AC-Ladezeit, aber die Beziehung ist nicht einfach „mehr kW bedeutet schnelleres Laden“. Die tatsächliche Laderate wird durch das gesamte System begrenzt: AC-Versorgung, EVSE, Kabel und Stecker, OBC, Batterie/BMS, thermische Bedingungen und Fahrzeugsteuerungsstrategie.

Für Hersteller von Elektrofahrzeugen sollte daher ein OBC mit 6,6 kW, 11 kW, 22 kW oder höherer Leistung entsprechend der erforderlichen Energierückgewinnung, dem verfügbaren Ladefenster, der Zielmarktinfrastruktur, der Batteriearchitektur, dem Kühlsystem, der Verpackung und den Kosten ausgewählt werden.

Wenn Sie AC-Ladeanforderungen für eine neue EV-Plattform definieren, erkunden Sie die von Landworld Sehen Sie sich das On-Board-Ladegerät -Portfolio des Unternehmens an Leistungselektronikfunktionen für Elektrofahrzeuge oder Kontaktieren Sie Landworld mit Ihren Zielanforderungen an OBC-Leistung, Batteriespannung, AC-Eingang, Kühlung, Kommunikation und Fahrzeuganwendung.

FAQ

Wie schätze ich die AC-Ladezeit mit OBC-Strom ein?

Ermitteln Sie zunächst, wie viel Batterieenergie zurückgewonnen werden muss. Teilen Sie diese Energie durch die effektive batterieseitige Ladeleistung. Beispielsweise würde die Rückgewinnung von 40 kWh bei idealen 11 kW etwa 3,6 Stunden dauern. Aufgrund von Umwandlungsverlusten, Batteriegrenzen, thermischen Bedingungen und Schwankungen der verfügbaren Wechselstromversorgung ist die tatsächliche Ladezeit normalerweise länger.

Bedeutet eine höhere OBC-Bewertung immer ein schnelleres Laden?

Nein. Eine höhere OBC-Bewertung verkürzt die Ladezeit nur, wenn der Rest des Ladesystems diese Leistung unterstützen kann. Ein Elektrofahrzeug, das mit einem 22-kW-OBC ausgestattet ist, kann immer noch mit etwa 7 kW aufgeladen werden, wenn die angeschlossene Wechselstromquelle nur 7 kW bereitstellen kann. Ebenso kann es sein, dass das BMS oder das Wärmesystem weniger als die Nennleistung des OBC anfordern.

Kann ein 11-kW-OBC eine 22-kW-AC-Ladestation nutzen?

Ja, wenn Ladeschnittstelle, Spannung, Kommunikation und Phasenkonfiguration kompatibel sind. Normalerweise bleibt das Fahrzeug jedoch auf ungefähr die Kapazität seines 11-kW-OBC beschränkt, anstatt mit der vollen 22-kW-Leistung der Station zu laden.

Ist das dreiphasige Laden immer effizienter als das einphasige Laden?

Nein. Die dreiphasige Infrastruktur kann in vielen Netzarchitekturen eine höhere Wechselstromleistung unterstützen, die Umwandlungseffizienz hängt jedoch vom spezifischen OBC-Design und Betriebspunkt ab. Die Phasenzählung allein beweist nicht, dass ein OBC effizienter ist als ein anderer.

Wie wirkt sich die OBC-Effizienz auf die Ladezeit aus?

Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass ein größerer Anteil der verfügbaren Wechselstrom-Eingangsleistung als nutzbarer Gleichstrom in die Batterie gelangt und weniger als Wärme verloren geht. Die Auswirkung auf die Gesamtladezeit hängt vom Wirkungsgradunterschied und den Betriebsbedingungen ab. Vergleichen Sie die Effizienz über realistische Eingangsspannungs-, Batteriespannungs-, Last- und Temperaturpunkte hinweg, anstatt sich nur auf die Spitzeneffizienz zu verlassen.

Kann das OBC eines vorhandenen Fahrzeugs einfach aufgerüstet werden, um die Ladezeit zu verkürzen?

Normalerweise nicht als einfacher Komponententausch. Das OBC ist in die Batteriespannung, das Kühlsystem, die elektrische Architektur, die Kommunikation, die mechanische Verpackung, die Software, die Sicherheitsstrategie und die Homologation des Fahrzeugs integriert. Die Erhöhung der OBC-Leistung erfordert normalerweise eine technische Entwicklung und Validierung auf Fahrzeugebene, anstatt ein Ladegerät durch ein anderes zu ersetzen.

Wie sollte ein Hersteller von Elektrofahrzeugen zwischen 6,6 kW, 11 kW und 22 kW wählen?

Vergleichen Sie die Batterieenergie, die normalerweise zurückgewonnen werden muss, das erforderliche Ladefenster, die AC-Infrastruktur in den Zielmärkten, die Batteriespannung, die Phasenkonfiguration, die thermische Architektur, die Verpackung, die Kosten und den Arbeitszyklus des Fahrzeugs. Der geeignete OBC-Leistungswert ist derjenige, der die Ladeziele des Fahrzeugprogramms erfüllt und gleichzeitig zur verfügbaren AC-Infrastruktur, den Batteriegrenzen, der thermischen Architektur, der Verpackung und dem Systemspielraum passt.